S盒

在密码学中，一个S盒（Substitution-box，替换盒）是对称密钥加密算法执行替换计算的基本结构。在块密码中，它们通常用于模糊密钥与密文之间的关系——香农的混淆理论^[1]。

通常，S-Box接受特定数量的输入比特m，并将其转换为特定数量的输出比特n，其中n 不一定等于m^[1]。一个m×n的S盒可以通过包含2^m条目，每条目n比特的查找表实现。S盒通常是固定的（例如DES和AES加密算法）, 也有一些加密算法的S盒是基于密钥动态生成的（例如Blowfish和双鱼算法加密算法）。

DES的6×4位S盒（S₅）是一个很好的例子：

S5		中间四个比特
		0000	0001	0010	0011	0100	0101	0110	0111	1000	1001	1010	1011	1100	1101	1110	1111
首尾比特	00	0010	1100	0100	0001	0111	1010	1011	0110	1000	0101	0011	1111	1101	0000	1110	1001
	01	1110	1011	0010	1100	0100	0111	1101	0001	0101	0000	1111	1010	0011	1001	1000	0110
	10	0100	0010	0001	1011	1010	1101	0111	1000	1111	1001	1100	0101	0110	0011	0000	1110
	11	1011	1000	1100	0111	0001	1110	0010	1101	0110	1111	0000	1001	1010	0100	0101	0011

给定6比特输入，将首尾两个比特作为行条件、中间四个比特（inner four bits）作为列条件进行查表，最终获得4比特输出。例如，输入“011011”，通过首尾两个比特“01”和中间的比特“1101”进行查表，最终的输出应该是“1001”^[2]。

参见

• 单射、满射与双射
• 布尔函数
• Nothing up my sleeve number
• P盒（P-box）
• 置换式密码
• Rijndael S盒
• 替换式密码

参考文献

1. Chandrasekaran, J. et al. A Chaos Based Approach for Improving Non Linearity in the S-Box Design of Symmetric Key Cryptosystems. Meghanathan, N. et al. (编). Advances in Networks and Communications: First International Conference on Computer Science and Information Technology, CCSIT 2011, Bangalore, India, January 2-4, 2011. Proceedings, Part 2. Springer. 2011: 516 [2013-03-23]. ISBN 978-3-642-17877-1. （原始内容存档于2016-05-11）. 引文格式1维护：显式使用等标签 (link)
2. Buchmann, Johannes A. 5. DES. Introduction to cryptography Corr. 2. print. New York, NY [u.a.]: Springer. 2001: 119–120. ISBN 0-387-95034-6.