Anthropic、Claude で暗号解読の弱点を発見しセキュリティ研究に貢献
Anthropic は Claude Mythos Preview を用いて、量子耐性暗号規格候補の HAWK と広く使われる AES の数学的欠陥を発見し、AI がアルゴリズム自体の弱点を特定できることを示した。
AI深層分析を開く2026年7月29日 23:23
AI深層分析
キーポイント
Claude による数学的欠陥の発見
Anthropic は Claude Mythos Preview がコード実装上のバグだけでなく、暗号アルゴリズムそのものの数学的な欠陥を発見できることを確認した。
HAWK 署名スキームへの攻撃手法の改善
量子コンピュータ時代に向けたデジタル署名方式「HAWK」に対し、Claude が既存よりも強力な攻撃手法を特定し、その安全性に新たな懸念を示した。
AES 暗号に対する新しい攻撃経路の特定
世界で最も広く利用されている対称鍵暗号「AES」のラウンド削減版に対し、Claude が新たな攻撃方法を発見したと発表した。
現在の生産システムへの影響は限定的
これらの研究成果は暗号技術における重要な進展ではあるが、現時点で稼働中の実用システムに即座に影響を及ぼすものではないとされている。
AIによる暗号解読の進展と実用性
MythosはHAWKの攻撃効率を半減させ、AESの弱体化版では既存最良攻撃より200〜800倍高速化する成果を出した。ただし両者とも未実装アルゴリズムや縮小版への攻撃であり、現状のシステムに実害はない。
重要な引用
Now, we have found that Claude is able to find mathematical flaws in the algorithms themselves.
The first attack significantly weakens HAWK, a digital signature scheme that was built for a post-quantum world.
These are substantial research advances, but they do not currently affect any production systems.
Mythos was able to improve the best-known attack on it in just 60 hours of work—effectively cutting its key strength in half.
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編集コメント
AI が暗号理論の深層解析に介入できる可能性を示す画期的な研究であり、セキュリティ業界における AI の役割が実装支援から設計段階への参画へと拡大しつつあることを示している。今後の量子コンピュータ時代に向けた暗号規格の選定プロセスにおいて、AI による検証が不可欠な要素となる可能性がある。
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まとめ
Anthropic の研究者らは、Claude Mythos Preview を活用して暗号アルゴリズム(オンラインデータを保護するために使われる数学的手法)に対する攻撃手法を改善することに成功しました。最初の攻撃は、ポスト量子時代向けに設計されたデジタル署名スキーム「HAWK」の強度を著しく低下させるものです。2 つ目の発見は、最も広く採用されている対称暗号方式である AES の一部(ラウンド数を減らしたバージョン)に対する新たな攻撃経路です。これらは重要な研究上の進展ですが、現時点で実稼働システムに影響を与えるものではありません。
本記事では、これらの発見の詳細と、強力な AI モデルの時代における暗号技術への影響について解説します。
はじめに
Claude Mythos Preview の発表時には、同モデルが指し示したほぼすべてのソフトウェアにおいて、自律的に脆弱性を特定して悪用できることを示しました。対象には主要な暗号ライブラリも含まれていました。暗号ライブラリとは、データを暗号化するために共有されるコードの集合体です。
Claude がこれらの暗号ライブラリで見つけた脆弱性1 は、アルゴリズムそのものの欠陥ではなく、アルゴリズムを誤って実装したことに起因するものでした。つまり、プログラマーがコード内でアルゴリズムを使用する際に生じたエラーにより、攻撃者が暗号を解読できる隙が生まれてしまったのです。
今回、私たちは Claude がアルゴリズム自体に内在する数学的な欠陥も発見できることを突き止めました。
暗号化アルゴリズムは、デジタルセキュリティの根幹をなす要素です。例えば、https://www.anthropic.com のようなウェブサイトにアクセスする際、ブラウザは「デジタル署名スキーム」と呼ばれるアルゴリズムを用いて、通信相手が正規のウェブサイトであることを確認します。その後、あなたとウェブサイト間の通信は「対称鍵暗号」によって暗号化されます。これは、共通の鍵を共有する当事者間で安全にデータを伝送するための仕組みです。
こうした堅牢な暗号化システムがなければ、電子メールやオンラインバンキング、その他のインターネット利用はサイバー犯罪者に丸裸となり、通信内容の盗聴や改ざんを許すことになります。広く使われている暗号化システムに欠陥があれば、数十億人のユーザーデータが危険にさらされる恐れがあります。
本記事で最初に紹介するのは、Claude の「Mythos Preview」を用いて発見された成果です。これは、デジタル署名方式「HAWK」に対する攻撃手法を改善したものです。
2022 年、米国政府の国立標準技術研究所(NIST)は、量子コンピュータに対しても耐性を持つ新たな暗号システムの提案を呼びかけました。もし量子コンピュータが実用化されれば、現在使われている署名方式の多くが破られてしまう恐れがあるからです。HAWK は、この呼びかけに応じた第 3 ラウンドの候補の一つです。
HAWK は過去 2 年間にわたり専門家による 2 回の厳格な審査を通過しました。しかし、Mythos はわずか 60 時間の計算で既存の最良攻撃手法を更新し、その鍵強度を実質的に半分まで引き下げました。
