代换-置换网络

简略表示的SPN算法变种，其中包括三轮加密，使用多个S盒和P盒，加密16位的明文块到等长密文块。S盒由S_i表示，P盒由 P表示，轮密钥为K_i。

在密码学中，代换-置换网络（或译作置换排列网络，Template:Lang-en，縮寫作Template:Lang或Template:Lang）是乘积密码和分组加密的一种。美國數學家克劳德·香农为了利用简单的代换-置换方式进行常规加密，在1949年发明了代换-置换网络。

简介

代换-置换网络是一系列被应用于分组密码中相关的数学运算，高級加密標準（Template:Lang-en、Template:Link-en、Template:Link-en、Template:Link-en、Template:Link-en、SHARK、Square都有涉用。这种加密网络使用明文塊和密钥塊作为输入，并通过交错的若干“轮”（或“层”）代换操作和置换操作產生密文塊。代换（Substitution）和置换（Permutation）分别被称作S盒（替換盒，Template:Lang-en）和P盒（排列盒，Template:Lang-en）。由于其实施于硬件的高效性，SPN的应用十分广泛。

定义

一个SPN包括两个长度分别为l, m的映射变换，变换结果为lm分组长度的明文到相同分组长度的密文空间。为对分组进行加密，需要一个同样长度为lm的密钥。而该密钥每一轮加密中均不相同，由初始密钥K按照一定原则产生。加密主要包括三个部分：代换，置换和轮密钥混合（通常为异或（Template:Lang-en）操作）。 密钥的生成规则称为密钥编排算法。

定义：

${\pi }_s:\{0,1{\}}^l\to \{0,1{\}}^l$

${\pi }_p:\{1,2,..,lm\}\to \{1,2,..,lm\}$

为S盒和P盒。加密共N轮。则对

$K\subseteq (\{0,1{\}}^{lm}{)}^N$

的密钥编排方案，使用如下算法顺序加密明文x：

• ${\pi }_s:x⟶w$
• ${\pi }_p:w⟶u$
• $xor:u,K^N⟶v$

直至生成密文。

变种

被选作高级加密标准的Rijndael使用的就是8比特映射到8比特的S盒，密钥长度最小为128比特，最小轮数为10，分组长度同样为128比特。该大小的S盒和密钥长度保证了安全性。常用的变种包括使用不止一个S盒，或者在每一轮中增加或替换一个可逆的线性变换，这可以在高级加密标准中看到。

參見

• Feistel架構
• 乘积密码（Template:Lang-en）
• 平方密码（Template:Tsl
• 國際資料加密演算法（Template:Lang-en）

延伸閲讀

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