블록암호 ARIA에 대한 depth 최적화된 양자 회로 구현

Abstract

The advancement of large-scale quantum computers poses a threat to the security of current encryption systems. In particular, symmetric-key cryptography significantly is impacted by general attacks using the Grover’s search algorithm. In recent years, studies have been presented to estimate the complexity of Grover’s key search for symmetric-key ciphers and assess post-quantum security. In this paper, we propose a depth-optimized quantum circuit implementation for ARIA, which is a symmetric key cipher included as a validation target the Korean Cryptographic Module Validation Program (KCMVP). Our quantum circuit implementation for ARIA improves the depth by more than 88.8% and Toffoli-depth by more than 98.7% compared to the implementation presented in Chauhan et al.‘s SPACE’20 paper. Finally, we present the cost of Grover’s key search for our circuit and evaluate the post-quantum security strength of ARIA according to relevant evaluation criteria provided NIST.|대규모 양자 컴퓨터의 발전은 현재 암호 시스템의 보안에 위협이 되고 있다. 특히 대칭키 암호는 Grover 검색 알고리즘을 사용하는 일반적인 공격에 의해 큰 영향을 받는다. 최근 몇 년간 대칭키 암호에 대한 Grover 키 검색 복잡성을 추정하고 양자 보안 강도를 평가하기 위한 연구가 발표되어왔다. 본 논문에서는 국내암호모듈검증제도(KCMVP)의 검증 대상으로 포함된 대칭키 암호 ARIA에 대해 depth 최적화된 양자 회로 구현을 제안한다. ARIA에 대한 양자 회로 구현은 SPACE’20에 발표된 Chauhan et al.의 논문에 제시된 구현과 비교하면 depth를 88.8% 이상, Toffoli-depth를 98.7% 이상 향상시켰다. 마지막으로, 제안한 회로에 대한 Grover 키 검색 비용을 제시하고 NIST에서 제공한 관련 평가 기준에 따라 ARIA의 양자 보안 강도를 평가한다.