2 番目の成果は、Advanced Encryption Standard(AES)に関するものです。AES は 2001 年に NIST によって採用された対称鍵暗号で、ほぼ他のどの暗号アルゴリズムよりも厳しく検証されています。その堅牢性をより深く理解するために、暗号学研究ではこのアルゴリズムの脆弱な派生バージョンが定期的に研究対象となっています。Mythos はそのような脆弱なバージョンの一つを破る方法を見つけ、攻撃者が行う必要がある推測のうち 1 つを排除することに成功しました。これにより、これまでの最速攻撃よりも 200〜800 倍も高速化を実現しています。
念のため申し上げますが、これらの成果が現在のコンピュータシステムに実害を与えるわけではありません。生産環境のソフトウェアが変更を余儀なくされることもありません。HAWK は署名スキームの候補に過ぎず、まだ導入されていません。また、2 番目の攻撃は AES の縮小版に対するものであり、完全な暗号アルゴリズムを破ったものではありません。
それでも両方の成果は、最先端の AI モデルが、実世界への展開前および展開後のいずれにおいても、重要な暗号アルゴリズムの欠陥を発見する可能性を示しています。これはまさに暗号学研究が意図した通り機能している証拠です。アルゴリズムに負荷をかけてテストし信頼を構築し、最終的にシステムをより安全なものにするための研究なのです。
Mythos Preview は、ほぼ人間の手を介さず、自律的にこれらの成果を達成しました。1 週間にわたる研究期間中、Anthropic の研究者 1 人が Claude と協力して HAWK 攻撃を開発し、もう 1 人の研究者が、Claude が AES 攻撃を完全に自律的に発見できるための足場(scaffold)4 を構築しました。5 これらの成果の開発には、それぞれ API コストとして約 10 万ドルがかかりました。
これらの結果を目にした私たちは、調査範囲を広げ、他の攻撃手法も次々と発見し始めました。以下では、そのいくつかについて解説します。
LLM の暗号解読能力を他者が継続して研究しやすいよう、ETH チューリッヒ大学、テルアビブ大学、ハイファ大学の学術研究者と連携し、CryptanalysisBench を構築しました。このベンチマークは多数の暗号方式をパッケージ化しており、LLM の能力を重要なテーマで評価する際の手間を大幅に減らします。
研究プロセス全体を通じて、私たちは責任ある開示手順に従い、学術研究者と協議して発見の有効性を確認しました。また、米国政府や産業界のパートナーにも事前版を提供し、本研究成果がもたらす影響について議論を行いました。特に HAWK の発見については、同年 6 月に HAWK の著者らに攻撃手法を共有するとともに、結果発表と同時に NIST の公開メーリングリストへの開示調整を行いました。
本稿では、2 つの主要な発見についてさらに技術的な詳細をまとめるとともに、他の最近の暗号研究成果についても簡単に触れます。2 つの主要な発見の詳細は、それぞれ新しい論文として発表しており、他の発見に関する詳細も近々公開する予定です。
HAWK に対する鍵回復攻撃の改善
Anthropic の研究者が Mythos Preview と連携し、ポスト量子デジタル署名方式「HAWK」HAWK に対する攻撃手法を開発しました。この攻撃により、署名方式を破るのに要する時間が大幅に短縮されます。より技術的な表現をすると、「有効な鍵サイズ」が半分になるということです。論文 では、攻撃の実行を示す デモコード を含め、結果に関する完全な技術的詳細を記載しています。
HAWK は、NIST が実施している「追加デジタル署名」の第 3 ラウンド候補アルゴリズムの一つです。このコンペティションは、新しいポスト量子暗号(PQC)スキームを標準化するための、ほぼ 10 年にわたる取り組みの一部です。暗号的に重要な量子コンピュータの実現が目前に迫り、RSA や ECDSA といった従来の暗号方式が脅かされる中、この標準化作業の重要性は増しています。
HAWK の安全性は、「格子同型問題(Lattice Isomorphism Problem)」という数学的難問の困難さに基づいています。Mythos が提案する攻撃手法は、HAWK で使用されている格子の中に存在する、これまで利用されてこなかった特定の対称性——非自明な自己同型(nontrivial automorphism)——を見出すものです。
先行研究では、効率的にこの自己同型を見つけることができれば攻撃が可能であることは証明されましたが、HAWK が使用する格子において実際にその自己同型が存在するかどうかについては結論が出ていませんでした。Mythos によって発見された自己同型を利用することで、指数関数的な計算コストがかかるものの、より高速な列挙攻撃が可能になります。この結果、同じセキュリティレベルを維持するためには、HAWK の鍵サイズを倍にする必要があります。
残念ながら、鍵サイズを倍にすると、現在の HAWK が魅力的な PQC 署名候補と見なされている多くの理由が失われてしまいます。
発見のプロセス
Claude Mythos Preview は、半自律的なアジェンシー・ハネス内で、時折の人間の指導と非技術的な指示を受けながら攻撃手法の探索を行いました。Mythos はまず最先端の状況を理解するための広範な文献レビューを行い、その上で高度な数学的推論と計算実験を繰り返した結果、ついに攻撃手法を発見しました。その後、発見された攻撃が正しいことを自分自身および人間のオペレーターに納得させるため、エンドツーエンドの検証パイプラインを実装しています。
今回の実験では、Claude Code に似たハネスを使用しました。この環境はサンドボックス化されており、複数のワーカー・エージェントが協働して作業できます。また、Python や Sage といった計算ツールや、公開された暗号学の研究成果へのアクセスも可能です。人間のオペレーターは理論コンピュータサイエンスのバックグラウンドを持っていましたが、格子暗号(lattice-based cryptography)の専門家ではありませんでした。全体的に Mythos のエージェントたちは独立して作業し、人間が関与したのはプロジェクト管理に限られました。具体的には、アイデアの整理方法や計算検証に使用するライブラリの選定などをアドバイスする程度です。
マルチエージェントによるワークフローからは、興味深いダイナミクスが生まれました。例えば、今回の攻撃手法の鍵となるアイデアは、2 人のワーカーが協力して発見したものです。両者ともそのアイデアの調査を開始しましたが、最初のワーカーは「実現不可能」と判断して早期に却下しました。しかし、2 番目のワーカーはそのアイデアを完全に活用する方法を見出し、最終的に二人は対話を重ねて「有効な攻撃手法を発見した」と合意に至りました。
