RC4加密解密算法原理及实现对文件的加解密

本文简单实现了RC4算法对于文件的加解密，并已经验证成功。同时实现了对RC4算法加解密较大文件的测速

RC4加密解密算法的原理：

首先，通过我的理解，RC4算法所依赖的最根本原理是：对明文使用同一个密钥异或两次最后仍是得到原文。即生成密钥之后，由密钥与明文异或后生成密文（加密过程），由同一密钥与密文异或后得到明文（解密过程）。

下面对RC4算法的具体实现进行简单介绍。

（此图片参考自其他博客，具体地址已经忘记，烦请作者与我联系）

1、先初始化状态向量S（256个字节，用来作为密钥流生成的种子1）

按照升序，给每个字节赋值0,1,2,3,4,5,6.....,254,255

2、初始密钥（由用户输入），长度任意。如果输入长度小于256个字节，则进行轮转，直到填满。例如输入密钥的是“1,2,3,4,5”, 那么填入的是1,2,3,4,5, 1,2,3,4,5, 1,2,3,4,5........

由上述轮转过程得到256个字节的向量T（用来作为密钥流生成的种子2）。

3、开始对状态向量S进行置换操作（用来打乱初始种子1），按照下列规则进行：

从第零个字节开始，执行256次，保证每个字节都得到处理

这样处理后的状态向量S几乎是带有一定的随机性了

4、最后是秘钥流的生成与加密。

具体实现代码如下：

RC4加解密算法

解密按照前面写的，异或两次就是原文，所以只要把密钥流重新拿过来异或一次就能得到原文了

RC4加密解密函数具体实现

具体实现代码见附件中的工程文件，此处展示部分运行结果。

需要加密的测试文件 test.txt为一篇由狗屁不通文章生成器生成的中文文章。共有35141个字节。

将test.txt放在工程目录下，然后对其进行加解密。

运行结果如图所示：

在文件目录下发现生成了两个新文件。

打开加密后的文件encrypted.txt查看，验证确实已经加密成功。

打开解密后的decrypted.txt文件查看，与原test.txt文件一致，证明确实解密成功。

RC4算法的速度测试

在代码中新增了一个测速模式的加密函数，打开文件后，该函数会记录下当前时间T1，加密后再次记录时间T2，随后算出时间差，即为加密的时间。

//测速模式下的加密函数bool EncryptionSpeedMode(unsigned char* S, long size, char* file_name, int mode)//加解密文件 因为是对合运算，所以只需要一个函数,用mode控制加密还是解密{FILE* pr;                      //定义读文件指针prpr = fopen(file_name, "rb");    //只读time_t t1,t2;if (pr == NULL)                 //如果打开文件错误，则退出{printf("用户输入文件打开失败！\n");return false;}FILE* pw;                      //定义写文件指针pwunsigned char* data;                     //存储原始文件数据，并在运算过程中充当输出序列与原序列的异或结果   unsigned char i, j, temp;long num;data = (unsigned char*)malloc(size * sizeof(unsigned char));//分配内存//pw = fopen("", "wb");if (mode == 1)pw = fopen("encrypted.txt", "wb");    //模式为只写且刷新文件elsepw = fopen("decrypted.mp4", "wb");    //模式为只写且刷新文件if (pw == NULL)                            //如果打开文件错误，则退出{printf("输出文件时出错！\n");return false;}fread(data, sizeof(char), size, pr);//读取二进制流(需要加/解密的文件)t1 = clock();//开始测速init_S();init_Key();permute_S();for (num = 0, i = 0, j = 0; num < size; num++) //逐位生成序列{temp = S[i];j = (j + temp) % 256;S[i] = S[j];S[j] = temp;temp = (temp + S[i]) % 256;data[num] ^= S[temp];i += 1;}t2 = clock();//结束测速fwrite(data, sizeof(unsigned char), size, pw);//写入二进制流printf("RC4算法的运行时间为%f ms\n", difftime(t2, t1));fclose(pw);//关闭文件流fclose(pr);free(data);//释放内存return true;}

下面对一部大小为1269785091字节的视频文件进行加密解密

运行结果如下

可以看到加密过程运行时间8100ms，解密过程运行时间8204ms。

打开解密后的decrypted.mp4,仍然可以播放

下面来计算RC4加密的速度：

1 269 785 091Byte / 8 100ms = 156 764 (Byte/ms)

通过换算大概为157 MB/s。解密速度大致相同。

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