KREA v2, SPECK-64/128 tuzilmasidan kelib chiqqan, 64 bitli blok va 128 bitli kalitdan foydalanadigan 27 raundli Add-Rotate-XOR (ARX) blokli shifrlash tuzilmasidir; Modified Least Significant Bit (MLSB) esa shifrlangan maʼlumotni RGB tasvirining har bir rang kanalidagi uchta eng kichik ahamiyatli bitga joylashtiradigan steganografik joylashtirish usulidir. Tadqiqot bu ikki mexanizmni MinIO asosidagi xususiy bulut obyekt saqlash tizimi bilan yagona uchdan-uchgacha arxitekturaga birlashtiradi; KREA v2 ning statistik/differensial xususiyatlarini, MLSB ning tasvir sifati va sigʻimini, klassik hamda CNN asosidagi stegotahlilga nisbatan aniqlanuvchanligini va haqiqiy MinIO maʼlumot oqimidagi kechikishni tajribaviy baholaydi.

KREA v2 SPECK-64/128 ning asosiy ARX tuzilmasini saqlagan holda, amaliyotga yoʻnaltirilgan uchta oʻzgarishdan foydalanadi: tasvir kontekstidan hosil qilinadigan CRC32 asosidagi context whitening, SPECK dagi \(\alpha=8,\beta=3\) oʻrniga \(\alpha=7,\beta=2\) rotation konstantalari va SHA-256 asosidagi deterministik CTR nonce hosil qilish. Mualliflar bu oʻzgarishlar KREA v2 ni SPECK yoki AES dan xavfsizroq qiladi, deb daʼvo qilmaydi. MILP differensial tahlili faqat tekshirish mumkin boʻlgan oraliqda oʻxshash xulqni koʻrsatadi; linear, related-key, integral, algebraic, side-channel va fault attack tahlillari yakunlanmagan.

KREA v2 ning oʻlchangan mean avalanche effect qiymati 320.000 sinovda %49,9825 ni tashkil etgan. Shifrlangan chiqish toʻrtta realistik amaliy payload sinfida 7,9992–7,9998 bit/byte Shannon entropy hosil qilgan. NIST SP 800-22 toʻplamidagi 15 test tadqiqotda qoʻllangan test protokolida oʻtgan. Biroq bu testlar adversarial cryptanalysis uchun xavfsizlik isboti emas; manba ham ularni faqat yaxshi keystream xulqi uchun zarur statistik dastlabki shartlar sifatida talqin qiladi.

MLSB har bir RGB kanalida uch bitdan foydalangani uchun standart bir-bitli LSB ga nisbatan deterministik ravishda 3 baravar sigʻim beradi. 512×512 RGB tasvirda toʻliq sigʻim 294.912 byte. Sinovlarda MLSB + XOR watermark tasvirga qarab taxminan 37–38 dB PSNR va 0,9986–0,9991 darajasida SSIM hosil qilgan; sinovdan oʻtkazilgan barcha tasvir/zichlik kombinatsiyalarida BER 0,000000 deb oʻlchangan. Biroq yuqoriroq sigʻim aniqlanuvchanlik xarajatining ham oshishiga olib keladi.

Eng muhim stegotahlil natijasi — fixed-key XOR watermark zamonaviy detektor qarshisida oʻz dizayn maqsadini bajara olmaganidir. Yedroudj-Net CNN watermarked MLSB variantini %25, %50, %75 va %100 embedding nisbatlarining barchasida AUC ≥ 0,999 bilan ajratgan. Manba watermark ning davriy maskasini ustun aniqlanuvchi artefakt sifatida tavsiflaydi. Appendix A dagi 200 tasvirli pilot aperiodic va sparse keystream maskasi RS detectability ni kamaytirishi mumkinligini koʻrsatgan; ammo bu natija faqat bitta nisbat va bitta detektor sinfida pilot darajasidadir.

4 KB xabar uchun uchdan-uchgacha KREA → MLSB → MinIO upload → download → extraction → decryption zanjiri 355,1 ms davom etgan. Shundan 243,7 ms, yaʼni %68,6 network I/O hissasiga toʻgʻri keladi. Xabar hajmlari 128 B–8 KB oraligʻida sinovdan oʻtkazilgan barcha konfiguratsiyalarda 700 ms dan past qolgan va byte-exact message fidelity %100 boʻlgan. Bu fidelity qiymati cryptographic integrity degani emas; KREA v2 CTR oqimida MAC yoki AEAD authentication tag mavjud boʻlmagani sababli oʻzgartirilgan ciphertext buzilgan plaintext ga aylanishi va oʻzgarish avtomatik aniqlanmasligi mumkin.