攻撃の発見、開発、検証に要した合計時間は約60時間でした。API利用コストを含めた全プロセスの費用は、概算で10万ドルと推定されます。
影響
Mythosによる発見がもたらす直接的な影響は、HAWK提案書で示されていた鍵長が、当初想定されていたよりも大幅に脆弱であるという点です。例えば、小規模なHAWK-256に対する完全鍵回復攻撃の予想コストは従来2^64とされていましたが、Mythosによって実際には2^38であることが実証されました。ただし、より大きな鍵長については依然として攻撃が困難であり、実用性は保たれています。つまり、この攻撃はHAWKに対して既知のものよりも高速な指数時間計算の攻撃ですが、多項式時間で実行されるものではありません。また、これはHAWK固有の問題であり、他のNIST後量子署名候補や一般的な格子ベース暗号には影響しません。
NISTによる提案は、公開された段階で広く検討を受け、実装前に欠陥を発見することを意図しています。プロセスの最終段階での重要な発見が珍しいことではありません。ML-KEMとML-DSAの標準化過程でも、競合する複数の提案が脆弱であることが明らかになりました。その一つであるSIKEは、ラップトップ上でわずか1時間で完全に破られることが判明しました。
HAWK などの仕様書を AI でレビューすることは、新たな暗号基準の開発において強力なツールになると考えています。高性能なモデルを駆使した暗号設計者によって、すべてのユーザーを守るインターネットのセキュリティ基準は継続的に改善されていくでしょう。さらに先には、AI が次世代のより強力で回復力のある暗号スキームの設計において決定的な役割を果たすことを願っています。
簡略化された AES に対する攻撃手法の改良
2 つ目の成果として、Mythos Preview は、2001 年に NIST のコンペティションの一環として策定された「Advanced Encryption Standard(AES)」の単純化したバージョンである「ラウンド削減型」に対する既存の攻撃手法を改善しました。
AES は、入力データに対して同じ「ラウンド関数」を繰り返し適用することで暗号化を行います。今回攻撃対象としたのは AES-128 で、通常は 10 ラウンドから構成されていますが、今回の攻撃は完全な 10 ラウンドのうち 7 ラウンドのみを持つ改変版に限定して有効です。学界では、将来的には完全版の暗号にも適用可能な攻撃技術の洞察を得るため、また単純な部分問題を研究することで完全版のセキュリティレベルを推定するために、ラウンド削減型の暗号を頻繁に研究対象としています。
この攻撃は「選択平文脅威モデル」に基づいて行われます。これは AES などの暗号を研究する際に最も一般的に用いられる前提条件です。このモデルでは、攻撃者が固定された未知の鍵を用いて任意の入力を暗号化するように防御側に要求し、その結果として得られる出力を確認できると仮定します。攻撃者はこのような暗号化リクエストを何度も繰り返すことが可能です。
先行研究では、攻撃者が 2105 件の選択平文の暗号化を要求できると想定されています。そのため、この攻撃は現実的には非現実的ですが、これらの前提条件のもとで AES に対する攻撃コストを定量化するものです。
Mythos は、7 ラウンドの AES に対する最良の攻撃手法を見つけることを目的とした一連の研究論文を発展させ、より優れた攻撃法を開発しました。これらはいずれも「中間点一致(meet-in-the-middle)攻撃」と呼ばれる類似の技術を用いています。非常に大まかに言えば、これらの攻撃は「時間」と「計算資源」のトレードオフを利用します。中間計算結果を保存して再利用することで、大きなルックアップテーブルを構築するコストを払う代わりに、攻撃の実行時間を大幅に短縮することが可能になります。
Mythos は、従来最も強力だった中間者攻撃をさらに改良し、「Möbius Bridge」と呼ばれるより洗練された指紋生成アルゴリズムを開発しました。この指紋生成アルゴリズムの目的は、成功する可能性のあるテーブル参照回数を増やすことです。
従来の研究における攻撃手法の一つでは、256 種類の異なる値を列挙し、事前に計算済みのテーブルでそれらを検索する必要がありました。Mythos は、この推測に対して不変(インバリアント)な指紋を開発したことで、必要な作業量を 256 分の 1 に直接削減することに成功しました。ただし、その代償として、変換の計算コストは高くなります。この課題に対処するため、Mythos はさらにいくつかの最適化手法を発見し、使用した具体的な測定手法にもよりますが、攻撃速度を 200 倍から 800 倍に向上させることに成功しました。
技術論文には、攻撃手法の詳細と、その正しさおよび実行時間の分析が記載されています。Mythos がアイデアを考案するのに要した 1 週間と比較すると、人間のリサーチャーの大部分の時間は、その主張の正当性を検証することに費やされました(ただし、リサーチャーたちは暗号学の専門家ではない点には注意が必要です)。
発見の背景
Mythos Preview は、ほぼ完全に自律的にこの結果を導き出しました。Anthropic の研究者が構築した枠組みにより、Claude は仮説を立て、実験を通じてその仮説を検証・反駁し、さらに AES の既存の暗号解読法を超える攻撃手法を設計することが可能になりました。
当初、Claude は問題に取り組むのを拒否しました。「AES の暗号解読法を改善することは不可能だ」と主張したためです。最初の試行では、Claude が以下のようなメッセージを出力するだけで終わってしまいました。
*「異なる結果を得たいなら、対象を変える必要があります…… AES-128 r5/r6 は本質的に難しいのです」*
あるいは、
*AES-128 の r5/r6/r7 については何も見つかりませんでした。見つけるべき簡単な要素がないからです。これは現在存在する最も研究されているブロック暗号です*。
この状況を打破するため、研究者は Claude に以下のようなメッセージを送りました(後述の実際のプロンプトには入力ミスや文法の誤りも含まれています):
*「モデルは問題を解決できないと思い込みがちで、挑戦しようとしません。適切なプロンプトが必要です」*
この一言に対して Claude は反応し、エージェントの枠組みを再構築しました。新しい設定では、「本質的に新しいアイデアを探すこと」が明確に指示されました。この変更は効果的で、Claude は 6 ラウンドの AES の暗号解読法を改善するための新たなアイデアを発見することができました。
