論文の概要: Cryptanalysis and design for a family of plaintext non-delayed chaotic ciphers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.11158v1
• Date: Sun, 14 Sep 2025 08:36:21 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-16 17:26:22.951071
• Title: Cryptanalysis and design for a family of plaintext non-delayed chaotic ciphers
• Title（参考訳）: 平文非遅延カオス暗号系のクリプトアナリシスと設計
• Authors: Qianxue Wang, Simin Yu,
• Abstract要約: 複数のセキュリティ脆弱性を含む3段階の置換拡散置換PNDCCの典型的な例を示す。 すべての統計指標は優れた性能を示すが、4つの異なる攻撃で破壊することができる。 本稿では,様々な暗号解析攻撃に抵抗できる,平文遅延カオス暗号(PDCC)と呼ばれる新しい方式を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.3204178451683264
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Plaintext non-delayed chaotic cipher (PNDCC) means that in the diffusion equation, plaintext has no delay terms while ciphertext has a feedback term. In existing literature, chaotic cipher diffusions invariably take this form. Since its introduction, PNDCC has attracted attention but also doubts. Designers of chaotic ciphers usually claim PNDCC security by statistical tests, while rigorous cryptographic proofs are absent. Thus, it is necessary to re-examine its design rationale and empirical security. To address this issue, we present a typical example of a three-stage permutation-diffusion-permutation PNDCC, which contains multiple security vulnerabilities. Although all of its statistical indicators show good performance, we are able to break it using four different attacks. The first is a differential attack based on homogeneous operations; the second is an S-PTC attack; the third is a novel impulse-step-based differential attack (ISBDA), proposed in this paper, and the fourth is a novel chain attack, also introduced here. These results demonstrate that the fulfilment of statistical criteria is not a sufficient condition for the security of PNDCC. Then, based on a mathematical model of multi-stage PNDCC, we show that the proposed chain attack can successfully break a class of multi-stage PNDCCs. The key technique of the chain attack depends on how to reveal all permutations. To address this key problem, we summarize the chaining rules and show that, from the attacker's perspective, if the same decryption chain can be reconstructed then all permutations can be deciphered. To that end, the entire diffusion process can be broken by solving a system of simultaneous equations. Finally, as a secure improvement, we propose a new scheme termed plaintext-delayed chaotic cipher (PDCC) that can resist various cryptanalytic attacks.
• Abstract（参考訳）: 平文非遅延カオス暗号(PNDCC)とは、拡散方程式において、平文は遅延項を持たず、暗号文はフィードバック項を持つことを意味する。 既存の文献では、カオス暗号拡散は必然的にこの形式をとる。 導入以来、PNDCCは注目されているが疑念もある。 カオス暗号の設計者は一般に統計検査によってPNDCCのセキュリティを主張するが、厳密な暗号証明は欠落している。 したがって、設計の合理性と経験的安全性を再検討する必要がある。 この問題に対処するために、複数のセキュリティ脆弱性を含む3段階の置換拡散置換PNDCCの典型的な例を示す。 すべての統計指標は優れた性能を示すが、我々は4つの異なる攻撃でそれを破ることができる。 第1は均一な操作に基づく差動攻撃であり、第2はS-PTC攻撃であり、第3は新しいインパルスステップベース差動攻撃(ISBDA)であり、第4は新規連鎖攻撃である。 これらの結果から,PNDCCの安全性には,統計的基準の充足が不十分であることが示唆された。 そして, 多段PNDCCの数学的モデルに基づいて, 提案した連鎖攻撃が多段PNDCCのクラスを破ることに成功した。 チェーンアタックの鍵となるテクニックは、すべての置換を明らかにする方法に依存する。 この鍵となる問題に対処するために、連鎖ルールを要約し、攻撃者の視点では、同じ復号チェーンを再構築できれば、全ての置換が解読可能であることを示す。 そのために、同時方程式の系を解くことで、拡散過程全体を破ることができる。 最後に,様々な暗号解析攻撃に抵抗できる,平文遅延カオス暗号 (PDCC) と呼ばれる新しい方式を提案する。

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