經典算法實現：RC4 流加密算法 N=3 變體（C語言教學版）

編輯：關於C語言

作者：俠客行 | 注：教學演示代碼，非生產級加密實現

RC4 算法簡介

RC4 是 Ron Rivest 1987 設計的流加密算法，核心兩階段：

密鑰調度算法 (KSA)：用密鑰初始化 S 盒（256 字節排列）
偽隨機生成算法 (PRGA)：從 S 盒產生密鑰流，與明文異或加密

本文實現 N=3 變體：S 盒大小 8 (2³)，密鑰流每次產生 3 位，適合教學演示。

核心數據結構

int m1[200];    // 明文二進制
int s[8] = {0,1,2,3,4,5,6,7};  // S盒初始排列
int k3[200];    // 密鑰流二進制
char c[200];    // 密文
int count;      // 明文位數

完整實現流程

1. 明文處理：字符 → 7位二進制 → 位反轉

void processPlaintext(char m0[100]) {
    int m[200], y[200];
    int z = strlen(m0);
    count = 0;
    
    for (int i = 0; i < z; i++) {
        int r = 0;
        y[i] = (int)m0[i];
        do {
            m[r] = y[i] % 2;        // 轉二進制 (低位在前)
            m1[count] = m[r];
            y[i] /= 2;
            r++; count++;
        } while (r != 7);           // 每字符固定 7 位
        
        // 位反轉：交換對稱位
        for (int j = count-1, k = 0; j >= count-3; j--, k+=2) {
            int temp = m1[j];
            m1[j] = m1[j-6+k];
            m1[j-6+k] = temp;
        }
    }
    m1[count] = '\0';
}

2. 密鑰生成：KSA + PRGA (N=3)

void generateKeystream(int T[8]) {
    // KSA: 密鑰調度
    for (int i = 0, j = 0; i < 8; i++) {
        j = (j + s[i] + T[i]) % 8;
        swap(s[i], s[j]);
    }
    
    // PRGA: 偽隨機生成 (每輪產生 3 位)
    int k[100];
    for (int t = 0, i = 0, j = 0; t < count/3 + 1; t++) {
        i = (i + 1) % 8;
        j = (j + s[i]) % 8;
        swap(s[i], s[j]);
        int l = (s[i] + s[j]) % 8;
        k[t] = s[l];                // 產生 1 字節 (0-7)
    }
    
    // 字節 → 3位二進制 + 位反轉
    for (int i = 0, p = 0; i < count/3 + 1; i++) {
        for (int j = 0; j < 3; j++, p++) {
            k3[p] = k[i] % 2;
            k[i] /= 2;
        }
        // 反轉 3 位
        int temp = k3[p-1];
        k3[p-1] = k3[p-3];
        k3[p-3] = temp;
    }
    k3[p] = '\0';
}

3. 加密：明文異或密鑰流

void encrypt() {
    for (int i = 0; i < count; i++)
        c[i] = m1[i] ^ k3[i];       // 異或加密
    c[count] = '\0';
}

主程序流程

int main() {
    int n, T[8];
    printf("輸入密鑰長度 (1-7): "); scanf("%d", &n);
    printf("輸入初始密鑰 (%d 個數字): ", n);
    for (int i = 0; i < n; i++) scanf("%d", &T[i]);
    
    // 密鑰擴展到 8 位
    if (n < 8) for (int i = 0; i < 8; i++) T[i] = T[i % n];
    
    processPlaintext(inputPlaintext());
    generateKeystream(T);
    encrypt();
    outputCiphertext();
    return 0;
}