Tadqiqot muammosi va adabiyotdagi boʻshliq

Xususiy bulut jismoniy va tarmoq infratuzilmasini bitta tashkilotga ajratib, public-cloud multi-tenant xavflarini kamaytirishi mumkin; biroq bu object storage ichidagi application-layer maʼlumot avtomatik ravishda shifrlangan holda qoladi degani emas. Manbaning muammo taʼrifida storage credential qoʻlga kiritilsa yoki cloud administrator hisobidan suiisteʼmol qilinsa, TLS orqali uzatilgan obyekt saqlash qatlamidagi maʼlumot plaintext sifatida koʻrinishi mumkin.

Tadqiqot uch komponentning bir tizimda birgalikda baholanmaganini adabiyotdagi boʻshliq deb belgilaydi: ilova kontekstiga moslashtirilgan ARX cipher, standart 1-bit LSB dan yuqoriroq sigʻim beradigan multi-bit steganography va haqiqiy self-hosted private cloud da oʻlchangan uchdan-uchgacha latency/fidelity.

Shu sababli tadqiqot ikki xil xavfsizlik maqsadini ustma-ust qoʻyadi. Shifrlash xabarning mazmunini yashirishni; steganografiya esa imkon qadar xabarning mavjudligini yashirishni maqsad qiladi. Hujumchi stego image ni qoʻlga kiritsa, avval yashirin maʼlumot mavjudligini aniqlashi, soʻng ajratib olingan ciphertext ni deshifrlashi kerak. Biroq bu ikki qatlamning har birida oʻz cheklovlari bor va biri ikkinchisining zaifligini avtomatik bartaraf etmaydi.

Tahdid modeli

Manba ikkita asosiy hujumchi sinfini belgilaydi.

• Passiv tarmoq/saqlash hujumchisi: Yuboruvchi, MinIO va qabul qiluvchi oʻrtasidagi trafikni kuzatishi mumkin; object-storage credential yoki administrator hisobi qoʻlga kiritilgan holatda TLS dan keyin saqlangan obyekt bytes lariga kira olishi; stego image ustida offline tahlil oʻtkazishi mumkin; lekin maʼlumotni oʻzgartirmaydi.
• Faol stegotahlil hujumchisi: Olingan tasvirlarga chi-square va RS kabi avtomatik detektorlarni qoʻllab, yashirin kontent mavjud yoki yoʻqligini aniqlashga urinadi.

Manba jismoniy endpoint compromise, timing/cache kabi side-channel attack larni va apparat darajasidagi adversary larni asosiy tahdid modelidan tashqarida qoldiradi. TLS 1.3 transport integrity ni taʼminlaydi deb faraz qilingani uchun tranzit paytidagi write-capable man-in-the-middle hujumi ham modelning asosiy nishoni emas.

Koʻzlangan uchta xavfsizlik xususiyati

Maxfiylik: Stego image va uning ichidagi ciphertext qoʻlga kiritilsa ham, 128-bitli umumiy kalit \(K\) siz plaintext ni qayta tiklab boʻlmasligi maqsad qilinadi. Manba KREA v2 CTR qoʻllanishida IND-CPA maqsadini standart CTR xavfsizlik daliliga bogʻlaydi; bu dalilning muhim sharti bir xil kalit ostida nonce takrorlanmasligidir.

Aniqlanmaslik: Ideal holatda stego image bilan oʻzgartirilmagan tabiiy fotosuratni avtomatik stegotahlil ajrata olmasligi maqsad qilinadi. Biroq tadqiqot oʻz natijalari orqali bu maqsad amaldagi fixed-key XOR watermark uchun bajarilmaganini koʻrsatadi.

Aniq qayta tiklash: Qabul qiluvchi asl xabar bytes larini xatosiz qayta olishi kerak. Sinovdan oʻtkazilgan barcha konfiguratsiyalarda BER 0,000000 qayd etilgan.

%100 Xabarni Aniq Qayta Tiklash Kriptografik Yaxlitlikni Anglatadimi?

Yoʻq. Tadqiqotdagi %100 fidelity faqat buzilmagan test oqimida yuborilgan plaintext qabul qiluvchida byte-exact qayta tiklanganini koʻrsatadi; KREA v2 CTR oqimida MAC yoki AEAD authentication tag yoʻqligi sababli zararli ciphertext oʻzgarishi avtomatik tasdiqlanmaydi va fidelity natijasi cryptographic integrity yoki authenticity isboti emas.

Uch qatlamli tizim arxitekturasi

KREA v2 nega ARX deb ataladi?

ARX, Add-Rotate-XOR soʻzlarining qisqartmasidir. KREA v2 round funksiyasi substitution box ishlatish oʻrniga modular addition, bit rotation va XOR amallariga tayanadi. Asosiy variant KREA-64/128: 64-bit block ikkita 32-bit word \((x,y)\) sifatida qayta ishlanadi, master key 128 bit va jami 27 round qoʻllanadi.

