密码学 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。

定义

一个代换-置换网络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。

设要加密的明文为X，则：

加密解密处理

算法

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。