S-блок (информатика)

Принципиальная схема 3-разрядного S-блока

S-блок (S-box) — Табличная подстановка, при которой группа битов отображается в другую группу битов. S-блок используется, как промежуточная операция в алгоритмах симметричного шифрования.

Блок подстановок (S-блок) состоит из дешифратора, преобразующего n-разрядный двоичный сигнал в одноразрядный сигнал по основанию $2^{n}$, системы коммутаторов внутренних соединений (всего соединений $2^{n}!$) и шифратора, переводящего сигнал из одноразрядного $2^{n}$-ричного в n-разрядный двоичный. Анализ n-разрядного S-блока при большом n крайне сложен, однако реализовать такой блок на практике очень сложно, так как число возможных соединений крайне велико ($2^{n}!$). На практике блок подстановок используется как часть более сложных систем.

В общем случае S-блок может иметь несовпадающее число входов/выходов, в этом случае в системе коммутации от каждого выхода дешифратора может идти не строго одно соединение, а 2 или более или не идти вовсе. То же самое справедливо и для входов шифратора.

В электронике можно непосредственно применять приведённую справа схему, в программировании же генерируют таблицы замены. Оба этих подхода являются эквивалентными, то есть файл, зашифрованный на компьютере, можно расшифровать на электронном устройстве и наоборот.

Таблица замены для приведённого 3-разрядного S-блока

№ комбинации	0	1	2	3	4	5	6	7
Вход	000	001	010	011	100	101	110	111
Выход	011	000	001	100	110	111	010	101

Применяется в таких алгоритмах симметричного шифрования как:

• AES (англ. Advanced Encryption Standard) — американский стандарт шифрования
• ГОСТ 28147-89 — отечественный стандарт шифрования данных
• DES (англ. Data Encryption Standard) — стандарт шифрования данных в США до AES
• Twofish

Литература

• Kaisa Nyberg (1991). "Perfect nonlinear S-boxes" (PDF). Advances in Cryptology - EUROCRYPT '91. Brighton. pp. 378—386. Дата обращения: 20 февраля 2007. {{cite conference}}: Неизвестный параметр |booktitle= игнорируется (|book-title= предлагается) (справка)
• S. Mister and C. Adams (1996). "Practical S-Box Design" (PostScript). Workshop on Selected Areas in Cryptography (SAC '96) Workshop Record. Queens University. pp. 61—76. Дата обращения: 20 февраля 2007. {{cite conference}}: Неизвестный параметр |booktitle= игнорируется (|book-title= предлагается) (справка)
• Schneier, Bruce. Applied Cryptography, Second Edition. — John Wiley & Sons, 1996. — P. 296–298, 349. — ISBN 0-471-11709-9.

Ссылки

• John Savard's "Questions of S-Box Design"
• Gargiulo's "S-Box Modifications and Their Effect in DES-like Encryption Systems"