KREA v2 encryption roundi

Manba algoritmida har bir round uchun birinchi word quyidagi oʻzgarishdan oʻtadi:

Bu yerda \(x\) va \(y\) 32-bit state wordlardir; \(\operatorname{ROR}(x,7)\), \(x\) bitlarining yetti pozitsiya o‘ngga aylantirilishini; \(+\bmod2^{32}\), 32-bit modular additionni; \(k_i\), \(i\)-round keyni; \(\oplus\) esa bitwise XORni ifodalaydi.

Keyin ikkinchi word yangilanadi:

Bu ikki tenglamada addition, rotation va XOR birgalikda bit taʼsirining turli word va byte pozitsiyalariga tarqalishini taʼminlaydi. Manba \(\alpha=7\) va \(\beta=2\) rotation konstantalarini steganografik byte-major joylashuv bilan bogʻlaydi; ammo ular SPECK ning \((8,3)\) konstantalaridan kriptografik jihatdan kuchliroq, deb daʼvo qilmaydi.

Kontekstga bogʻlangan whitening

Round lardan oldin va keyin state tasvir kontekstidan hosil qilingan 32-bitli \(C_{\mathrm{ctx}}\) qiymati bilan XOR qilinadi:

\(\parallel\) byte concatenation ma’nosini anglatadi. CRC32 bu yerda secret emas va manba ham uni cryptographic secrecy mexanizmi sifatida taqdim etmaydi. Maqsad bir xil kalit/plaintext turli cover context ichida ishlatilganda state tarkibiga tasvir kontekstini qo‘shishdir.

Pre-whitening:

Post-whitening:

\(C_{\mathrm{ctx}}=0\) bo‘lsa, ushbu XORlar identity operationga aylanadi va qo‘shimcha context whitening ta’siri yo‘qoladi.

KREA kalit jadvali

128-bit master key toʻrtta 32-bit word ga ajratiladi. Manbadagi key schedule SPECK key schedule tuzilmasini saqlaydi:

Round counter \(i\) ni key update ichida XOR qilish round key ketma-ketligining takroriy tuzilishga tushishining oldini olishni maqsad qiladi. Jami \(k_0,\ldots,k_{26}\) boʻlgan 27 round key hosil qilinadi.

KREA v2 SPECK-64/128 yoki AES-128 dan Xavfsizroqmi?

Yoʻq; manba bunday daʼvo qilmaydi. KREA v2 SPECK-64/128 dan kelib chiqqan, amaliyotga yoʻnaltirilgan ARX tuzilma sifatida taqdim etiladi; MILP natijasi faqat tekshirish mumkin boʻlgan differensial oraliqda SPECK ga oʻxshash xulqni qoʻllab-quvvatlaydi va tadqiqot linear, related-key, integral, algebraic, side-channel yoki mustaqil uchinchi tomon cryptanalysis yakunlanmasdan ishlab chiqarish darajasidagi ustunlik yoki tenglik daʼvosini qilmaydi.

CTR rejimi

CTR rejimi block cipher ni keystream generator kabi ishlatadi. Manbaning har bir \(j\). blok uchun bergan munosabati:

64-bitli KREA input bu yerda 32-bitli nonce va 32-bitli counter birikmasidan iborat. CTR da bir xil key + bir xil nonce/counter keystream ini turli plaintext larda qayta ishlatmaslik muhim shartdir.

Deterministik nonce

Manbaga koʻra \(K\) umumiy secret key; `hash(cover_image)` tasvir bytes larini kontekstga kiritadi; timestamp xabar vaqtini ajratadi; SHA-256 chiqishi 32 bitgacha truncate qilinadi. Mualliflarning maqsadi nonce ni alohida uzatmasdan sender va receiver bir xil qiymatni deterministik ravishda hosil qilishidir.

Qayta ishlab chiqarish izohi: Manba sender formulasida `cover_image` hash idan foydalangan holda receiver “downloaded cover image hash” bilan nonce ni qayta hisoblashini aytadi. Biroq MinIO dan yuklab olingan obyekt arxitekturada stego image. Pre-embedding cover hash qabul qiluvchi tomonda qanday saqlanishi va qayta taqdim etilishi matnda alohida tushuntirilmagan. Verianla bu boʻshliqni yangi protocol step oʻylab topib toʻldirmaydi.

Padding oʻrniga message-length prefix

CTR rejimi arbitrary byte length ni qayta ishlay olgani uchun PKCS#7 turidagi padding qoʻllanmaydi. Manba xabarni quyidagicha paketlaydi:

Dastlabki toʻrt byte plaintext uzunligini bildiradi. Receiver avval shu maydonni deshifrlab, haqiqiy xabar uzunligini aniqlaydi va faqat zarur bytes larni qayta tiklaydi.

