S-Box

En criptografía, una S-Box (substitution box) es un componente básico de los algoritmos de cifrado de clave simétrica. En los cifradores por bloques son usadas a menudo para oscurecer la relación existente entre texto plano y texto cifrado (la propiedad confusión de Shannon). En muchos casos las S-Boxes son elegidas cuidadosamente para ser resistentes al criptoanálisis.

En general, una S-Box toma un número m de bits de entrada y los transforma en n bits de salida. Esto es una S-Box m×n, implementada como una Lookup table. Tablas prefijadas se usan algunos algoritmos, como en DES, mientras que otros cifradores usan S-Boxes dependientes de la clave, como en Blowfish y Twofish.

Por ejemplo podemos ver esta ilustración de una S-Box de 6×4 bits de DES(S₅):

S₅		4 bit de entrada internos
S₅		0000	0001	0010	0011	0100	0101	0110	0111	1000	1001	1010	1011	1100	1101	1110	1111
Bits externos	00	0010	1100	0100	0001	0111	1010	1011	0110	1000	0101	0011	1111	1101	0000	1110	1001
	01	1110	1011	0010	1100	0100	0111	1101	0001	0101	0000	1111	1100	0011	1001	1000	0110
	10	0100	0010	0001	1011	1100	1101	0111	1000	1111	1001	1100	0101	0110	0011	0000	1110
	11	1011	1000	1100	0111	0001	1110	0010	1101	0110	1111	0000	1001	1100	0100	0101	0011

Dada una entrada de 6 bits, la salida de 4 bits se encuentra seleccionando la fila de los dos bits externos y la columna de los 4 internos. Por ejemplo, una entrada "011011" tiene como bits externos (el bit de cada extremo) "01" y "1101" como bits internos. La correspondiente salida sería "1001".

Las S-Boxes de DES fueron objeto de intensivo estudio durante años con la intención de localizar una puerta trasera –una vulnerabilidad conocida sólo por sus desarrolladores– implantada en el cifrador. El criterio del diseño de la S-Box fue publicado (Don Coppersmith, 1994) después del redescubrimiento público del criptoanálisis diferencial, mostrando que habían sido diseñadas para mostrarse resistente a este tipo de ataques. Otras investigaciones han demostrado que incluso una leve modificación de una S-Box podría haber debilitado significativamente DES.

Véase también

Función lógica

Referencias

Coppersmith, Don. (1994). The data encryption standard (DES) and its strength against attacks. IBM Journal of Research and Development, 38(3), 243–250. [1] (PDF)
S. Mister and C. Adams, "Practical S-Box Design," Workshop on Selected Areas in Cryptography (SAC '96) Workshop Record, Queens University, 1996, pp. 61–76