The Rijndael S-box is a substitution box or lookup table used in the Rijndael cipher, which the Advanced Encryption Standard (AES) cryptographic algorithm is based on. We will be using the S-box to obfuscate or encrypt the plain text. Each pair of nibble in the plain text is interchanged with a new value from the S-Box.
00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0a 0b 0c 0d 0e 0f
00 63 7c 77 7b f2 6b 6f c5 30 01 67 2b fe d7 ab 76
10 ca 82 c9 7d fa 59 47 f0 ad d4 a2 af 9c a4 72 c0
20 b7 fd 93 26 36 3f f7 cc 34 a5 e5 f1 71 d8 31 15
30 04 c7 23 c3 18 96 05 9a 07 12 80 e2 eb 27 b2 75
40 09 83 2c 1a 1b 6e 5a a0 52 3b d6 b3 29 e3 2f 84
50 53 d1 00 ed 20 fc b1 5b 6a cb be 39 4a 4c 58 cf
60 d0 ef aa fb 43 4d 33 85 45 f9 02 7f 50 3c 9f a8
70 51 a3 40 8f 92 9d 38 f5 bc b6 da 21 10 ff f3 d2
80 cd 0c 13 ec 5f 97 44 17 c4 a7 7e 3d 64 5d 19 73
90 60 81 4f dc 22 2a 90 88 46 ee b8 14 de 5e 0b db
a0 e0 32 3a 0a 49 06 24 5c c2 d3 ac 62 91 95 e4 79
b0 e7 c8 37 6d 8d d5 4e a9 6c 56 f4 ea 65 7a ae 08
c0 ba 78 25 2e 1c a6 b4 c6 e8 dd 74 1f 4b bd 8b 8a
d0 70 3e b5 66 48 03 f6 0e 61 35 57 b9 86 c1 1d 9e
e0 e1 f8 98 11 69 d9 8e 94 9b 1e 87 e9 ce 55 28 df
f0 8c a1 89 0d bf e6 42 68 41 99 2d 0f b0 54 bb 16
The column is determined by the least significant nibble, and the row by the most significant nibble. For example the value 0x4a is replaced with 0xD6.watch the video below for demonstration in logism.
`timescale 1 ns/1 ps module SBox ( input clk, //system clock input reset, //asynch active low reset input valid_in, //valid input signal input [7:0] addr, //SBox input byte output reg [7:0] dout //SBox output ); always @ ( posedge clk or negedge reset) if (!reset) begin dout <= 8'h00; end else begin if(valid_in) begin case (addr) //substitution table 8'h00 : dout <= 8'h63; 8'h01 : dout <= 8'h7c; 8'h02 : dout <= 8'h77; 8'h03 : dout <= 8'h7b; 8'h04 : dout <= 8'hf2; 8'h05 : dout <= 8'h6b; 8'h06 : dout <= 8'h6f; 8'h07 : dout <= 8'hc5; 8'h08 : dout <= 8'h30; 8'h09 : dout <= 8'h01; 8'h0a : dout <= 8'h67; 8'h0b : dout <= 8'h2b; 8'h0c : dout <= 8'hfe; 8'h0d : dout <= 8'hd7; 8'h0e : dout <= 8'hab; 8'h0f : dout <= 8'h76; /****************************************/ 8'h10 : dout <= 8'hca; 8'h11 : dout <= 8'h82; 8'h12 : dout <= 8'hc9; 8'h13 : dout <= 8'h7d; 8'h14 : dout <= 8'hfa; 8'h15 : dout <= 8'h59; 8'h16 : dout <= 8'h47; 8'h17 : dout <= 8'hf0; 8'h18 : dout <= 8'had; 8'h19 : dout <= 8'hd4; 8'h1a : dout <= 8'ha2; 8'h1b : dout <= 8'haf; 8'h1c : dout <= 8'h9c; 8'h1d : dout <= 8'ha4; 8'h1e : dout <= 8'h72; 8'h1f : dout <= 8'hc0; /**********************************************/ 8'h20 : dout <= 8'hb7; 8'h21 : dout <= 8'hfd; 8'h22 : dout <= 8'h93; 8'h23 : dout <= 8'h26; 8'h24 : dout <= 8'h36; 8'h25 : dout <= 8'h3f; 8'h26 : dout <= 8'hf7; 8'h27 : dout <= 8'hcc; 8'h28 : dout <= 