Fugu-MT 論文翻訳(概要): Quantum Circuit Realization and Grover Cryptanalysis of the Hybrid ARX-SPN Cipher GFSPX

論文の概要: Quantum Circuit Realization and Grover Cryptanalysis of the Hybrid ARX-SPN Cipher GFSPX

arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.27443v1
Date: Sat, 23 May 2026 12:38:46 GMT
ステータス: 翻訳完了
システム内更新日: 2026-05-28 17:38:55.278452
Title: Quantum Circuit Realization and Grover Cryptanalysis of the Hybrid ARX-SPN Cipher GFSPX
Title（参考訳）: ハイブリッドARX-SPN暗号GFSPXの量子回路実現とグローバークリプタリシス
Authors: Ibrahim Ulgen, Hasan Ozgur Cildiroglu, Oğuz Yayla,
Abstract要約: 本稿では,GFSPXの量子回路実現とGroverの暗号解析について述べる。 GFSPXは64ビットデータブロックと128ビットシークレットキーを備えた軽量ブロック暗号である。我々の分析によると、GFSPXに対する鍵回収攻撃の総量子コストは、量子ゲートの1.12倍2159ドルである。
参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Abstract: The security of classical symmetric-key primitives is fundamentally challenged by the emergence of quantum computing, necessitating a rigorous evaluation of their post-quantum resilience. This paper presents a comprehensive quantum circuit realization and Grover cryptanalysis of GFSPX, a lightweight block cipher featuring a 64-bit data block and a 128-bit secret key. GFSPX utilizes a unique hybrid architecture that integrates a 4-branch generalized Feistel structure with both Addition-Rotation-XOR (ARX) and Substitution-Permutation Network (SPN) components. Our quantum implementation optimizes resource distribution by exploiting the inherent reversibility of the Feistel network and employing a compact ripple-carry adder for the ARX layers. The proposed architecture achieves a qubit-optimized footprint of 209 qubits with a baseline quantum cost of 32,498 and a circuit depth of 7,617. To evaluate the cipher's resistance against quantum adversaries, we construct a parallelized Grover oracle using three plaintext-ciphertext pairs to eliminate spurious matches. Our analysis reveals that the total quantum cost of a key-recovery attack on GFSPX is $1.12 \times 2^{159}$ quantum gates. Although this cost falls below the NIST Level 1 security threshold of $2^{170}$, the hybrid ARX-SPN design demonstrates a higher quantum attack resistance among other lightweight designs. These findings provide critical insights into the balance between classical efficiency and quantum resilience in next-generation cryptographic designs for resource-constrained environments.
Abstract（参考訳）: 古典対称鍵プリミティブのセキュリティは、量子コンピューティングの出現によって根本的な課題であり、量子後レジリエンスの厳密な評価を必要とする。本稿では,64ビットデータブロックと128ビット秘密鍵を備えた軽量ブロック暗号GFSPXの包括的量子回路実現とGrover暗号について述べる。 GFSPXは4ブランチの一般化されたFeistel構造をARX(Addition-Rotation-XOR)とSPN(Substitution-Permutation Network)の両方のコンポーネントに統合する独自のハイブリッドアーキテクチャを使用している。我々の量子実装は、Feistelネットワーク固有の可逆性を利用して資源分布を最適化し、ARX層にコンパクトなリップルキャリー加算器を用いる。提案アーキテクチャは,基本量子コスト32,498,回路深さ7,617の209量子ビットの量子ビット最適化フットプリントを実現する。量子逆数に対する暗号の抵抗性を評価するために、3つの平文-暗号ペアを用いて並列化されたグローバーオラクルを構築し、スプリアスマッチを排除した。解析の結果、GFSPXに対する鍵回復攻撃の総量子コストは1.12 \times 2^{159}$量子ゲートであることがわかった。このコストは、NIST Level 1のセキュリティしきい値の2.170ドルを下回るが、ハイブリッドARX-SPN設計は、他の軽量設計よりも高い量子攻撃耐性を示す。これらの知見は、資源制約環境のための次世代暗号設計における古典的効率性と量子レジリエンスのバランスに関する重要な洞察を与える。

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