37、基于元胞自动机的S盒与DES S盒对比分析

基于元胞自动机的S盒与DES S盒对比分析

1. 引言

在当今世界，密码学对于数据安全起着至关重要的作用。目前主要有两种密码学方法用于实现安全通信，分别是密钥系统和公钥系统。本文主要关注密钥系统中的密码学，重点研究元胞自动机（CA）及其在设计S盒方面的应用。S盒在密钥系统中实现了一些布尔函数，这些函数对于实现所需的密码学特性非常重要。许多对称密钥密码学的安全标准，如DES和AES，都基于S盒运行高效安全的算法。S盒是分组密码中最重要的组件之一，并且不断被升级或被更好的结构所替代。

2. 密码学中的S盒

• S盒定义 ：S盒是一个函数 $f: B^n \to B^k$，它将由 $n$ 个布尔输入值组成的 $B^n$ 块中的每个 $n$ 位 $b_i$（$i \leq n$）生成 $k$ 个布尔输出值，组成 $B^k$ 块，对应于位串 $(b_0, b_1, …, b_n) \to (b_0, b_1, …, b_k)$ 的映射。
• DES中的应用 ：在数据加密标准（DES）中，S盒是算法的核心。DES算法中，64位输入先经过初始置换，然后被分成两个32位块，其中一个块为 $R$。接着，操作 $E$ 将32位块扩展为48位块，再与48位密钥 $K$ 进行异或操作。之后，48位结果被分成八个6位块，分别输入到八个S盒 $S_1, …, S_8$ 中，每个S盒将6位输入映射为4位输出，最终将48位输入块转换为32位输出块。
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