MLSB qanday ishlaydi?

Standart LSB har bir RGB channel ning faqat bit 0 pozitsiyasiga bitta xabar bitini joylashtiradi. MLSB esa bit 2, bit 1 va bit 0 boʻlib, har bir kanalga uch bitdan foydalanadi.

\(M\times N\) RGB tasvir uchun manba sigʻimni:

deb hisoblaydi. Birinchi \(3\) R/G/B kanallarini; ikkinchi \(3\) esa har bir kanalga joylashtirilgan uchta payload bitini ifodalaydi.

512×512 RGB tasvir uchun:

Standart LSB ayni tasvirda 98.304 byte tashigani uchun MLSB sigʻimi aynan 3 baravar.

MLSB embedding amali

Manbada channel value \(v\) uchun avval eng past uch bit tozalanadi:

Keyingi uchta ciphertext bit joylashtiriladi:

Watermark byte ning uchta past biti:

sifatida olinadi va manba dizaynida channel value:

koʻrinishida yoziladi. Bitta channel da uch bit oʻzgartirilgani uchun maksimal intensity oʻzgarishi 0–255 shkalada 7 daraja boʻlishi mumkin.

Watermark kaliti

Watermark kaliti mustaqil ulashilishi yoki encryption key dan:

koʻrinishida hosil qilinishi mumkin. Chiqish 256-bit pseudorandom sequence sifatida cyclic tarzda ishlatiladi.

MLSB ajratib olish

Receiver ayni \(W\) qiymatidan foydalanib watermark XOR ni teskari aylantiradi:

Soʻng past uch bit:

bilan ajratib olinadi va ciphertext bitstream qayta quriladi. Notoʻgʻri watermark key ishlatilishi extracted bitstream ni buzadi va normal decryption muvaffaqiyatsiz boʻladi.

XOR Watermark Stegotahlildan Yashirinishni Haqiqatan Oshirdimi?

Faqat cheklangan va detektorga bogʻliq tarzda: fixed XOR watermark ayrim past/oʻrta zichlikdagi klassik chi-square/RS sharoitlarida past skorlar hosil qilgan boʻlsa-da, %75–100 sigʻimda RS detectability ni oshirgan va Yedroudj-Net CNN tomonidan barcha sinovdan oʻtkazilgan embedding nisbatlarida AUC ≥ 0,999 bilan oson ajratilgan; shu sababli manba amaldagi watermark zamonaviy stegotahlilga qarshi yashirinish maqsadini bajarmagan degan xulosaga keladi.

PNG nega kerak?

MLSB spatial-domain bit oʻzgartirishni amalga oshirgani uchun pixel qiymatlari storage/retrieval jarayonida aynan saqlanishi kerak. Manba MinIO da PNG lossless formatdan foydalanadi. JPEG kabi lossy re-encoding past bitlarni oʻzgartirib hidden payload ni buzishi mumkin. Shu sababli usul tashkilot storage formatini ham, delivery pipeline ni ham nazorat qiladigan muhitlarga bogʻliq.

Minimum cover hajmi

Manbaga koʻra cover image tabiiy RGB fotosurat boʻlishi va kamida 256×256 pixel boʻlishi kerak. 256×256×3 channel×3 bit hisobi 589.824 bit, yaʼni 73.728 byte = 72 KiB MLSB sigʻimini beradi.

Tabiiy fotosurat farazi bilan tajriba tasvirlari oʻrtasidagi chegara

Tahdid modeli tabiiy fotosuratlardagi tonal gradient va spatial correlation xususiyatlarini MLSB uchun muhim deb hisoblaydi va sintetik tasvirlar boshqacha xulq qilishi mumkinligini aniq qayd etadi. Shunga qaramay, Section 6 dagi klassik-detector/image-quality tajribalarida gradient, checkerboard texture va mixed-pattern boʻlgan uchta sintetik RGB tasvir ishlatilgan. Shu sababli bu boʻlimning klassik chi-square/RS natijalari tabiiy fotosuratlar populyatsiyasining keng qamrovli tasdigʻi emas. BOSSBase tabiiy fotosuratlari faqat CNN experiment va Appendix A pilotida ishlatiladi.

Tadqiqot Usuli va Natijalari

Tajriba muhiti

KREA v2 avalanche effect

Avalanche effect plaintext dagi bitta bit oʻzgarganda ciphertext bitlarining qanchasi oʻzgarishini oʻlchaydi. Ideal maqsad taxminan %50.

