当前还未发现ZUC算法S盒的高效线路实现方案,一般以查找表的方式进行实现.该操作将消耗大量的硬件资源,非常不适用于在受限环境下使用ZUC算法.针对上述不足,本文首次给出ZUC算法S盒的完整线路实现以及线性变换的in-place实现,可以有效地降低ZUC算法线路实现的资源开销.ZUC算法中的S盒由4个大小为8×8的S盒组合而成,即S=(S0,S1,S2,S3),其中S0=S2,S1=S3.首先,使用穷举剪枝的搜索策略以及基于SAT的S盒优化技术给出S0中3个P变换的高效线路实现,进而首次得到S0的紧凑线路实现.其次,根据S1的代数表达式,通过应用几种最先进的组合逻辑最小化技术,对正规基下F28域上求逆运算的720种塔域表示进行全面的研究,得到S1的紧凑线路实现.相较于以往基于复合域的实现方法,节省了25.48％的硬件开销.最后,将ZUC算法中的线性变换转换成矩阵形式,并使用优化线性矩阵的启发式算法得到其in-place实现,减少了34.77％的XOR门数,且不需要使用额外的辅助比特.本文研究将会对传统环境下以及量子环境下ZUC算法的线路实现产生积极的影响.