密碼學/S盒

在密碼學中，S盒（替換盒）是對稱金鑰演算法的基本組成部分，用於執行替換操作。在分組密碼中，它們通常用於模糊金鑰和密文之間的關係——克勞德·夏農的混淆特性。^[1] 在許多情況下，S盒的精心選擇是為了抵抗密碼分析。

一般來說，S盒接受一定數量的輸入位 m，並將它們轉換為一定數量的輸出位 n：一個 m×n S盒可以實現為一個查詢表，其中包含 $2^{m}$ 個 n 位的單詞。通常使用固定表，如資料加密標準 (DES)，但在某些密碼中，表是從金鑰動態生成的；例如 Blowfish 和 Twofish 加密演算法。布魯斯·施奈爾將 IDEA 的模乘步驟描述為一個金鑰相關的 S 盒。

給定一個 6 位輸入，透過使用外側兩位（第一位和最後一位）選擇行，使用內側四位選擇列來找到 4 位輸出。例如，輸入 “011011” 具有外側位 “01” 和內側位 “1101”；相應的輸出將是 “1001”。

DES 的 8 個 S 盒多年來一直是深入研究的主題，原因是人們擔心在密碼中可能存在一個後門——一種只有設計者知道的漏洞。S 盒設計標準最終公佈^[2]，這是在公開重新發現差分密碼分析後，表明它們已被精心調整以提高對這種特定攻擊的抵抗力。其他研究已經表明，即使對 S 盒進行微小的修改也會顯著削弱 DES。

在良好 S 盒的設計方面已經進行了大量的研究，並且與 DES 釋出時相比，人們對其在分組密碼中的使用有了更多的瞭解。