混合ARX-SPN密码GFSPX的量子线路实现与Grover密码分析

经典对称密钥原语的安全性因量子计算的出现而面临根本性挑战，因此需要对其后量子安全性进行严格评估。本文对GFSPX（一种具有64位数据块和128位密钥的轻量级分组密码）进行了全面的量子线路实现和Grover密码分析。GFSPX采用了一种独特的混合架构，该架构集成了4分支广义Feistel结构以及加法-旋转-异或（ARX）和替换-置换网络（SPN）组件。我们的量子实现通过利用Feistel网络固有的可逆性，并为ARX层采用紧凑的纹波进位加法器，优化了资源分配。所提出的架构实现了209个量子比特的量子比特优化占用，基线量子成本为32,498，电路深度为7,617。为了评估该密码对量子对手的抵抗力，我们使用三个明文-密文对构建了一个并行化的Grover预言机，以消除虚假匹配。我们的分析表明，对GFSPX进行密钥恢复攻击的总量子成本为$1.12 \times 2^{159}$个量子门。尽管该成本低于NIST Level 1安全阈值$2^{170}$，但混合ARX-SPN设计在轻量级设计中表现出更高的量子攻击抵抗力。这些发现为资源受限环境下下一代密码设计中经典效率与量子韧性之间的平衡提供了关键见解。