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。
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。
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。
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。