1. 简介

RC4 属于同步流密码，同步流密码的加密器分成密钥流产生器和加密变换器两个部分。

2. 特性

• 密钥长度可变，面向字节操作；
• 用置换加密（异或）输入消息，每次一个字节；
• 至少采用 $128$ 比特的密钥

3. 加密过程

3.1 密钥调度算法（Key-Scheduling Algorithm, 简称 KSA）

• 由密钥流决定一个 $0 \sim 255$ 的置换
• 初始化时，状态矢量S被设置为 $0$ 到 $255$, 即 $S[0]=0, S[1]=1, \cdots, S[255]=255$
• 种子密钥 $K$ 为 $L$ 个字节，循环填充到矢量 $T$ 的 $256$ 个字节中
• 由 $T[i]$ 确定将 $S[i]$ 置换为 $S$ 中的另一个字节
• $j = (j + S[i] + T[i]) \mod 256$
• 由于对S的操作只是置换，因此，$S$ 仍然为一个 $\{0,1,\cdots,255\}$ 的置换

//初始化S和T
for i = 0 to 255 do
    S[i] = i;
    T[i] = K[i mod L];
//S的初始置换
j = 0;
for i = 0 to 255 do
    j = (j + S[i] + T[i])(mod 256)
    swap(S[i],S[j]);

3.2 伪随机子密钥生成算法（Pseudo Random-Generation Algorithm, 简称 PRGA）

• 种子密钥不再使用，重复使用向量S生成密钥流
• $j = (j + S[i]) \mod 256$
• 将 $S[i]$ 和 $S[j]$ 进行交换，$t = (S[i]+S[j]) \mod 256$
• $K_i=S[t]$
• 当 $S[255]$ 完成置换后，操作再从 $S[0]$ 开始重复

i = j = 0;
for each message byte Mi
    i = (i + 1)(mod 256);
    j = (j + S[i])(mod 256);
    swap(S[i],S[j]);
    t = (S[i] + S[j])(mod 256);
    Ki = S[t];
    Ci = Mi XOR Ki