代换-置换网络
在密码学中,代换-置换网络(或译作置换排列网络,英语:Substitution-Permutation Network,缩写作SP-network或SPN)是乘积密码和分组加密的一种。美国数学家克劳德·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,高级加密标准(英语:AES)、3-Way、Kuznyechik、PRESENT、SAFER、SHARK、Square都有涉用。这种加密网络使用明文块和密钥块作为输入,并通过交错的若干“轮”(或“层”)代换操作和置换操作产生密文块。代换(Substitution)和置换(Permutation)分别被称作S盒(替换盒,英语:S-boxes)和P盒(排列盒,英语:P-boxes)。由于其实施于硬件的高效性,SPN的应用十分广泛。[1]
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(英语:XOR)操作)。[2] 密钥的生成规则称为密钥编排算法。
定义:
为S盒和P盒。加密共N
轮。则对
的密钥编排方案,使用如下算法顺序加密明文x
:
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。
参见
- Feistel架构
- 乘积密码(英语:Product cipher)
- Square (cipher)
- 国际资料加密算法(英语:IDEA)
参考文献
延伸阅读
- Katz, Jonathan; Lindell, Yehuda. Introduction to Modern Cryptography. CRC Press. 2007. ISBN 9781584885511.
- Stinson, Douglas R. Cryptography. Theory and Practice Third. Chapman & Hall/CRC. 2006. ISBN 1584885084.