低轮次 Keccak/SHA-3 预像攻击的量子资源分析：从经典 2^57.8 到量子 2^28.9 的 Qiskit 模型
量子物理
2025-12-18 v1 密码学与安全
摘要
本文present了对量子加速经典 3 轮 Keccak-256 预像攻击进行的硬件导向分析，使用 Grover 算法。虽然从 T_cl=2^{57.8}（经典）到 T_qu = 2^{28.9}（量子）的理论量子加速在数学上是合理的，但实际实现开销极其惊人，以至于在资源和运行时间两个维度上，攻击在任何情况下都不可行。通过 Qiskit 基于的电路合成，我们推导得出 3 轮 Keccak 量子 oracle 需要：9,600 个 Toffoli 门（用于可逆性的反向计算）；3,200 个逻辑量子比特（1,600 个状态 + 1,600 个辅助）；7.47 × 10^{13} 个总计 2 量子比特门（完整 Grover 搜索）；320 万个物理量子比特（带量子纠错）；执行时间从 0.12 年（43 天）到 2,365 年不等，取决于机器假设。这些障碍——特别是物理量子比特需求、电路深度和误差积累——使量子攻击在任何可预见的量子计算机上都不可行。因此，SHA-3 安全性不受量子计算机在预像攻击方面的威胁。我们强调，在量子密码分析中进行硬件感知复杂度分析的重要性：Grover 算法优雅的渐近理论隐藏了一个极其惩罚性的工程开销，以至于从资源和实现视角看，量子方法变得不可行。
引用
@article{arxiv.2512.14759,
title = {Quantum Resource Analysis of Low-Round Keccak/SHA-3 Preimage Attack: From Classical 2^57.8 to Quantum 2^28.9 using Qiskit Modeling},
author = {Ramin Rezvani Gilkolae},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.14759},
year = {2025}
}