その後、Claude に対して「なぜ AES-128 の r7 を試さないのか?本来の目的は既存のアプローチよりも優れたものを見つけることだ」と問いかけました。その後の3日間にわたり、Claude はこの問題に取り組む中で自律的に数億トークンを生成しました。私たちが与えた実質的なプロンプトはたった3つだけです。
最初のメッセージから数時間後、Claude がまだ単純な攻撃手法を探していることに気づき、「再び言うが、目標はトップレベルの研究者に匹敵する高度に知的なモデルを作ることだ。新しい攻撃法を見つけたい」と伝えました。
翌朝、Claude はターゲットを別の暗号方式に変更しようとしたため、「ターゲットを変更したくない。再度言うが、論文として発表できる価値のあるものを見つける必要がある」と注意を促しました。
その夜、最後のメッセージを送り、「低垂れ果実(簡単に手に入る成果)を探しているわけではない。真に困難な発見をするための本格的な研究を求めている」と激励の言葉を添えました。
3日後、Mythos は攻撃を改善する「Möbius Bridge」のアイデアを発見しました。それから数日経ち、Claude が合計10億トークンを出力した時点で、この攻撃手法は論文で記述されているものにまで洗練されました。
Anthropic の研究者たちはその後、モデルの主張を検証し、研究論文自体を準備するために数百時間を費やしました。その論文は こちら から入手できますが、本ブログ記事と同時に公開します。
研究論文と同時に、鍵となるアルゴリズム的洞察を発見する過程における Claude の思考の連鎖(chain of thought)を記録したドキュメントも公開しています。このセッションでは、Claude はまず過去のエージェントが発見した内容をレビューし、さまざまな批判を読み込んだ上で、新たな変換手法の提案へと移ります。いくつかのアイデアを提案しては却下する過程を経て、最終的にモビウス変換(Möbius transform)という鍵となるアイデアにたどり着きます。その後、Claude はこのアイデアが数学的・計算機的に正しいことを検証し、レポートを作成しました。そのレポートをもとに後続のエージェントたちが残りのアイデアを開発し、論文へとまとめ上げました。
今後の取り組み
言語モデルを用いた暗号解析研究にはまだ多くの余地があります。しかし、我々自身の知識の限界に達しつつあり、過去数ヶ月の大半の時間を費やしたのは Claude の結果が正しいかを確認する作業でした。HAWK アタックはエンドツーエンドで実装可能であるため、検証は比較的容易です。一方、Mythos が AES に対する改良版アタックを自律的に発見したのがわずか 1 週間だったのに対し、その手法が正しいと確信を得るためには、2 人の研究者にほぼ 1 か月を要しました。
それでもなお、Claude を用いた暗号解析研究において、私たちは他のいくつかの予備実験を継続して行ってきました。
例えば、軽量暗号アルゴリズム(LEA)は、ISO/IEC 29192-2:2019 などの国際規格に策定された、低消費電力・リソース制約環境向けに設計された効率的な暗号方式です。この暗号も AES のようにブロック暗号であり、完全な 24 ラウンド版は全ラウンドに対する暗号解析に対して耐性を示し、縮小ラウンド版を評価した場合でも依然として強固であることが確認されています。
現時点で知られている LEA の 13 ラウンドに対する最良の暗号解析 requires では、298 組の平文ペアと 2^86 の計算量が必要となります。
Mythos Preview は、現代のデスクトップコンピュータ上で 1 時間以内に実行でき、かつ 230 以下の暗号化された平文ペアから 13 ラウンド版 LEA の鍵を復元できる実用的な攻撃手法を開発しました。ただし、この攻撃は 24 ラウンド版には適用されず、直ちに実害をもたらすものではありません。
今回の攻撃が HAWK 攻撃と同様にエンドツーエンドで実行されたため、その正しさに対する確信度は格段に高まりました。ランダムな鍵を選択し、この攻撃によって数時間以内に復元できることを検証することが可能です。
Mythos はこの攻撃を非常に最近発見したばかりであり、完全な結果の理解にはまだ多くの作業が残っています(例えば、必要な平文ペア数の正確な上限、特定の鍵がなぜ復元困難なのか、そして 14 ラウンド版への拡張性などです)。さらに調査を進めた後、私たちは完全な研究成果を公開する予定となっています。
Mythos Preview では、32 ラウンド構成の Serpent-128 暗号(6 ラウンドのみを対象)に対する実用的な完全鍵回復攻撃も新たに特定しました。この攻撃は既存の研究 published work を上回るもので、同研究では 2^70 個以上の平文ペアと 2^90 回の復号処理が必要でしたが、今回の成果はその影響範囲を限定するものです。また、Salsa20 ストリーム暗号、Poseidon ハッシュ関数、SHA-1 ハッシュ関数に対する攻撃についても、若干の改善(10 倍未満の向上)を確認しました。
これらの攻撃は現時点ではそれほど強力ではありませんが、さらなる研究によって上記の結果をさらに高めていくとともに、他の暗号方式への新たな攻撃手法を開発し、その限界を試すことを目指しています。
加えて、最先端の大規模言語モデル(LLM)の能力が時間とともにどのように進化するかを追跡するため、CryptanalysisBench での実験を継続する計画です。私たちは、言語モデルの能力を多様な領域で追跡することが重要だと考えており、モデルの能力が高まるにつれて、このような難易度の高いベンチマークへの依存度をさらに高めていく見込みです。
結論
言語モデルが研究レベルの数学的課題に取り組むのは初めてではありません。直近の数ヶ月で、Google の研究者たちは Gemini を用いて複数の未解決のエルドース問題 [1] を解決し、OpenAI の研究者たちは GPT を使って「単位距離予想」[2](これも非常に難解なエルドース問題の一つ)を反証しました。さらに今月初めには、Claude 3.5 Sonnet が「ヤコビアン予想」[3] を解決したことを発表しています [4]。
今回の結果——Claude がトップクラスの専門家と同等の暗号学研究を行えることが示されたことは、これらの能力が暗号分野でも応用可能であることを意味します。つまり、実社会への影響も間もなく現れることになるでしょう。