• Jami sinov: 320.000.
• 64 input-bit pozitsiyasi.
• Har bir bit pozitsiyasi uchun 1000 sinov.
• 5 ta mustaqil random key.
• Mean bit change: %49,9825.
• Standart ogʻish: %6,2442.
• Alohida sinov oraligʻi: %23,44–%76,56.

Manba taqsimot 64-bitli chiqish uchun kutiladigan binomial variation ga mos ekanini qayd etadi. Strict Avalanche Criterion tahlilida output-bit flip probability ning 0,5 dan mean ogʻishi 0,012410, maksimal ogʻishi 0,050000.

Kalit sezgirligi

• 1000 ta random single-bit key flip sinovida mean ciphertext bit change: %49,8766.
• Standart ogʻish: %6,5730.
• Oraliq: %31,25–%68,75.
• Barcha 128 key bit × 100 random plaintext = 12.800 systematic trial.
• Systematic overall mean: %50,0267.
• Minimum per-key-bit mean: %48,5938.
• Maksimum per-key-bit mean: %51,3750.

NIST SP 800-22 testi

Tadqiqot 2.000.000 bit ciphertext hosil qilgan. Oʻn bir test uchun oqim 200 ta 10.000-bit sequence ga boʻlingan; oʻtish sharti sequence larning kamida %96 ida \(p>0,01\) sifatida qoʻllangan. Minimal maʼlumot talabi yuqori boʻlgan toʻrtta test full stream ustida baholangan. Butun tajriba bitta random key ostida bajarilgan; manba multi-key tekshiruvini kelajakdagi tadqiqotga qoldiradi.

Talqin chegarasi: NIST testlaridan oʻtish ciphertext muayyan statistik testlarda random-like ekanini koʻrsatadi; cipher chosen-attack, related-key, algebraic, linear yoki side-channel hujumlariga bardoshli ekanini isbotlamaydi.

Shannon entropy

Bitta byte-stream uchun nazariy maksimal entropy 8 bit/byte. Manba toʻrtta 1 MB baseline plaintext va toʻrtta ilovaga oʻxshash payload ni shifrlab, ciphertext byte entropy sini oʻlchagan.

Manba bu qiymatlarni bevosita cryptographic strength oʻlchovi emas, balki steganographic embedding dan oldin ciphertext input format izini byte-frequency darajasida olib yurmasligini koʻrsatuvchi statistik dastlabki shart deb talqin qiladi.

Diffusion tahlili

Manba “full diffusion” uchun 64 output bit dan oʻrtacha kamida 30 tasi faol/oʻzgargan boʻlishi chegarasidan foydalanadi. Oʻnta turli boshlangʻich bit pozitsiyasi boʻyicha mean active-bit sonlari dastlabki round larda 2,6 → 9,4 → 17,2 → 28,3 tarzida oshgan; round 6 da 31,3 bilan manba chegarasi oshib oʻtilgan.

Manba SPECK-64/128 uchun adabiyotda 4–5 round diffusion maʼlumotini keltiradi. Bu taqqoslash KREA v2 ning 27 round i “xavfsizligi isbotlangan” degani emas; faqat measured diffusion profile taqqoslanishidir.

Input–output correlation

10.000 ta random plaintext/ciphertext pair dan foydalanib 64×64 = 4096 Pearson correlation coefficient hisoblangan.

• Maksimum \(|r|\): 0,034122.
• Mean \(|r|\): 0,007822.
• Median \(|r|\): 0,006603.
• \(|r|<0,05\) fraction: %100.
• \(|r|<0,10\) fraction: %100.

Manba 10.000 namuna va 4096 pair uchun null holatda taxminan maksimal 0,041 kutilishini qayd etadi. Bu natija linear correlation testida sezilarli bogʻliqlik topilmaganini qoʻllab-quvvatlaydi; non-linear yoki adversarial attack sinflarini istisno qilmaydi.

MILP differensial trail tahlili

KREA v2 ning \((7,2)\) rotation konstantalari SPECK-64/128 ning \((8,3)\) konstantalariga nisbatan differensial qarshilikni buzadimi-yoʻqmi, tekshirish uchun Mixed Integer Linear Programming ishlatilgan. Lipmaa–Moriai modular-addition differential shartlari binary integer constraint sifatida modellashtirilgan. Solver COIN-OR CBC 2.10.13 va har bir round count uchun timeout 600 soniya.

Minimum trail weight ning pastroq boʻlishi single-trail differensial hujum nuqtai nazaridan zaifroq profilni anglatishi mumkin. Biroq round 5–6 KREA qiymatlari optimum emas; ular faqat 600 soniyalik solver budget ichida topilgan yuqori chegaralardir. Shu sababli 23 yoki 138 sonlarini SPECK dan yaxshiroq yoki yomonroq “isbotlangan xavfsizlik” qiymati sifatida taqqoslash toʻgʻri emas.

