S盒是多数对称密码算法中用以保障安全性的非线性部件。由于S盒具有布尔结构,所以布尔函数的构型成为S盒设计的重要基础。BENT函数是理论上证明达到非线性度上界的一类布尔函数,它满足最高阶扩散准则,满足严格雪崩准则(SAC)。多输出BENT函数还具有均匀的差分分布表。因此,BENT函数常被用作构造S盒的数学模块。针对BENT函数有非平衡性的S盒设计应用缺陷,本论文研究了BENT函数与平衡S盒的关系,归纳出了BENT函数的平衡化改造方法,并以此为理论基础研究了以BENT函数为部件构造S盒的方法,最后完成了以本论文所研究S盒设计方法为内核的S盒辅助设计软件的设计与开发,力求为设计自主可控的S盒提供理论方法与实现工具。本论文在下述三个方面展开了研究并取得成果。(1)BENT函数的平衡化方法通过对BENT函数的分析,结合已有的以BENT函数为部件构造S盒的研究,归纳出三类设计S盒的BENT函数的平衡化改造方法:引入平衡化函数;截取部分输出值;扩充支持集。(2)以BENT函数为部件构造S盒以BENT函数平衡化方法为理论依据,分别研究了如何利用MM型和PS型BENT函数设计S盒,对所设计S盒的非线性度、代数次数、雪崩特性进行了理论分析,并讨论了提升这些密码学特性的途径。由本文对S盒设计的研究可知,改变BENT函数的类型,选择不同的平衡化函数或输出值截取方法都可生成不同的S盒,且S盒的主要密码学特性也可以不同,这为设计自主可控的S盒提供了理论方法。(3)S盒辅助设计软件的设计与实现本论文设计与实现了一个以本文所研究S盒构造方法为内核的S盒辅助设计软件,并介绍了它的需求分析、功能设计以及主要函数的算法流程。利用本文软件构造的部分S盒样例及它们的特性测试结果表明:此软件工具为设计自主可控S盒提供了一种可靠的实现工具。