[發明專利]RC4 流密碼生成器

有效

• 申請號: 201310217545.3
• 申請日: 2013-06-03
• 公開（公告）號: CN104219045B
• 公開（公告）日: 2018-11-09
• 發明（設計）人: 吳淼;張釗鋒;梅年松
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海高等研究院
• 主分類號: H04L9/18
• 分類號: H04L9/18
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司 31211
• 代理人: 王江富

本發明公開了一種RC4流密碼生成器，K?box模塊將M*N比特的原始密鑰Key的各位按設定規則組合為F組一級秘鑰矢量，每一組一級秘鑰矢量包括2^N個N比特位寬的二級密鑰矢量，并將各組一級秘鑰矢量及其二級密鑰矢量依序輸出，生成的流密碼以N比特位寬的格式進行輸出，由于原始密鑰分為多個二級密鑰矢量，每個二級密鑰矢量較短，每次RC4運算使用的輸出密鑰寬度僅為一個二級密鑰矢量的寬度，所以S?box模塊中可以采用幾個較短長度的寄存器的替代常規的1字節×256的RAM陣列；并且由于每一組一級秘鑰矢量的RC4運算輸出的流密碼的較短，用較小的寄存器即可實現暫存，不需要使用較大容量的RAM模塊進行流密碼的暫存，大大減小了硬件資源消耗。

技術領域

本發明涉及信息安全技術，特別涉及一種RC4流密碼生成器。

背景技術

在諸多信息產品設計中，不得不考慮信息傳輸的安全加密問題，使用硬件進行加密是高效、安全的解決方法。RC4流密碼在當前的實際應用中占有重要地位，可以利用其來對傳輸的信息進行加密。

RC4是一種分組對稱加密算法，具有安全性高、實現簡單等優點，廣泛應用于無線網絡安全中。RC4加密的基本思想是，生成一個叫流密碼的偽隨機序列字節流，然后與明文數據相異或，生成密文。解密算法與加密算法一致，使用相同的流密碼與密文異或得到明文。RC4加密算法關鍵在于生成偽隨機的流密碼。

RC4實際上包含兩個算法：一個是密鑰調度算法(Key Scheduling Algorithm)，它是將RC4加密密鑰(64位或128位)按一定算法與S-BOX中的初始狀態S{0，1，…，N-1)運算，得到新的置亂后的狀態序列。

具體說，這個算法的步驟是：

1)建立一個1字節×256的陣列，稱為S-BOX，先用0-255按順序依次填充S-BOX。然后再建立一個1字節×256的陣列，叫做K-BOX，用RC4加密密鑰(64位或128位)順序填充K-BOX，密鑰用完后重復使用直到填滿為止。

2)將S-BOX中的每個字節依次(從第1個字節開始)與S-BOX中的另外一個字節(該字節的地址由特定算法給出)互換，完成S-BOX的初始化。密鑰調度算法的偽代碼描述如下，其中，S[i]是S-BOX中第i個單元的值，S[j]是S-BOX中第j個單元的值：

另一個算法是偽隨機序列產生算法(Pseudo-Random Generation Algorithm)，是利用上一步產生的打亂后的S-BOX來產生一個偽隨機序列，使用該隨機序列加/解密數據。算法的偽代碼描述如下，其中Z[i]即為生成的流密碼：

傳統的RC4加/解密裝置設計方式，如《信息通信》2009年第6期的“RC4流密碼原理與硬件實現”(作者：楊梅張耀文)公開的RC4加/解密裝置，流密碼生成速度較慢，而且需要有較大容量的RAM模塊用于S-BOX數據保存及流密碼的緩存，硬件資源消耗較大，不利于在低成本無源RFID(Radio Frequency Identification，射頻識別)標簽等低成本的設計中推廣使用。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種RC4流密碼生成器，硬件資源消耗小，流密碼生成速度快。

為解決上述技術問題，本發明提供的RC4流密碼生成器，其包括K-box模塊、S-box模塊、j運算單元、q運算單元、輸出控制邏輯模塊、主控制邏輯模塊；