密碼學(xué) 代換-置換網(wǎng)絡(luò)

代換-置換網(wǎng)絡(luò)是一系列被應(yīng)用于分組密碼中相關(guān)的數(shù)學(xué)運(yùn)算，高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)（英語(yǔ)：AES）、3-Way、Kuznyechik、PRESENT、SAFER、SHARK、Square都有涉用。這種加密網(wǎng)絡(luò)使用明文塊和密鑰塊作為輸入，并通過交錯(cuò)的若干“輪”（或“層”）代換操作和置換操作產(chǎn)生密文塊。代換（Substitution）和置換（Permutation）分別被稱作S盒（替換盒，英語(yǔ)：S-boxes）和P盒（排列盒，英語(yǔ)：P-boxes）。由于其實(shí)施于硬件的高效性，SPN的應(yīng)用十分廣泛。

定義

一個(gè)代換-置換網(wǎng)絡(luò)包括兩個(gè)長(zhǎng)度分別為l, m的映射變換，變換結(jié)果為lm分組長(zhǎng)度的明文到相同分組長(zhǎng)度的密文空間。為對(duì)分組進(jìn)行加密，需要一個(gè)同樣長(zhǎng)度為lm的密鑰。 而該密鑰每一輪加密中均不相同，由初始密鑰K按照一定原則產(chǎn)生。加密主要包括三個(gè)部分：代換，置換和輪密鑰混合（通常為異或（英語(yǔ)：XOR）操作）。

密鑰的生成規(guī)則稱為密鑰編排算法。

設(shè)要加密的明文為X，則：

加密解密處理

算法

變種

被選作高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)的Rijndael使用的就是8比特映射到8比特的S盒，密鑰長(zhǎng)度最小為128比特，最小輪數(shù)為10，分組長(zhǎng)度同樣為128比特。該大小的S盒和密鑰長(zhǎng)度保證了安全性。常用的變種包括使用不止一個(gè)S盒，或者在每一輪中增加或替換一個(gè)可逆的線性變換，這可在高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)中看到。