8'h34; 8'h29 : dout <= 8'ha5; 8'h2a : dout <= 8'he5; 8'h2b : dout <= 8'hf1; 8'h2c : dout <= 8'h71; 8'h2d : dout <= 8'hd8; 8'h2e : dout <= 8'h31; 8'h2f : dout <= 8'h15; /*****************************************/ 8'h30 : dout <= 8'h04; 8'h31 : dout <= 8'hc7; 8'h32 : dout <= 8'h23; 8'h33 : dout <= 8'hc3; 8'h34 : dout <= 8'h18; 8'h35 : dout <= 8'h96; 8'h36 : dout <= 8'h05; 8'h37 : dout <= 8'h9a; 8'h38 : dout <= 8'h07; 8'h39 : dout <= 8'h12; 8'h3a : dout <= 8'h80; 8'h3b : dout <= 8'he2; 8'h3c : dout <= 8'heb; 8'h3d : dout <= 8'h27; 8'h3e : dout <= 8'hb2; 8'h3f : dout <= 8'h75; /*******************************************/ 8'h40 : dout <= 8'h09; 8'h41 : dout <= 8'h83; 8'h42 : dout <= 8'h2c; 8'h43 : dout <= 8'h1a; 8'h44 : dout <= 8'h1b; 8'h45 : dout <= 8'h6e; 8'h46 : dout <= 8'h5a; 8'h47 : dout <= 8'ha0; 8'h48 : dout <= 8'h52; 8'h49 : dout <= 8'h3b; 8'h4a : dout <= 8'hd6; 8'h4b : dout <= 8'hb3; 8'h4c : dout <= 8'h29; 8'h4d : dout <= 8'he3; 8'h4e : dout <= 8'h2f; 8'h4f : dout <= 8'h84; /**********************************************/ 8'h50 : dout <= 8'h53; 8'h51 : dout <= 8'hd1; 8'h52 : dout <= 8'h00; 8'h53 : dout <= 8'hed; 8'h54 : dout <= 8'h20; 8'h55 : dout <= 8'hfc; 8'h56 : dout <= 8'hb1; 8'h57 : dout <= 8'h5b; 8'h58 : dout <= 8'h6a; 8'h59 : dout <= 8'hcb; 8'h5a : dout <= 8'hbe; 8'h5b : dout <= 8'h39; 8'h5c : dout <= 8'h4a; 8'h5d : dout <= 8'h4c; 8'h5e : dout <= 8'h58; 8'h5f : dout <= 8'hcf; /****************************************/ 8'h60 : dout <= 8'hd0; 8'h61 : dout <= 8'hef; 8'h62 : dout <= 8'haa; 8'h63 : dout <= 8'hfb; 8'h64 : dout <= 8'h43; 8'h65 : dout <= 8'h4d; 8'h66 : dout <= 8'h33; 8'h67 : dout <= 8'h85; 8'h68 : dout <= 8'h45; 8'h69 : dout <= 8'hf9; 8'h6a : dout <= 8'h02; 8'h6b : dout <= 8'h7f; 8'h6c : dout <= 8'h50; 8'h6d : dout <= 8'h3c; 8'h6e : dout <= 8'h9f; 8'h6f : dout <= 8'ha8; /*********************************************/ 8'h70 : dout <= 8'h51; 8'h71 : dout <= 8'ha3; 8'h72 : dout <= 8'h40; 8'h73 : dout <= 8'h8f; 8'h74 : dout <= 8'h92; 8'h75 : dout <= 8'h9d; 8'h76 : dout <= 8'h38; 8'h77 : dout <= 8'hf5; 8'h78 : dout <= 8'hbc; 8'h79 : dout <= 8'hb6; 8'h7a : dout <= 8'hda; 8'h7b : dout <= 8'h21; 8'h7c : dout <= 8'h10; 8'h7d : dout <= 8'hff; 8'h7e : dout <= 8'hf3; 8'h7f : dout <= 8'hd2; /********************************************/ 8'h80 : dout <= 8'hcd; 8'h81 : dout <= 8'h0c; 8'h82 : dout <= 8'h13; 8'h83 : dout <= 8'hec; 8'h84 : dout <= 8'h5f; 8'h85 : dout <= 8'h97; 8'h86 : dout <= 8'h44; 8'h87 : dout <= 8'h17; 8'h88 : dout <= 8'hc4; 8'h89 : dout <= 8'ha7; 8'h8a : dout <= 8'h7e; 8'h8b : dout <= 8'h3d; 8'h8c : dout <= 8'h64; 8'h8d : dout <= 8'h5d; 8'h8e : dout <= 8'h19; 8'h8f : dout <= 8'h73; /***********************************************/ 8'h90 : dout <= 8'h60; 8'h91 : dout <= 8'h81; 8'h92 : dout <= 8'h4f; 8'h93 : dout <= 8'hdc; 8'h94 : dout <= 8'h22; 8'h95 : dout <= 8'h2a; 8'h96 : dout <= 8'h90; 8'h97 : dout <= 8'h88; 8'h98 : dout <= 8'h46; 8'h99 : dout <= 8'hee; 8'h9a : dout <= 8'hb8; 8'h9b : dout <= 8'h14; 8'h9c : dout <= 8'hde; 8'h9d : dout <= 8'h5e; 8'h9e : dout <= 8'h0b; 8'h9f : dout <= 8'hdb; /******************************************/ 8'ha0 : dout <= 8'he0; 8'ha1 : dout <= 8'h32; 8'ha2 : dout <= 8'h3a; 8'ha3 : dout <= 8'h0a; 8'ha4 : dout <= 8'h49; 8'ha5 : dout <= 8'h06; 8'ha6 : dout <= 8'h24; 8'ha7 : dout <= 8'h5c; 8'ha8 : dout <= 8'hc2; 8'ha9 : dout <= 8'hd3; 8'haa : dout <= 8'hac; 8'hab : dout <= 8'h62; 8'hac : dout <= 8'h91; 8'had : dout <= 8'h95; 8'hae : dout <= 8'he4; 8'haf : dout <= 8'h79; /******************************************/ 8'hb0 : dout <= 8'he7; 8'hb1 : dout <= 8'hc8; 8'hb2 : dout <= 8'h37; 8'hb3 : dout <= 8'h6d; 8'hb4 : dout <= 8'h8d; 8'hb5 : dout <= 8'hd5; 8'hb6 : dout <= 8'h4e; 8'hb7 : dout <= 8'ha9; 8'hb8 : dout <= 8'h6c; 8'hb9 : dout <= 8'h56; 8'hba : dout <= 8'hf4; 8'hbb : dout <= 8'hea; 8'hbc : dout <= 8'h65; 8'hbd : dout <= 8'h7a; 8'hbe : dout <= 8'hae; 8'hbf : dout <= 8'h08; /****************************************/ 8'hc0 : dout <= 8'hba; 8'hc1 : dout <= 8'h78; 8'hc2 : dout <= 8'h25; 8'hc3 : dout <= 8'h2e; 8'hc4 : dout <= 8'h1c; 8'hc5 : dout <= 8'ha6; 8'hc6 : dout <= 8'hb4; 8'hc7 : dout <= 8'hc6; 8'hc8 : dout <= 8'he8; 8'hc9 : dout <= 8'hdd; 8'hca : dout <= 8'h74; 8'hcb : dout <= 8'h1f; 8'hcc : dout <= 8'h4b; 8'hcd : dout <= 8'hbd; 8'hce : dout <= 8'h8b; 8'hcf : dout <= 8'h8a; /****************************************/ 8'hd0 : dout <= 8'h70; 8'hd1 : dout <= 8'h3e; 8'hd2 : dout <= 8'hb5; 8'hd3 : dout <= 8'h66; 8'hd4 : dout <= 8'h48; 8'hd5 : dout <= 8'h03; 8'hd6 : dout <= 8'hf6; 8'hd7 : dout <= 8'h0e; 8'hd8 : dout <= 8'h61; 8'hd9 : dout <= 8'h35; 8'hda : dout <= 8'h57; 8'hdb : dout <= 8'hb9; 8'hdc : dout <= 8'h86; 8'hdd : dout <= 8'hc1; 8'hde : dout <= 8'h1d; 8'hdf : dout <= 8'h9e; /*******************************************/ 8'he0 : dout <= 8'he1; 8'he1 : dout <= 8'hf8; 8'he2 : dout <= 8'h98; 8'he3 : dout <= 8'h11; 8'he4 : dout <= 8'h69; 8'he5 : dout <= 8'hd9; 8'he6 : dout <= 8'h8e; 8'he7 : dout <= 8'h94; 8'he8 : dout <= 8'h9b; 8'he9 : dout <= 8'h1e; 8'hea : dout <= 8'h87; 8'heb : dout <= 8'he9; 8'hec : dout <= 8'hce; 8'hed : dout <= 8'h55; 8'hee : dout <= 8'h28; 8'hef : dout <= 8'hdf; /****************************************/ 8'hf0 : dout <= 8'h8c; 8'hf1 : dout <= 8'ha1; 8'hf2 : dout <= 8'h89; 8'hf3 : dout <= 8'h0d; 8'hf4 : dout <= 8'hbf; 8'hf5 : dout <= 8'he6; 8'hf6 : dout <= 8'h42; 8'hf7 : dout <= 8'h68; 8'hf8 : dout <= 8'h41; 8'hf9 : dout <= 8'h99; 8'hfa : dout <= 8'h2d; 8'hfb : dout <= 8'h0f; 8'hfc : dout <= 8'hb0; 8'hfd : dout <= 8'h54; 8'hfe : dout <= 8'hbb; 8'hff : dout <= 8'h16; default : dout <= 8'h00; endcase end end endmodule