KREA v2 cryptanalysis cheklovlari

• Round 4 dan keyingi MILP qiymatlari tight optimum emas, solver-budget upper bound.
• Linear cryptanalysis bajarilmagan.
• Related-key analysis bajarilmagan.
• Integral/division-property analysis bajarilmagan.
• Algebraic/Gröbner-basis attack analysis bajarilmagan.
• Timing, power, electromagnetic yoki fault-injection evaluation bajarilmagan.
• Python reference implementation constant-time emas.
• Independent third-party cryptanalysis mavjud emas.

Encryption throughput taqqoslanishi

Bu jadval bevosita algorithm-speed superiority jadvali sifatida talqin qilinmasligi kerak. KREA v2 sof Python; boshqa algoritmlar optimized C-extension backend dan foydalanadi.

Mualliflar KREA ning native C/Rust implementation i farqni kamaytirishini kutishlarini aytadi; biroq ushbu tadqiqot C/Rust KREA implementation ini oʻlchamagan. Shu sababli 50–100× yaxshilanish ifodasi oʻlchangan natija emas, mualliflarning typical Python-to-native overhead ga asoslangan kutishidir.

Steganografik tasvir sifati — gradient_512

Steganografik tasvir sifati — texture_512

Steganografik tasvir sifati — mixed_512

Manba StandardLSB har bir nisbatda eng yuqori PSNR berishini faqat bit 0 ni oʻzgartirishi bilan bogʻlaydi. MLSB + watermark taxminan 13–24 dB pastroq PSNR hosil qiladi; manba buni uch-bitli embedding taxminan 21 baravar yuqori mean-squared error hosil qilishi bilan bogʻlaydi. Shunga qaramay, StandardLSB va MLSB SSIM qiymatlari barcha testlarda 0,998 dan yuqori qolgan.

Embedding sigʻimi

MLSB sigʻimi image content ga bogʻliq emas, chunki u har bir channel uchun doimiy uch bitdan foydalanadi. PVD sigʻimi esa adjacent pixel difference ga qarab oʻzgargani uchun texture_512 da yuqoriroq, gradient_512 da pastroq.

Klassik stegotahlil

Quyidagi detection score larda manba 0 bilan 1 oraligʻidagi yuqoriroq qiymatni yuqoriroq detectability sifatida talqin qiladi.

Chi-square jadvalida uchala usul ham %75 gacha 0,0000 hosil qilsa, toʻliq sigʻimda aniqlanuvchanlik ortadi. RS tahlili ayniqsa XOR watermark uchun %75 da 0,3333 va %100 da 0,6667 gacha koʻtariladi. Manba buni fixed watermark key adjacent pixel group larda davriy correlated flipping pattern hosil qilishi bilan bogʻlaydi.

Histogram detector esa barcha nisbatlarda taxminan 0,97 yoki undan yuqori skor beradi. Shu sababli “klassik stegotahlil MLSB ni koʻra olmaydi” degan umumiy ifoda manba tomonidan qoʻllab-quvvatlanmaydi.

Yedroudj-Net CNN tajriba dizayni

Zamonaviy stegotahlil testi uchun BOSSBase-1.01 ishlatilgan. Maʼlumotlar toʻplami 10.000 ta 512×512 grayscale tabiiy fotosuratdan iborat.

• Train/validation/test: 8000 / 1000 / 1000.
• Deterministik seed: 42.
• Har bir training iteration da 8000 cover uchun on-the-fly stego counterpart yaratiladi; bitta epoch 16.000 sample boʻladi.
• Embedding nisbatlari: 0,25; 0,50; 0,75; 1,00.
• Usullar: Standard LSB, plain MLSB, MLSB + XOR watermark.
• Training crop: random 256×256 + horizontal/vertical flip.
• Validation/test: center crop, augmentation yoʻq.
• Yedroudj-Net trainable parameter: 699.810.
• High-pass preprocessing filter weights: frozen.
• Optimizer: Adam.
• Learning rate: \(5\times10^{-4}\).
• Weight decay: \(10^{-4}\).
• Batch size: 32.
• Epoch: 30.
• GPU: Google Colab T4.
• Final training accuracy: 0,9078.
• Final validation accuracy: 0,880.
• Peak validation accuracy: 0,891, epoch 12.

CNN stegotahlil natijalari

%25 Standard LSB va plain MLSB natijasi nega 0,5? Manba bu CNN muvaffaqiyatsizligi emasligini aniq koʻrsatadi. Embedding pixel storage ning boshidan sequential ketgani uchun %25 nisbat faqat image ning birinchi quarter qismini oʻzgartiradi. Testda ishlatilgan center 256×256 crop bu oʻzgartirilgan hududdan tashqarida qoladi; shuning uchun crop ichida stego perturbation yoʻq. Watermark esa barcha pixels ga tarqalgani sababli bu artefaktdan taʼsirlanmaydi. Shu sababli %25 dagi chance result haqiqiy “undetectability” natijasi sifatida talqin qilinmasligi kerak.

