Cajas-S

En criptografía, una Caja-S (Caja de Sustitución) es un componente básico de algoritmos de clave simétrica los cuales realizan sustitución. En codificadores de bloques, ellos son típicamente usados para obscurecer la relación entre la clave y el texto cifrado —propiedad de confusión de Claude Shannon.[1]

En general, una Caja-S toma algún número de bits de entrada, m, y los transforma en algún número de bits de salida, n, donde n es no necesariamente igual a m.[1] Una Caja-S m×n puede ser implementada como una tabla de consulta con 2^m palabras de n bits cada una. Tablas fijas son comúnmente usadas, como por ejemplo en DES, pero en algunos codificadores las tablas son generadas dinámicamente desde la clave (por ejemplo, cifrado Blowfish y el algoritmo de encriptación Twofish).^{[cita requerida]}

Un buen ejemplo de tabla fija es esta Caja-S de 6×4-bits de DES (S₅):

S₅		Middle 4 bits of input
S₅		0000	0001	0010	0011	0100	0101	0110	0111	1000	1001	1010	1011	1100	1101	1110	1111
Outer bits	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	1010	0011	1001	1000	0110
	10	0100	0010	0001	1011	1010	1101	0111	1000	1111	1001	1100	0101	0110	0011	0000	1110
	11	1011	1000	1100	0111	0001	1110	0010	1101	0110	1111	0000	1001	1010	0100	0101	0011

Dada una entrada de 6-bits, la salida de 4-bits es encontrada seleccionando la fila usando los dos bits externos (el primero y el último) y la columna usando los cuatro bits internos. Por ejemplo, si la entrada es «011011» sus bits externos son «01» y sus bits internos «1101»; entonces la correspondiente salida debería ser «1001».^{[cita requerida]}

Las 8 Cajas-S de DES fueron un tema de intenso estudio por muchos años por la preocupación de que un backdoor —una vulnerabilidad conocida solo por sus diseñadores— podría haber sido colocada en el codificador. El criterio de diseño de Caja-S fue eventualmente publicado (en Coppersmith, 1994) después del redescubrimiento público de criptoanálisis diferencial, mostrando que ellos habían sido cuidadosamente afinados para incrementar la resistencia en contra de este ataque específico. Otra investigación ya ha indicado que aún pequeñas modificaciones a una Caja-S podría significativamente debilitar DES.^{[cita requerida]}

Ha habido una gran cantidad de investigación en el diseño de buenas Cajas-S y mucho más se ha comprendido acerca de su uso en codificadores de bloque desde que DES fue lanzado.^{[cita requerida]}

Referencias

Chandrasekaran, J. et al. (2011). «A Chaos Based Approach for Improving Non Linearity in the S-Box Design of Symmetric Key Cryptosystems». En Meghanathan, N. et al., ed. Advances in Networks and Communications: First International Conference on Computer Science and Information Technology, CCSIT 2011, Bangalore, India, January 2-4, 2011. Proceedings, Part 2. Springer. p. 516. ISBN 978-3-642-17877-1.

Otras lecturas

Kaisa Nyberg (1991). «Perfect nonlinear S-boxes». Advances in Cryptology - EUROCRYPT '91. Brighton. pp. 378-386. Consultado el 20 de febrero de 2007. (enlace roto disponible en Internet Archive; véase el historial, la primera versión y la última).
Coppersmith, Don (1994). «The Data Encryption Standard (DES) and its strength against attacks» (PDF). IBM Journal of Research and Development 38 (3): 243-250. doi:10.1147/rd.383.0243. Consultado el 20 de febrero de 2007.
S. Mister and C. Adams (1996). «Practical S-Box Design». Workshop on Selected Areas in Cryptography (SAC '96) Workshop Record. Queens University. pp. 61-76. Consultado el 20 de febrero de 2007.
Schneier, Bruce (1996). Applied Cryptography, Second Edition. John Wiley & Sons. pp. 296-298, 349. ISBN 0-471-11709-9.

Enlaces externos

Datos: Q5739493

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[chandra-516-1] Chandrasekaran, J. et al. (2011). «A Chaos Based Approach for Improving Non Linearity in the S-Box Design of Symmetric Key Cryptosystems». En Meghanathan, N. et al., ed. Advances in Networks and Communications: First International Conference on Computer Science and Information Technology, CCSIT 2011, Bangalore, India, January 2-4, 2011. Proceedings, Part 2. Springer. p. 516. ISBN 978-3-642-17877-1.