代换-置换网络

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-network或SPN）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。

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、Kuznyechik、PRESENT、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）。密钥的生成规则称为密钥编排算法。1

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)

国际数据加密算法（英语：IDEA）

本词条内容贡献者为:

王慧维 - 副研究员 - 西南大学