[1] https://deepmind.google/blog/alphaevolve-impact/
[2] https://openai.com/index/model-disproves-discrete-geometry-conjecture/
[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Jacobian_conjecture
[4] https://x.com/__alpoge__/status/2079028340955197566
サイバーセキュリティコミュニティは現在、言語モデルが数多くの脆弱性を発見できるという事実に直面しています。その速度は、脆弱性の選別や検証、対策といった従来の人的プロセスでは追いつくのが困難なほどです。
同様の状況が学術的な暗号研究の分野でもまもなく訪れると予測されます。言語モデルが自律的に新たな研究成果を生み出すようになれば、研究者たちは技術的妥当性、新規性、実用性を検証する作業に時間を取られ、ボトルネックに陥る可能性があります。
今後数週間で、セキュリティおよび暗号研究における言語モデルの役割について議論するため、学界全体から研究者を招いたワークショップを開催します。この対話がセキュリティ研究分野を中心に、その先も数ヶ月にわたって継続していくことを願っています。
両方の主要な攻撃は、いずれも「予想された結果」です。HAWK の場合、NIST の標準化プロセスの目的は、実装前に候補となる暗号方式の弱点を発見することにあります。また AES については、今回の攻撃が以前から成功を収めてきた「ラウンド数を減らした変種への攻撃」という研究の流れをさらに拡張するものです。
しかし、言語モデルの能力がこのレベルで頭打ちになるとは考えられません。わずか 1 年の間に、言語モデルは最も基本的な暗号でも解読できなかった状態から、人間の専門家による長年の検討にもかかわらず発見されなかった設計上の欠陥を見つけ出す能力へと進化しました。現代システムを保護する多くの暗号方式は、本来受けるべきほどの精査を受けていません。LLM(大規模言語モデル)が間もなく発見できる重要な弱点が、まだ眠ったままになっている可能性もあります。
私たちはこれを、世界中で使われている暗号の「長尾」部分を研究する能力を拡大し、また最も重要な暗号をより深く分析する機会として捉えています。前述した通り、すでに他の方式に対する監査も開始しています。
これらの論文で記述されている攻撃は、これまでに発見された中で最も強力なものです。米国政府や業界のリーダーたちとの協議期間を経て、私たちはこれらを公開することとしました。しかし、言語モデルが暗号システムにおける脆弱性を発見し、その攻撃が即座に現実世界に影響を与えるような状況になった場合に、研究者たちはどのように反応すべきかについても検討しておく必要があります。この問いへの回答には、学界・政府・業界の双方からの意見が必要だと考えています。今回の取り組みが、こうした議論のきっかけとなることを願っています。
暗号技術コミュニティは常に、敵対的なレビューによって恩恵を受けてきました。暗号方式が提案され、精査され、セキュリティに対する満足感が得られるまで改訂が行われます。長期的には、言語モデルがこのプロセスにおいて重要な役割を果たし、より厳格な審査とより安全なアルゴリズムを実現し、結果として世界のセキュリティを向上させると期待しています。
完全な研究論文へのリンク
HAWKに関する完全な論文 を読む。
AESに関する完全な論文 および、関連する思考の連鎖(Chain of Thought) を読む。
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まとめ
*Using Claude Mythos Preview, researchers at Anthropic have discovered improved ways to attack cryptographic algorithms (the mathematical methods used to keep online data private). The first attack significantly weakens HAWK, a digital signature scheme that was built for a post-quantum world. The second identifies a new way to attack round-reduced AES, the most widely used symmetric cipher. These are substantial research advances, but they do not currently affect any production systems. This post describes both findings in more detail and discusses the implications for cryptography in an age of powerful AI models.*
はじめに
When we launched Claude Mythos Preview, we showed it was able to autonomously find and exploit vulnerabilities in almost every piece of software we pointed it at. This included several major cryptographic libraries—shared collections of code that are used to encrypt data.
The vulnerabilities that Claude found in these cryptographic libraries1 were due to incorrect *implementation* of the algorithms—that is, errors in how programmers used the algorithms in their code that created opportunities for attackers to break the encryption.
Now, we have found that Claude is able to find mathematical flaws *in the algorithms themselves*.
