[科普中國(guó)]-s盒

在密碼學(xué)中，S盒(Substitution-box)是對(duì)稱密鑰算法1執(zhí)行置換計(jì)算的基本結(jié)構(gòu)。S盒用在分組密碼算法中，是非線性結(jié)構(gòu)，其密碼強(qiáng)度直接決定了密碼算法的好壞。

基本信息S盒的功能就是一種簡(jiǎn)單的“代替”操作。S盒是將48比特壓縮成32比特，S盒接受特定數(shù)量的輸入48比特，經(jīng)過8個(gè)盒將其轉(zhuǎn)換為32比特輸出2，如圖1所示。

原理壓縮后的密鑰與擴(kuò)展分組異或以后得到48位的數(shù)據(jù)，將這個(gè)數(shù)據(jù)送入S盒3，進(jìn)行替代運(yùn)算。替代由8個(gè)不同的S盒完成，每個(gè)S盒有6位輸入4位輸出。48位輸入分為8個(gè)6位的分組，一個(gè)分組對(duì)應(yīng)一個(gè)S盒，對(duì)應(yīng)的S盒對(duì)各組進(jìn)行代替操作。

一個(gè)S盒就是一個(gè)4行16列的表，盒中的每一項(xiàng)都是一個(gè)4位二進(jìn)制數(shù)表示的十進(jìn)制數(shù)。S盒的6個(gè)輸入確定了其對(duì)應(yīng)的那個(gè)盒。輸入的高低兩位做為行數(shù)H，中間四位做為列數(shù)L，在S-BOX中查找第H行L列對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。（S盒的行列計(jì)數(shù)都是從0開始。）

8個(gè)S盒變換如下：

S1盒

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S2盒

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S3盒

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S4盒

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S5盒

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S6盒

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S7盒

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S8盒

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舉例我們以s8盒為例，輸入110011，第一位和第六位（最高位和最低位）組合為11（二進(jìn)制），轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制為3，則在s8盒中對(duì)應(yīng)第三行。接下來我們計(jì)算列，原始數(shù)據(jù)第二位到第五位為1001（二進(jìn)制），轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制為9，則在s8盒中對(duì)應(yīng)第九列。s盒8的第3行第9列的數(shù)字為12，轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制為1100，因此用二進(jìn)制1100來代替110011。

S盒代替是DES算法4的關(guān)鍵步驟，所有的其他的運(yùn)算都是線性的，易于分析，而S盒是非線性的，相比于其他步驟，提供了更好安全性。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

王慧維 - 副研究員 - 西南大學(xué)