SM4算法S盒的高效量子电路实现

作     者：刘嘉宏 谭晓青 李明 包戴鹏伟 LIU JiaHong;TAN XiaoQing;LI Ming;BAO DaiPengWei

作者机构：暨南大学信息科学技术学院广州510632 

出 版 物：《中国科学：物理学、力学、天文学》 (Scientia Sinica Physica,Mechanica & Astronomica)

年 卷 期：2024年第54卷第4期

页      面：118-126页

核心收录：

学科分类：11[军事学] 1105[军事学-军队指挥学] 07[理学] 0839[工学-网络空间安全] 08[工学] 070201[理学-理论物理] 110505[军事学-密码学] 110503[军事学-军事通信学] 0702[理学-物理学] 

基　　金：广东省基础与应用基础研究基金(编号:2024A151501306)资助项目 

主　　题：SM4算法 S盒 量子电路 塔域分解 

摘      要：近年来,对称密码的量子实现受到了广泛关注.SM4分组密码算法是我国首个商用密码标准,在2021年成为ISO/IEC国际标准.S盒作为SM4算法中最复杂的组件,其量子电路实现对整个SM4算法的量子电路有重大影响.本文依据SM4算法S盒的代数结构,使用塔域分解技术实现其量子电路.本文提出的SM4算法S盒的量子电路,基于NCT门集分析,需要的量子资源为20个量子比特、52个Toffoli门、196个CNOT门、13个X门,Toffoli深度为36;基于Clifford+T门集分析,需要量子资源为20个量子比特、334个T门、548个CNOT门、129个1qCliff门,T深度为108.与已有文献相比,本文提出的量子电路需要的量子资源更少.