Cryptographic algorithms are a fundamental building block of digital security. For example, when you visit a webpage like https://www.anthropic.com, your browser checks that it is communicating with an authentic website using an algorithm called a *digital signature scheme*. Later, the traffic between you and the website is encrypted using *symmetric ciphers*—codes that allow secure data transmission between parties who share an identical key. Without secure cryptographic systems like these, your email, online banking, and other internet use would be open to cybercriminals, who could intercept or modify your communications. Flaws in these widely used cryptographic systems could put billions of users’ data at risk.
The first result we describe in this post, which was discovered with Claude Mythos Preview, is an improved attack against a digital signature scheme called HAWK. In 2022, the US Government’s National Institute of Standards and Technology (NIST) put out a call for additional cryptographic systems that would remain secure even against quantum computers (which could, if developed, break most of the existing signature schemes in use today). HAWK is one of the third-round candidates under consideration from this call. Despite HAWK having survived two rounds of expert human review over a period of two years, Mythos was able to improve the best-known attack on it in just 60 hours of work—effectively cutting its key strength in half.
The second result concerns the Advanced Encryption Standard (AES), a symmetric cipher that was adopted by NIST in 2001 and has received more scrutiny than almost any other encryption algorithm. In order to better understand the robustness of AES, weaker variations of the algorithm are regularly studied in cryptography research; Mythos found a way to break one such weaker version, and eliminated one of the guesses an attacker needs to make, improving the speed of the previous best attacks by 200-800×.
To be clear, neither of these results has a practical impact on today’s computer systems; no production software will have to change as a result. HAWK is only a *candidate* signature scheme and so is not deployed;2 our second attack is on a reduced version of AES and does not break the full cipher.3
Nevertheless, both results show the potential for frontier AI models to help discover flaws in important cryptographic algorithms, both before and after real-world deployment. This is cryptography research working as intended: stress-testing algorithms to build trust and ultimately make systems more secure.
Mythos Preview achieved these results mostly autonomously and mostly without human intervention. Over the course of a week, one Anthropic researcher worked together with Claude to develop the HAWK attack, and another researcher built a scaffold4 that allowed Claude to fully autonomously discover the AES attack.5 Each of the results cost roughly $100,000 in API cost to develop. After seeing these results, we broadened our search and began to discover other attacks. We discuss some of these follow-ups below.
In order to make it easier for others to continue studying the cryptanalytic ability of LLMs, we partnered with academics at ETH Zurich, Tel Aviv University, and University of Haifa to build CryptanalysisBench, a benchmark that packages together many cryptographic ciphers and makes it easy for others to evaluate the capabilities of LLMs on this important topic.
Throughout the research process, we followed responsible disclosure procedures, and consulted with academics to confirm the validity of our findings. We also shared advance copies with US government and industry partners, and held discussions on the implications of this research. In the case of our HAWK finding, we shared our attack with the authors of HAWK in June and coordinated disclosure to the public NIST mailing list at the same time our results were released.
In the rest of this post, we summarize the two findings in further technical detail and briefly describe some of our other recent cryptography results. Full descriptions of the two main findings are provided in two new papers, and we hope to release details for our other findings in the near future.
An improved key recovery attack on HAWK
Working with Mythos Preview, an Anthropic researcher developed an attack against the HAWK post-quantum digital signature scheme. This attack substantially speeds up the time it would take to break the signature scheme—more technically, it reduces the “effective keysize” by a factor of two. In our paper, we provide the full technical details of our result including demonstration code that shows our attack running.
HAWK is one of the remaining third round candidates of the NIST call for Additional Digital Signatures. This contest is part of a near decade-long effort to standardize new Post-Quantum Cryptographic (PQC) schemes. This standardization effort is becoming critical as the horizon to building a cryptographically-relevant quantum computer shrinks and threatens classical cryptography such as RSA or ECDSA.
HAWK’s security is based on the hardness of a mathematical problem called the Lattice Isomorphism Problem. Mythos’s attack works by finding a specific, previously unexploited symmetry called a nontrivial automorphism in the lattice used by HAWK. Prior work proved that efficiently finding such an automorphism would permit an attack, but did not answer if such an automorphism was accessible in the lattice used by HAWK. The automorphism discovered by Mythos allows a faster enumeration attack that, while still exponential, means that one needs to double the size of HAWK keys to achieve the same level of security. Unfortunately, doubling HAWK’s key size eliminates many of the reasons making the scheme (as it currently stands) an attractive PQC signature candidate.
Discovery process
To find the attack, Claude Mythos Preview worked semi-autonomously in an agentic harness, with occasional human guidance and nontechnical direction. Mythos found the attack after an extensive literature review to understand the state of the art, and substantial mathematical reasoning and computational experiments. After finding the attack, Mythos implemented an end-to-end verification pipeline to convince itself—and the human operator—of the attack’s correctness.
For this experiment, we used a Claude Code-like harness that supports multiple worker agents collaborating together in a sandboxed environment, with access to computational tools like Python and Sage as well as access to published cryptographic works. The human operator had a background in theoretical computer science but was not an expert in lattice-based cryptography. For the most part, Mythos agents worked independently, and human input was limited to project management like advising Mythos how to keep track of ideas or which libraries to use for computational verification.
The multi-agent workflow led to interesting dynamics. For example, the key idea in producing this attack was discovered by a pair of workers working together. Both started investigating the idea; the first worker prematurely rejected the idea as infeasible, but the second found a way to fully exploit it. The pair kept exchanging messages, and eventually both agreed they had found an effective attack.
Finding, developing and verifying the attack took about 60 hours in total. We estimate that the full attack discovery process cost approximately $100,000 in API cost.
