密码学/S盒

在密码学中，S盒（替换盒）是对称密钥算法的基本组成部分，用于执行替换操作。在分组密码中，它们通常用于模糊密钥和密文之间的关系——克劳德·香农的混淆特性。^[1] 在许多情况下，S盒的精心选择是为了抵抗密码分析。

一般来说，S盒接受一定数量的输入位 m，并将它们转换为一定数量的输出位 n：一个 m×n S盒可以实现为一个查找表，其中包含 $2^{m}$ 个 n 位的单词。通常使用固定表，如数据加密标准 (DES)，但在某些密码中，表是从密钥动态生成的；例如 Blowfish 和 Twofish 加密算法。布鲁斯·施奈尔将 IDEA 的模乘步骤描述为一个密钥相关的 S 盒。

给定一个 6 位输入，通过使用外侧两位（第一位和最后一位）选择行，使用内侧四位选择列来找到 4 位输出。例如，输入 “011011” 具有外侧位 “01” 和内侧位 “1101”；相应的输出将是 “1001”。

DES 的 8 个 S 盒多年来一直是深入研究的主题，原因是人们担心在密码中可能存在一个后门——一种只有设计者知道的漏洞。S 盒设计标准最终公布^[2]，这是在公开重新发现差分密码分析后，表明它们已被精心调整以提高对这种特定攻击的抵抗力。其他研究已经表明，即使对 S 盒进行微小的修改也会显著削弱 DES。

在良好 S 盒的设计方面已经进行了大量的研究，并且与 DES 发布时相比，人们对其在分组密码中的使用有了更多的了解。