An efficient quantum circuit implementation of ZUC-128 cipher with low T-depth
ZOU Jian, XIANG SiMing, ZOU ChangZhong, Wenling Wu · Zhongguo kexue. Wulixue Lixue Tianwenxue · 2024
祖冲之密码算法 (ZUC) 是我国推出的一种流密码算法, 本文主要研究如何以较低 T 深度实现ZUC-128 算法的完整量子线路. S 盒是 ZUC-128 算法非线性组件的重要组成部分, 首先本文通过穷搜剪枝策略和塔域分解技术分别获得了S0和S1的经典电路实现, 然后分两步设计S0和S1量子线路: 第一步是减小经典电路的与门深度, 第二步是实现量子线路的 T 深度等于经典电路的与门深度. 本文新型的S0和S1的量子线路的 T 深度都为 7. 同时本文还研究了加法器和 L 函数的量子线路实现, 以降低整体电路的T 深度. 最后本文探索出了 ZUC 算法整个流程的量子线路构造, 当工作步骤中的 L=32 轮时, 该量子线路需要 46008 个量子比特, 682340 个 T 门, 2008535 个 CNOT 门和 42680 个 NOT 门, T 深度为 11341, 其量子比特数与 T 深度的乘积为 5.22 × 10^8.