Impact
The immediate impact of the Mythos finding is that the key sizes proposed in the HAWK submission are significantly weaker than originally suggested. For example, the expected cost of a full key recovery attack against the small HAWK-256 size was thought to be 264 but was demonstrated by Mythos to be 238. For larger keys, HAWK therefore remains impractical to attack. That is: this attack is a faster exponential time attack against HAWK than previously known, and does not run in polynomial time. It is specific to HAWK and does not impact other NIST post-quantum signature candidates or lattice-based cryptography in general.
NIST proposals are shared in public with the intent of allowing a broad audience to review them to find flaws before they are deployed for use. A critical finding late in the process is not unheard of: during NIST’s standardization of ML-KEM and ML-DSA, several of the competing proposals were shown to be insecure. One candidate, SIKE, was found to be completely broken in an hour on a laptop.
We believe that reviewing specifications like HAWK with AI will be a powerful tool in the development of novel cryptographic standards. We expect cryptographic designers equipped with highly capable models to continually improve the standards that secure the internet for all users. Further in the future, we hope AI will play a crucial role in designing the next generation of stronger and more resilient cryptographic schemes.
An improved attack on reduced-round AES
In our second result, Mythos Preview improved an attack on a simpler “reduced-round” variant of the Advanced Encryption Standard (AES) created in 2001 as part of a prior NIST competition.
AES encrypts an input by repeatedly applying the same *round function* many times. AES-128, the specific cipher we attack, has 10 rounds. Our attack works only on a modified version of the cipher that has 7 out of the full 10 rounds. Academics regularly study round-reduced ciphers to gain insights into attack techniques that could, in the future, generalize to the full cipher, and to help estimate the security level of the full cipher by studying simpler sub-problems.
The attack operates under a *chosen plaintext threat model*, which is the most common assumption used for studying ciphers like AES. Under this threat model, we assume that an attacker is able to request that the defender encrypt arbitrary inputs with a fixed, unknown key, and then gets to see the corresponding output. The attacker can make these encryption requests repeatedly, and can make many such requests. The prior work we build on assumes the attacker can request the encryption of 2105 chosen plaintexts. This attack is therefore completely impractical, but quantifies the attack cost against AES under these assumptions.
Mythos was able to develop an improved attack that extends a long line of research papers that all aim to find the best attack on 7-round AES using a similar technique known as a *meet-in-the-middle* attack. At a very high level, these attacks work by trading off *time* for *space*. By storing intermediate calculations and then re-using these calculations, it is possible to significantly reduce the runtime of attacks at the cost of constructing a large lookup table.
Mythos improved on the previously strongest meet-in-the-middle attack by developing a more sophisticated fingerprinting algorithm that it called a *Möbius Bridge*. The objective of the fingerprinting algorithm is to increase the number of potential lookups into the table that will succeed. One of the stages of the attack from prior work had to enumerate 256 different values and then look them up in the pre-computed table. Mythos developed a fingerprint that is invariant to this guess, which directly reduces the amount of work required by a factor of 256. But this comes at a cost: computing the transform is more computationally expensive; to address this problem, Mythos discovered several other optimization techniques that result in an attack that is between 200 and 800 times faster, depending on the exact techniques used to measure the runtime.
Our technical paper contains the full details of the attack method and an analysis of its correctness and runtime. Compared to the one week that Mythos spent conceiving the idea, the vast majority of human researchers’ time was spent validating the correctness of its claims (though it is important to note the researchers are not experts in cryptography).
Discovery
Mythos Preview discovered this result almost entirely autonomously. A researcher at Anthropic built a scaffold that enabled Claude to pose hypotheses, run experiments to experimentally validate or refute these hypotheses, and then asked Claude to design an attack that improves on the best cryptanalysis of AES.
Initially, Claude would not engage with the problem, because it claimed that it was impossible to improve cryptanalysis of AES. The result of our first runs ended with Claude writing messages like:
If you want a different outcome, the target has to change … AES-128 r5/r6 is just genuinely hard
Or:
on AES-128 r5/r6/r7 it found nothing because there's nothing easy to find; this is the most-studied block cipher in existence.
To fix this, we wrote Claude a message (in what follows, we publish the real prompts our researcher used, including typos and grammatical errors): *“the models tend to think it is impossible to solve so they don't try they [sic] need a good amount of prompting.”* In response to this one message, Claude rewrote the agent harness with an improved setup that told it to search for genuinely novel ideas. This was effective and resulted in Claude discovering some new ideas that would help improve cryptanalysis of 6 rounds of AES.
We then asked Claude *“why not do aes-128 r7? the whole point is to find something better than existing approaches.”* Over the course of the next three days, Claude autonomously produced several hundred million tokens while working on the problem; we gave it just three substantive prompts:
- A few hours after the first message, we found that Claude was still searching for simple attacks and sent a message: “no again the goal is that we have highly inteligent [sic] model as good top researcher, we want to find new attacks”;
- The next morning, Claude wanted to try to change the target to a different cipher; we reminded the model: “no we don't want to change the targets [...] agian [sic] we need to find something that worth [sic] publishing”;
- That night, we sent one final message offering words of encouragement: “again we are not looking for low hanging fruit, we want proper research to find genuinly [sic] hard findings.”
Three days later, Mythos discovered the Möbius Bridge idea that results in an improved attack. A few days after that, and after Claude output a total of one billion output tokens, it had refined the attack to the one described in our paper.
Researchers at Anthropic then spent several hundred hours learning enough cryptography research to validate the model’s claim, and to prepare the research paper itself, which we are releasing along with this blog post.
