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题名SM4算法基于不同逻辑门集的量子优化实现
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作者
郭运雨
向泽军
林达
曾祥勇
张莎莎
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机构
湖北大学网络空间安全学院
密码技术全国重点实验室
国防科技大学理学院
湖北大学数学与统计学学院应用数学湖北省重点实验室
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出处
《密码学报(中英文)》
北大核心
2025年第1期163-179,共17页
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基金
国家重点研发计划-青年科学家项目(2023YFA1011200)
国家自然科学基金(62272147,62402511)
+1 种基金
湖北省自然科学基金(2024AFB573)
湖北省自然科学基金创新群体项目(2023AFA021)。
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文摘
本文主要研究SM4算法的低Toffoli深度以及低T深度的量子电路构造.对于SM4算法的S盒,本文以对其基于塔域分解技术得到的经典实现的重新划分为基础,通过添加量子辅助比特使每部分的Toffoli深度以及T深度达到理论上的最小值.在经典实现的重新划分中,第二部分可视为4比特S盒,本文在基于NCT门集设计其量子电路时,提出了一种Toffoli深度为2的实现方案,该方案仅消耗8个量子辅助比特.针对重新划分中的第二部分基于Clifford+T门集的实现,本文使用基于SAT的搜索算法得到该部分与门深度为2的实现,并基于此设计了其T深度为2的量子电路.上述方法能在仅添加有限量子比特的条件下,有效地降低S盒整体电路的Toffoli深度以及T深度.基于上述方法,本文分别设计了SM4算法S盒Toffoli深度为8以及T深度为4的量子电路.将上述S盒电路应用于SM4算法整体设计中,本文最终分别设计了SM4算法的Toffoli深度为264、T深度为132的量子电路.
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关键词
SM4算法
塔域分解
S盒
量子实现
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Keywords
SM4
Tower field
S-box
Quantum circuit
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分类号
TP309.7
[自动化与计算机技术—计算机系统结构]
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