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ZUC-128的量子电路实现 被引量:1

Quantum Circuit Implementation of ZUC-128
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摘要 近来,对称密码算法的量子实现受到了广泛的关注.ZUC流密码算法是我国自主研发的对称密码算法,于2011年9月被3GPP采纳为新一代宽带无线移动通信系统的国际标准.本文主要研究ZUC-128算法的高效量子电路实现,设计了更高效的S1盒量子电路和线性变换L2的量子电路,使用流水线结构进一步优化了已有的ZUC-128算法量子电路.本文提出的ZUC-128量子电路需要753个量子比特、10399 Toffoli门、279532个CNOT门、28150个X门,Toffoli深度为45282,比已有方案节省6371个Toffoli门、68585个CNOT门. Recently,the quantum circuit implementation in symmetric cryptographic algorithms has received widespread attention.The ZUC stream cipher algorithm is China’s first independently developed symmetric cipher algorithm,and was adopted as an international standard by 3GPP in 2011.This study focuses on the efficient quantum implementation of the ZUC-128.Firstly,the more efficient quantum circuit of S1-box and quantum circuit of linear transformation L2 are designed.Then,a pipeline structure is used further to optimize the existing quantum circuit of ZUC-128.The proposed quantum circuit of ZUC-128 requires 753 qubits,10399 Toffoli gates,279532 CNOT gates,and 28150 X gates,with a Toffli depth of 45282.Compared with existing literature,the proposed circuit saves 6371 Toffoli gates,68585 CNOT gates.
作者 刘嘉宏 谭晓青 黄睿 LIU Jia-Hong;TAN Xiao-Qing;HUANG Rui(College of Information Science and Technology,Jinan University,Guangzhou 510632,China;Quantum Science Center of Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area,Shenzhen 518045,China;School of Artificial Intelligence,Shenzhen Polytechnic University,Shenzhen 518071,China;Shenzhen Songgang Middle School,Shenzhen 518105,China)
出处 《密码学报(中英文)》 北大核心 2025年第3期513-526,共14页 Journal of Cryptologic Research
基金 广东省量子科学战略专项(GDZX2403007) 广东省基础与应用基础研究基金自然科学基金面上项目(2024A1515013066) 国家自然科学基金青年科学基金(62302318) 深圳市科技计划(20231124122522001)。
关键词 ZUC算法 流密码 S盒 量子电路 塔域分解 ZUC algorithm stream ciphers S-box quantum circuit tower filed decomposition
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