以低成本实现Camellia算法S盒的量子电路

作者：李振强; 高飞^*; 秦素娟^*; 温巧燕^*

来源：中国科学:物理学 力学 天文学 , 2023, 53(04): 21-29.

• Camellia
• S盒
• 乘法逆
• 组合域

Camellia是继AES后最具有竞争优势的分组密码算法之一,它在信息安全的很多领域已经有了广泛的应用. S盒是Camellia算法中唯一的非线性组件.本文研究如何用较少的资源实现Camellia算法S盒的量子电路.首先通过映射矩阵使得有限域F28的乘法逆可以通过F24的(乘法和)乘法逆运算得到,进而以更少的量子比特给出实现后者的量子电路.然后应用PLU分解和消元法,通过CNOT门和NOT门实现S盒的仿射变换.最后,结合所提出的量子电路,给出需要20个量子比特、54个Toffoli门、196个CNOT门以及Toffoli门深度为42的实现S盒的量子电路.与之前需要23个量子比特、67个Toffoli门、308个CNOT门以及Toffoli门深度为53的研究相比,本文S盒量子电路需要的资源更少.此外,本文的S盒量子电路可减少实现Camellia时所需的资源,进而降低Grover算法对其攻击时所需的量子电路规模.

• 单位
  北京邮电大学; 网络与交换技术国家重点实验室