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基于复合域SM4密码算法S盒的量子电路实现
文献摘要：
S盒是SM4分组密码算法中重要的非线性组件.使用Toffoli门、CNOT门和NOT门构建S盒的量子电路.首先,基于S盒的代数表达式,通过同构映射矩阵,将有限域GF(28)中的求逆运算转化到有限域GF((24)2)中的运算;其次,在GF(24)中分别给出了平方计算、乘法计算和求逆运算的量子电路;再次,通过最小化同构矩阵中"1"元素的个数,求出最优的同构映射矩阵,并给出相应的量子电路;然后,通过高斯消元法给出S盒表达式中仿射变换的量子电路;最后,综合出SM4密码算法S盒的量子电路.该量子电路的正确性通过IBM量子平台的Aer模拟器进行了验证.复杂度分析表明:所给出S盒的量子电路一共使用了21个量子比特,55个Toffoli门、176个CNOT门和10个NOT门,电路深度为151.相比于已有结果,所使用的量子资源进一步减少,效率进一步提高.
文献关键词：
代数运算;复合域;量子电路;S盒;SM4
中图分类号：
作者姓名：
罗庆斌;李晓瑜;杨国武;牛伟纳;李强
作者机构：
湖北民族大学智能科学与工程学院 湖北恩施 445000;电子科技大学信息与软件工程学院 成都 610054;电子科技大学计算机科学与工程学院 成都 611731
文献出处：
引用格式：
[1]罗庆斌;李晓瑜;杨国武;牛伟纳;李强-.基于复合域SM4密码算法S盒的量子电路实现)[J].电子科技大学学报,2022(06):812-818
A类：
复合域,高斯消元,Aer
B类：
SM4,量子电路,电路实现,分组密码算法,Toffoli,CNOT,代数表达,同构映射,有限域,GF,逆运算,消元法,仿射变换,合出,IBM,模拟器,一共,量子比特,代数运算
AB值：
0.215005
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