首页|SM4算法S盒的高效量子电路实现

SM4算法S盒的高效量子电路实现

扫码查看
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。
Efficient quantum circuit implementation of the SM4 S-box
In recent years,the quantum circuit implementation in symmetric cryptography has attracted widespread attention.The SM4 block cipher algorithm is China's first commercial cipher standard and was accepted as an ISO/IEC international standard in 2021.S-box is the most complex component in the SM4 block cipher algorithm.This study investigates the quantum circuit implementation of the SM4 S-box.Based on the algebraic structure,using tower filed decomposition technology,the quantum circuit of the SM4 S-box is built.Based on the number of NCT gate sets,our quantum circuit requires 20 qubits,52 Toffoli gates,196 CNOT gates,and 13 X gates.The Toffoli depth of our circuit is 36.Compared with previous literature,the quantum circuit proposed herein requires fewer quantum resources.

SM4 algorithmS-boxquantum circuittower filed decomposition

刘嘉宏、谭晓青、李明、包戴鹏伟

展开 >

暨南大学信息科学技术学院,广州 510632

SM4算法 S盒 量子电路 塔域分解

广东省基础与应用基础研究基金

2024A151501306

2024

中国科学(物理学 力学 天文学)
中国科学院

中国科学(物理学 力学 天文学)

CSTPCD北大核心
影响因子:0.644
ISSN:1674-7275
年,卷(期):2024.54(4)
  • 37