【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及现代密码学领域，特别是涉及一种sm4算法低t深度的量子实现方法、系统及设备。
技术介绍
1、量子技术的飞速发展对现代密码学构成了一定威胁，特别是shor、simon以及grover等量子算法的提出，给密码算法的安全性带来了前所未有的挑战。在量子处理器中，量子比特的状态较快发生退相干，一定程度上减弱了量子计算机相较于传统计算机的优势。而在计算机中实现电路所消耗的时间与该电路的深度有关，这使得优化量子电路的深度受到广泛关注。与经典电路类似，量子电路通过将量子逻辑门作用于量子比特来实现特定功能。在众多量子逻辑门中，clifford+t逻辑门集由于适用于量子纠错而成为目前最常用的量子逻辑门集之一，其中t门的实现代价远大于其它逻辑单元。综上所述，优化基于clifford+t逻辑门集设计的量子电路的t深度成为热点问题。
2、量子计算机充满未知性，未来大规模量子计算机的普及仍有许多问题亟待解决。在这之前研究密码算法的量子实现尤为必要：一方面，在利用量子算法攻击密码算法时，密码算法的量子实现电路是量子算法的核心组件；另一方面，一旦未来在量子计算机中实现加解密功能，底层密码算法的量子实现成为必要。sm4算法是中国商用密码标准，于2021年成为iso\iec标准，其加解密速度快，应用场景广泛。无论是从研究算法抗量子安全性的角度，还是出于对在未来量子计算机中实施密码算法的考量，研究sm4算法的量子实现均具有十分重要的现实意义，而如何优化sm4算法量子实现仍是现在亟待解决的问题。
技术实现思路>
1、本专利技术的目的是提供一种sm4算法低t深度的量子实现方法、系统及设备，能够在降低算法电路t深度的前提下，尽可能使用更少的量子比特以减少量子电路的规模，最终达到优化sm4算法量子实现的目的。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、一种sm4算法低t深度的量子实现方法，包括：
4、从sm4算法s盒的经典实现中提取出4比特置换；
5、利用4比特置换划分sm4算法s盒的经典实现，得到第一部分、第二部分以及第三部分；
6、分别确定第一部分、第二部分以及第三部分低与门深度的实现；
7、根据第一部分、第二部分以及第三部分低与门深度的实现，利用经典与门和量子qand门之间的联系确定sm4算法s盒t深度为4的实现；
8、根据优化后的s盒进行量子优化实现。
9、可选地，所述从sm4算法s盒的经典实现中提取出4比特置换，具体包括：
10、利用塔域分解技术生成sm4算法s盒的经典实现。
11、可选地，所述分别确定第一部分、第二部分以及第三部分低与门深度的实现，具体包括：
12、确定第一部分和第三部分与门深度为1的经典实现；
13、确定第二部分与门深度为2的经典实现。
14、可选地，所述根据第一部分、第二部分以及第三部分低与门深度的实现，利用经典与门和量子qand门之间的联系确定sm4算法s盒t深度为4的实现，具体包括：
15、根据第一部分和第三部分与门深度为1的经典实现确定第一部分和第三部分t深度为1的量子实现；
16、根据第二部分与门深度为2的经典实现确定第二部分t深度为2的量子实现；
17、根据第一部分、第二部分以及第三部分低t深度的量子实现，以及s盒输入，确定sm4算法s盒t深度为4的实现。
18、可选地，所述根据优化后的s盒进行量子优化实现，具体包括：
19、根据优化后的s盒计算第1轮轮子密钥；
20、同时计算第1轮的输出和第2轮的轮子密钥；
21、同时计算第r轮的输出和第r+1轮的轮子密钥；
22、调用一次轮函数通过一系列线性变换得到密文。
23、一种sm4算法低t深度的量子实现系统，包括：
24、4比特置换提取模块，用于从sm4算法s盒的经典实现中提取出4比特置换；
25、划分模块，用于利用4比特置换划分sm4算法s盒的经典实现，得到第一部分、第二部分以及第三部分；
26、低与门深度实现模块，用于分别确定第一部分、第二部分以及第三部分低与门深度的实现；
27、s盒输出模块，用于根据第一部分、第二部分以及第三部分低与门深度的实现，利用经典与门和量子qand门之间的联系确定sm4算法s盒t深度为4的实现；
28、量子优化实现模块，用于根据优化后的s盒进行量子优化实现。
29、一种sm4算法低t深度的量子实现设备，包括：至少一个处理器、至少一个存储器以及存储在所述存储器中的计算机程序指令，当所述计算机程序指令被所述处理器执行时实现所述的一种sm4算法低t深度的量子实现方法。
30、可选地，所述存储器为计算机可读存储介质。
31、根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
32、本专利技术所提供的一种sm4算法低t深度的量子实现方法、系统及设备，从sm4算法s盒的经典实现中提取出4比特置换，通过优化实现目标变换的经典电路的与门深度可以设计该变换低t深度的量子实现。利用4比特置换划分sm4算法s盒的经典实现，得到第一部分、第二部分以及第三部分，进而分别确定第一部分、第二部分以及第三部分低与门深度的实现；根据第一部分、第二部分以及第三部分低与门深度的实现，利用经典与门和量子qand门之间的联系确定sm4算法s盒t深度为4的实现。本专利技术能够在降低算法电路t深度的前提下，尽可能使用更少的量子比特以减少量子电路的规模，最终达到优化sm4算法量子实现的目的。
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1.一种SM4算法低T深度的量子实现方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种SM4算法低T深度的量子实现方法，其特征在于，所述从SM4算法S盒的经典实现中提取出4比特置换，具体包括：
3.根据权利要求1所述的一种SM4算法低T深度的量子实现方法，其特征在于，所述分别确定第一部分、第二部分以及第三部分低与门深度的实现，具体包括：
4.根据权利要求3所述的一种SM4算法低T深度的量子实现方法，其特征在于，所述根据第一部分、第二部分以及第三部分低与门深度的实现，利用经典与门和量子QAND门之间的联系确定SM4算法S盒T深度为4的实现，具体包括：
5.根据权利要求4所述的一种SM4算法低T深度的量子实现方法，其特征在于，所述根据优化后的S盒进行量子优化实现，具体包括：
6.一种SM4算法低T深度的量子实现系统，其特征在于，包括：
7.一种SM4算法低T深度的量子实现设备，其特征在于，包括：至少一个处理器、至少一个存储器以及存储在所述存储器中的计算机程序指令，当所述计算机程序指令被所述处理器执行时实现如权
8.根据权利要求7所述的一种SM4算法低T深度的量子实现设备，其特征在于，所述存储器为计算机可读存储介质。
...【技术特征摘要】
1.一种sm4算法低t深度的量子实现方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种sm4算法低t深度的量子实现方法，其特征在于，所述从sm4算法s盒的经典实现中提取出4比特置换，具体包括：
3.根据权利要求1所述的一种sm4算法低t深度的量子实现方法，其特征在于，所述分别确定第一部分、第二部分以及第三部分低与门深度的实现，具体包括：
4.根据权利要求3所述的一种sm4算法低t深度的量子实现方法，其特征在于，所述根据第一部分、第二部分以及第三部分低与门深度的实现，利用经典与门和量子qand门之间的联系确定sm4算法s盒t深度为4的实现，具体包...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐晗，程丹仪，王晓东，陈子申，叶舒，崔思豪，
申请(专利权)人：中煤西安地下空间科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：
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