XOR watermark muvaffaqiyatsizligining ildiz sababi

Fixed watermark key channel-major scan boʻylab davriy takrorlanadi. \(H\times W\times3\) image uchun key length \(|k|\) boʻlsa, ayni uch-bitli XOR pattern image ustida muntazam tile lar koʻrinishida qayta qoʻllanadi. RS detector natural image dagi regular/singular group taqsimotining spatial smoothness xususiyatidan foydalanadi; takrorlanuvchi watermark esa bu taqsimotda davriy artefakt hosil qilishi mumkin.

Manba shu sababli ikkita muqobilni taklif qiladi:

• Aperiodic full-coverage keystream mask: Doimiy takrorlanuvchi key oʻrniga KREA keystream dan har bir image position uchun boshqa mask hosil qilish.
• Aperiodic + sparse selection: Keystream mask ni faqat key-derived pixel subset ga, masalan taxminan %50 qismiga qoʻllash.

Appendix A — 200 tasvirli watermark piloti

Variant B median ni keskin kamaytirgan, ammo mean ni baseline ga nisbatan yaxshilamagan; manba buni ayrim images dagi uzun upper-tail bilan izohlaydi. Variant C median ni ham, mean ni ham kamaytirgan yagona pilot variant.

Pilot chegarasi: faqat 200 image, faqat %75 embedding va faqat RS detector ishlatilgan. CNN yoki content-adaptive detector tekshiruvi bajarilmasdan Variant C deployment uchun tavsiya etilmaydi.

Uchdan-uchgacha MinIO ishlashi

Upload + download jami 243,7 ms, yaʼni umumiy latency ning %68,6 qismi. Encryption + decryption 30,4 ms = %8,6; steganographic embed + extract 81,0 ms = %22,8.

Manba 128 B dan 8 KB gacha boʻlgan xabarlarda sinovdan oʻtkazilgan barcha cover images uchun end-to-end latency 700 ms dan past qolganini va message fidelity %100 boʻlganini bildiradi.

Mualliflar bu kechikish darajasini configuration propagation, audit-log transmission yoki shunga oʻxshash asynchronous inter-service xabarlari uchun maqbul; authentication token validation kabi sub-10-ms synchronous path lar uchun esa nomuvofiq deb hisoblaydi.

64-bit block hajmining maʼlumot hajmi chegarasi

KREA-64/128 ning block size i 64 bit. Manba CTR qoʻllanishida bir xil key ostida taxminan \(2^{32}\) block, yaʼni taxminan 32 GiB maʼlumotdan soʻng birthday-bound collision xavfini hisobga olish kerakligini aytadi. Katta hajmli bulk encryption uchun 128-bit block cipher yoki mos stream cipher ishlatishni zarur deb biladi.

Tadqiqot qoʻllab-quvvatlaydigan natijalar

• KREA v2 ning oʻlchangan avalanche, key-sensitivity, entropy va correlation xususiyatlari tekshirilgan testlarda random-like cipher-output xulqi bilan mos.
• 15 ta NIST SP 800-22 testi ishlatilgan single-key tajriba protokolida oʻtgan.
• KREA v2 va SPECK differential trail natijalari optimal yechiladigan dastlabki uch round da bir xil; round 4 KREA upper bound SPECK ning nashr etilgan optimumiga mos.
• MLSB StandardLSB ga nisbatan aynan 3× deterministic capacity beradi.
• MLSB + watermark sinovdan oʻtkazilgan sintetik RGB images da taxminan 37–38 dB PSNR va yuqori SSIM bergan.
• Barcha image-quality konfiguratsiyalarida BER 0.
• Amaldagi fixed XOR watermark yuqori nisbatlarda RS tomonidan va sinovdan oʻtkazilgan barcha nisbatlarda Yedroudj-Net tomonidan kuchli aniqlanadi.
• Appendix A Variant C pilotida RS mean va median detection baseline ga nisbatan kamaygan.
• MinIO pipeline 4 KB uchun 355,1 ms total latency hosil qilgan va bottleneck network I/O boʻlgan.

