针对一族明文非延迟混沌密码的密码分析与设计

明文非延迟混沌密码（Plaintext non-delayed chaotic cipher, PNDCC）指在扩散方程中，明文没有延迟项，而密文具有反馈项。在已有文献中，混沌密码的扩散过程始终采用这种形式。自该方法提出后，PNDCC 引起了广泛关注，但也存在争议。混沌密码的设计者通常通过统计测试来论证其安全性，而缺乏严谨的密码学证明。因此，有必要重新审视其设计原则和实证安全性。为此，我们提出了一个典型的三阶段置换-扩散-置换 PNDCC 示例，其中包含多个安全漏洞。尽管其所有统计指标均表现良好，但我们能够通过四种不同的攻击手段破解该系统。第一种是基于齐次操作的差分攻击；第二种是 S-PTC 攻击；第三种是本文提出的一种新型冲击步基于差分攻击（Impulse-step-based differential attack, ISBDA）；第四种是本文引入的一种新型链式攻击（chain attack）。这些结果表明，仅满足统计标准并不足以保证 PNDCC 的安全性。随后，基于多阶段 PNDCC 的数学模型，我们展示了链式攻击能够成功破解一类多阶段 PNDCC。链式攻击的关键技术在于如何揭示所有置换。为解决此关键问题，我们总结了链式规则，表明从攻击者的角度来看，如果能够重建相同的解密链，则所有置换都可以被解密。最终，为了实现安全改进，我们提出了一种新的方案，称为明文延迟混沌密码（Plaintext-delayed chaotic cipher, PDCC），其能够抵抗各种密码分析攻击。