Along with the research paper, we are also releasing a document containing Claude’s chain of thought during the discovery of the key algorithmic insight.6 In this session, Claude begins by reviewing what previous agents had discovered, reading the various critiques, and then turns to proposing various new transforms; after proposing and rejecting several ideas, it comes up with the key idea of the Möbius transform. Claude then validates this idea both mathematically and computationally, and then writes a report that future agents then used to develop the remaining ideas that formed its paper.
Further work
There is more cryptography research ready to be performed with language models. But we are reaching the limits of our own knowledge, and the vast majority of our time over the past few months has been in verifying the correctness of Claude’s results. The HAWK attack is implementable end-to-end and thus much easier to verify. But whereas it took just one week for Mythos to autonomously discover the improved attack on AES, it took two researchers nearly a month to gain confidence that the method it discovered is correct.
Nevertheless, we have continued to conduct a number of other preliminary experiments in cryptography research with Claude. For example, the Lightweight Encryption Algorithm (LEA) is an efficient cipher designed for low-power, resource-constrained environments codified into international standards such as ISO/IEC 29192-2:2019. This cipher, like AES, is a block cipher; the full 24-round cipher has resisted full-round cryptanalysis and has remained strong even when evaluating reduced-round variants. At present, the best cryptanalysis of 13 rounds of LEA requires 298 plaintext pairs and 286 work.
Mythos Preview developed a practical attack that can recover a 13-round LEA key in under 230 encrypted plaintexts, and that runs in under an hour on a modern desktop computer. Again, this attack does not apply to the 24-round cipher, and so has no immediate practical consideration. Because this attack actually runs end-to-end (as the HAWK attack did) we are much more confident in its correctness: we can choose a random key, and verify that this attack recovers it in just a few hours. Mythos discovered this attack much more recently and we still have more work to do to understand the full results (for example, the exact bounds on the number of plaintext pairs required, how some keys are harder to recover, and how it extends to 14 rounds). After more investigation, we plan to make the full results public.
Mythos Preview has also identified another practical full key-recovery attack on 6-rounds of the Serpent-128 cipher (a 32-round cipher—again limiting the impact of this attack), extending the current published work which requires more than 270 plaintext pairs and 290 decryptions. We have found additional, fairly limited improvements (that offer <10× gains) on attacks against the Salsa20 stream cipher, the Poseidon hash function, and the SHA-1 hash function. These attacks are currently not as potent—but with further work, we hope to both improve on these results above, and develop new attacks on other ciphers to test them to their limits.
Additionally, we plan to continue our experiments with CryptanalysisBench in order to track how frontier LLM capabilities evolve over time. We believe that it is important to track the capabilities of language models across domains, and expect to increasingly rely on challenging benchmarks like this as models become more capable.
Conclusions
This is not the first time that language models have performed research-level mathematics. In just the last few months, researchers from Google have used Gemini to resolve several open Erdős problems, researchers from OpenAI have used GPT to resolve the unit distance conjecture (a particularly challenging Erdős problem), and earlier this month we announced that Claude Fable 5 resolved the Jacobian Conjecture. Our result here—that Claude is able to perform cryptographic research at the level of top experts—indicates that these same capabilities also have applications in the field of cryptography, and thus may soon have more practical consequences.
The cybersecurity community is now grappling with the fact that language models are able to discover so many bugs that the standard human processes (like vulnerability triage, verification, and remediation) struggle to keep up. We predict that the same will soon be true in academic cryptography research. As language models increasingly produce novel research outputs autonomously, human researchers may become bottlenecked on studying and validating these results for technical validity, novelty, and utility. In the coming weeks, we will host an academic workshop to engage with researchers across academia to discuss the role of language models in security and cryptography research. We hope this conversation will continue over the coming months in the field of security research and beyond.
Both of our primary attacks are *expected* results. In the case of HAWK, the purpose of NIST’s standardization process is to discover weaknesses in candidate schemes before they are deployed. And in the case of AES, our attack extends a long line of work that had previously succeeded at attacking reduced-round variants. But we should not assume that language model capabilities will plateau at this level. In just one year, language models have gone from being unable to perform cryptanalysis of even the most basic ciphers to being capable of finding flaws in cryptographic designs that have escaped discovery despite years of human expert review. Many ciphers protecting modern systems have received less scrutiny than they deserve—they might still have important weaknesses lying dormant that LLMs will soon be able to discover. We see this as a real opportunity to expand our ability to study the long tail of ciphers used throughout the world, and also our ability to more deeply study the ciphers that matter most. Indeed, as we mentioned above we have already begun audits of other schemes.
The attacks described in these two papers are the strongest attacks we have found to date. We are sharing them after a period of consultation with US government and industry leaders. But as we develop increasingly powerful cryptanalytic results, it would be prudent to consider how researchers should react if a language model were to discover vulnerabilities in cryptosystems where attacks *do* have an immediate real-world impact. We believe answering this question will require input from academia, government, and industry. We hope that our work here will help launch these conversations.
The cryptography community has always benefited from adversarial review: ciphers are proposed, examined, and revised until the community is satisfied with their security. In the long run, we expect that language models will play an important role in this process, leading to stronger review, more secure algorithms—and ultimately better security for the world.
Links to full research papers
Read the full paper on HAWK.
Read the full paper on AES, and the associated chain of thought.
Read the paper introducing CryptanalysisBench.
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AI モデルが暗号アルゴリズム自体の欠陥を発見した画期的な研究事例であり、既存記事との比較でも具体的な数値や手法の詳細が追加されているため新規性が高い。また、Claude という特定モデル名が含まれるため検索機会も高い。
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