S-блоки

Принципиальная схема 3-разрядного S-блока

S-блок (S-box)

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

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