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代换-置换网络

2018-08-28 09:39:03     所属分类:密码算法

简略表示的SPN算法变种,其中包括三轮加密,使用多个S盒和P盒,加密16位的明文块到等长密文块。S盒由Si表示,P盒由 P表示,轮密钥为Ki

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-networkSPN)是乘积密码和分组加密的一种,美国数学家克劳德·香农在1949年为了找到利用简单的代换-置换方式进行加密的安全加密方式,发明了代换-置换网络

目录

  • 1 简介
  • 2 定义
  • 3 变种
  • 4 参见
  • 5 参考文献
  • 6 延伸阅读

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英语3-WayKuznyechik英语KuznyechikPRESENT英语PRESENT_(cipher)SAFER英语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)英语Square (cipher)
  • 国际数据加密算法(英语:IDEA

参考文献

  1. ^ 《密码学原理和实践》加道格拉斯·R·史丁森 3.2节 置换-代换网络。
  2. ^ "Principles and Performance of Cryptographic Algorithms" by Bart Preneel, Vincent Rijmen, and Antoon Bosselaers.

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. 


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