s盒

在密碼學中，S盒(Substitution-box)是對稱密鑰算法 執行置換計算的基本結構。S盒用在分組密碼算法中，是唯一的非線性結構，其S盒的指標的好壞直接決定了密碼算法的好壞。

基本信息

S盒的功能就是一種簡單的“代替”操作。S盒是將48比特壓縮成32比特，S盒接受特定數量的輸入48比特，經過8個盒將其轉換為32比特輸出 ，如圖1所示。

圖1 S盒變換

原理

壓縮後的密鑰與擴展分組異或以後得到48位的數據，將這個數據送入S盒 ，進行替代運算。替代由8個不同的S盒完成，每個S盒有6位輸入4位輸出。48位輸入分為8個6位的分組，一個分組對應一個S盒，對應的S盒對各組進行代替操作。

s盒原理

一個S盒就是一個4行16列的表，盒中的每一項都是一個4位二進制數表示的十進制數。S盒的6個輸入確定了其對應的那個盒。輸入的高低兩位做為行數H，中間四位做為列數L，在S-BOX中查找第H行L列對應的數據。（S盒的行列計數都是從0開始。）

8個S盒變換如下：

S1盒

	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
0	14	4	13	1	2	15	11	8	3	10	6	12	5	9	0	7
1	0	15	7	4	14	2	13	1	10	6	12	11	9	5	3	8
2	4	1	14	8	13	6	2	11	15	12	9	7	3	10	5	0
3	15	12	8	2	4	9	1	7	5	11	3	14	10	0	6	13

S2盒

	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
0	15	1	8	14	6	11	3	4	9	7	2	13	12	0	5	10
1	3	13	4	7	15	2	8	14	12	0	1	10	6	9	11	5
2	0	14	7	11	10	4	13	1	5	8	12	6	9	3	2	15
3	13	8	10	1	3	15	4	2	11	6	7	12	0	5	14	9

S3盒

	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
0	10	0	9	14	6	3	15	5	1	13	12	7	11	4	2	8
1	13	7	0	9	3	4	6	10	2	8	5	14	12	11	15	1
2	13	6	4	9	8	15	3	0	11	1	2	12	5	10	14	7
3	1	10	13	0	6	9	8	7	4	15	14	3	11	5	2	12

S4盒

	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
0	7	13	14	3	0	6	9	10	1	2	8	5	11	12	4	15
1	13	8	11	5	6	15	0	3	4	7	2	12	1	10	14	19
2	10	6	9	0	12	11	7	13	15	1	3	14	5	2	8	4
3	3	15	0	6	10	1	13	8	9	4	5	11	12	7	2	14

S5盒

	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
0	2	12	4	1	7	10	11	6	5	8	3	15	13	0	14	9
1	14	11	2	12	4	7	13	1	5	0	15	13	3	9	8	6
2	4	2	1	11	10	13	7	8	15	9	12	5	6	3	0	14
3	11	8	12	7	1	14	2	13	6	15	0	9	10	4	5	3

S6盒

	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
0	12	1	10	15	9	2	6	8	0	13	3	4	14	7	5	11
1	10	15	4	2	7	12	9	5	6	1	13	14	0	11	3	8
2	9	14	15	5	2	8	12	3	7	0	4	10	1	13	11	6
3	4	3	2	12	9	5	15	10	11	14	1	7	6	0	8	13

S7盒

	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
0	4	11	2	14	15	0	8	13	3	12	9	7	5	10	6	1
1	13	0	11	7	4	9	1	10	14	3	5	12	2	15	8	6
2	1	4	11	13	12	3	7	14	10	15	6	8	0	5	9	2
3	6	11	13	8	1	4	10	7	9	5	0	15	14	2	3	12

S8盒

	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
0	13	2	8	4	6	15	11	1	10	9	3	14	5	0	12	7
1	1	15	13	8	10	3	7	4	12	5	6	11	0	14	9	2
2	7	11	4	1	9	12	14	2	0	6	10	13	15	3	5	8
3	2	1	14	7	4	10	8	13	15	12	9	0	3	5	6	11

舉例

我們以s8盒為例，輸入110011，第一位和第六位（最高位和最低位）組合為11（二進制），轉換為十進制為3，則在s8盒中行號為3。接下來我們計算列，原始數據第二位到第五位為1001（二進制），轉換為十進制為9，則在s8盒中列號為9。s盒8的03行09列的數字為12，轉換為二進制為1100，因此用二進制1100來代替110011。

S盒代替是DES算法 的關鍵步驟，所有的其他的運算都是線性的，易於分析，而S盒是非線性的，相比於其他步驟，提供了更好安全性。