در رمزنگاری شبکه جانشینی جایگشت (به انگلیسی: Substitution Permutation Network) مجموعه ای از عملگرهای ریاضی است که در الگوریتم های رمز قالبی مانند استاندارد رمزنگاری پیشرفته (به انگلیسی: (Advanced Encryption Standard (AES) استفاده می شود.
توضیح پخش به این صورت است: اگر یک بیت از متن اصلی را تغییر دهیم آن گاه ورودی یک جعبه جانشینی تغییر می کند و این یعنی چند بیت خروجی این جعبه جانشینی تغییر خواهد کرد؛ همه این تغییرات توسط یک جعبه جایگشت بین چندین جعبه جانشینی توزیع می شود؛ بنابراین خروجی جعبه های جانشینی در هر مرحله تغییر می کند و اگر چندین مرحله داشته باشیم، متن رمزشده به صورت شبه تصادفی به طور کامل تغییر خواهد کرد. به طور مشخص اگر یک قالب ورودی را به صورت تصادفی انتخاب کنیم و یک فلیپ در بیت i ام انجام دهیم، آن گاه احتمال این که بیت j ام خروجی تغییر کند تقریباً برابر ۱/۲ خواهد بود. (برای هر i و j). برعکس اگر یک بیت از متن رمزی را تغییر دهیم سپس سعی کنیم تا آن را رمزگشایی کنیم، متن اصلی حاصل شده با متن اصلی قبلی کاملاً تفاوت خواهد داشت.
چنین شبکه ای به عنوان ورودی کلید k و یک قالب از متن اصلی را می گیرد و چندین لایه از جعبه های جانشینی و جعبه های جایگشت را به منظور به دست آوردن قالبی از متن رمزی روی آن اعمال می کند. جعبه های جانشینی و جایگشت در واقع زیرقالب هایی از بیت های ورودی را به بیت های خروجی تبدیل می کنند. اصولاً در این جعبه ها از عملگرهایی مانند XOR که به صورت کارا در سخت افزار انجام می شوند، استفاده می شود. در هر مرحله زیرکلیدی از کلید اصلی با استفاده از زمان بند کلید به دست می آید که کلید آن لایه محسوب می شود.
رمزگشایی به سادگی انجام می شود. به این صورت که جعبه های جانشینی و جایگشت را همراه با زیرکلیدهای هر مرحله به صورت معکوس استفاده کنیم.
یک جعبه جانشینی یک قالب کوچک از بیت های ورودی را به قالب دیگری از بیت ها تبدیل می کند. این جانشینی باید یک به یک باشد، تا بتوان اطمینان داشت که رمزگشایی انجام می شود. به طور مشخص طول خروجی جعبه جانشینی با طول ورودی آن یکسان است. (در شکل سمت راست جعبه های جانشینی ورودی و خروجی ۴ دارند). البته این عمومیت ندارد و جعبه های جانشینی وجود دارند که طول ورودی و خروجی آن ها یکسان نیست. یک جعبه جانشینی خوب باید دارای این خصوصیت باشد که تعویض یک بیت ورودی باعث تغییر در نیمی از بیت های خروجی جعبه جانشینی باشد. همچنین هر بیت خروجی چنین جعبه ای باید به همه بیت های ورودی بستگی داشته باشد.
توضیح پخش به این صورت است: اگر یک بیت از متن اصلی را تغییر دهیم آن گاه ورودی یک جعبه جانشینی تغییر می کند و این یعنی چند بیت خروجی این جعبه جانشینی تغییر خواهد کرد؛ همه این تغییرات توسط یک جعبه جایگشت بین چندین جعبه جانشینی توزیع می شود؛ بنابراین خروجی جعبه های جانشینی در هر مرحله تغییر می کند و اگر چندین مرحله داشته باشیم، متن رمزشده به صورت شبه تصادفی به طور کامل تغییر خواهد کرد. به طور مشخص اگر یک قالب ورودی را به صورت تصادفی انتخاب کنیم و یک فلیپ در بیت i ام انجام دهیم، آن گاه احتمال این که بیت j ام خروجی تغییر کند تقریباً برابر ۱/۲ خواهد بود. (برای هر i و j). برعکس اگر یک بیت از متن رمزی را تغییر دهیم سپس سعی کنیم تا آن را رمزگشایی کنیم، متن اصلی حاصل شده با متن اصلی قبلی کاملاً تفاوت خواهد داشت.
چنین شبکه ای به عنوان ورودی کلید k و یک قالب از متن اصلی را می گیرد و چندین لایه از جعبه های جانشینی و جعبه های جایگشت را به منظور به دست آوردن قالبی از متن رمزی روی آن اعمال می کند. جعبه های جانشینی و جایگشت در واقع زیرقالب هایی از بیت های ورودی را به بیت های خروجی تبدیل می کنند. اصولاً در این جعبه ها از عملگرهایی مانند XOR که به صورت کارا در سخت افزار انجام می شوند، استفاده می شود. در هر مرحله زیرکلیدی از کلید اصلی با استفاده از زمان بند کلید به دست می آید که کلید آن لایه محسوب می شود.
رمزگشایی به سادگی انجام می شود. به این صورت که جعبه های جانشینی و جایگشت را همراه با زیرکلیدهای هر مرحله به صورت معکوس استفاده کنیم.
یک جعبه جانشینی یک قالب کوچک از بیت های ورودی را به قالب دیگری از بیت ها تبدیل می کند. این جانشینی باید یک به یک باشد، تا بتوان اطمینان داشت که رمزگشایی انجام می شود. به طور مشخص طول خروجی جعبه جانشینی با طول ورودی آن یکسان است. (در شکل سمت راست جعبه های جانشینی ورودی و خروجی ۴ دارند). البته این عمومیت ندارد و جعبه های جانشینی وجود دارند که طول ورودی و خروجی آن ها یکسان نیست. یک جعبه جانشینی خوب باید دارای این خصوصیت باشد که تعویض یک بیت ورودی باعث تغییر در نیمی از بیت های خروجی جعبه جانشینی باشد. همچنین هر بیت خروجی چنین جعبه ای باید به همه بیت های ورودی بستگی داشته باشد.
wiki: شبکه جانشینی جایگشت