Tadqiqot qoʻllab-quvvatlamaydigan natijalar

• KREA v2 AES-128 yoki SPECK-64/128 dan xavfsizroq ekani isbotlanmagan.
• KREA v2 production-hardened yoki standardized cipher emas.
• NIST SP 800-22 muvaffaqiyati adversarial cryptanalysis resistance isboti emas.
• Linear, related-key, integral va algebraic attack resistance koʻrsatilmagan.
• Side-channel, timing, power, EM yoki fault-injection resistance koʻrsatilmagan.
• %100 fidelity cryptographic integrity yoki authenticity ni taʼminlamaydi.
• Amaldagi XOR watermark zamonaviy CNN stegotahliliga qarshi undetectable emas.
• Klassik-detector natijalarini barcha tabiiy fotosuratlar populyatsiyasiga umumlashtirib boʻlmaydi; asosiy klassik test toʻplami uchta sintetik RGB image dan iborat.
• Appendix A Variant C production deployment uchun tayyor ekani koʻrsatilmagan.
• JPEG yoki boshqa lossy transform ostida payload recovery koʻrsatilmagan; manba aksincha spatial MLSB lossy re-encoding bilan buzilishini taʼkidlaydi.
• KREA ning C/Rust implementation dagi taxminiy tezlik oshishi ushbu tadqiqotda oʻlchanmagan.

Usuliy va qayta ishlab chiqarish cheklovlari

• KREA v2 mustaqil uchinchi tomon cryptanalysis dan oʻtmagan.
• NIST randomness testlari bitta key ostida bajarilgan.
• MILP solver optimum isbotini faqat dastlabki uch round da bergan; round 4 dan keyingi chegaralar solver budget ga bogʻliq.
• Linear cryptanalysis bajarilmagan.
• Reference implementation constant-time emas.
• Klassik stegotahlilning asosiy baholashi faqat uchta sintetik image ga asoslangan.
• BOSSBase CNN testi grayscale dataset dan foydalanadi; asosiy MLSB system description RGB uch-channel tashuvchi orqali taʼriflangan.
• Yedroudj-Net dan tashqari SRNet, ZhuNet, transformer asosidagi yoki S-UNIWARD-class content-adaptive detector lar sinovdan oʻtkazilmagan.
• Nonce formulasida sender ning pre-embedding cover hash i bilan receiver ning downloaded image hash i qanday qilib ayni maʼlumotdan qayta hosil qilinishi matnda aniq emas.
• Lossy image pipeline sinovdan oʻtkazilmagan va usul lossless PNG/TIFF muhitiga bogʻliq.
• Authenticated encryption qoʻllanmagan.
• 64-bit block size katta single-key maʼlumot hajmini cheklaydi.

Kelajakdagi tadqiqotlar

Manba uchta asosiy davom yoʻnalishini koʻrsatadi: fixed periodic watermark oʻrniga Appendix A dagi keystream-derived adaptive watermark ni keng BOSSBase va kuchliroq detector lar bilan tekshirish; KREA v2 uchun linear/related-key cryptanalysis va constant-time C/Rust implementation bilan side-channel evaluation; MAC/AEAD yaxlitligi hamda JPEG-resistant frequency-domain steganography integratsiyasi.

Manba va Usul Haqida Izoh

Asl sarlavha: Hybrid Architecture for Protected Data Communication Inside the Private Cloud

Mualliflar: Biswaranjan Senapati; Lalit Narayan Mishra; Awad Bin Naeem; Amit J. Rangari.

Mualliflar tartibi: Biswaranjan Senapati birinchi, Lalit Narayan Mishra ikkinchi, Awad Bin Naeem uchinchi, Amit J. Rangari toʻrtinchi muallif.

Masʼul muallif: Biswaranjan Senapati; bsenapati@ualr.edu.

Muassasa 1: Department of Computer Science, University of Arkansas at Little Rock (UALR), Little Rock, Arkansas, USA.

Muassasa 2: Lowe’s Companies Inc., Mooresville, North Carolina, USA.

Muassasa 3: Department of Biomedical and Neuromotor Sciences, University of Bologna, Bologna, Italy.

Muassasa 4: JPMorgan Chase, Atlanta, Georgia, USA.

Teng hissa: Manbada teng birinchi mualliflik yoki teng hissa belgisi/bayonoti yoʻq.

Jurnal: Cryptography.

Nashriyotchi: MDPI.

Jild / son / maqola: 10(3), Article 36.

Sahifalar soni: 41.

DOI: 10.3390/cryptography10030036.

Yuborilgan: 15 aprel 2026.

Tahrir: 25 may 2026.

Qabul: 30 may 2026.

Nashr: 2 iyun 2026.

Akademik muharrir: Jim Plusquellic.

Manba turi: Taqrizli tadqiqot maqolasi; custom ARX cipher adaptation, multi-bit spatial steganography, steganalysis va haqiqiy MinIO xususiy bulut deployment benchmarkini birlashtirgan muhandislik tadqiqoti.

Taqrizdan oʻtish: Cryptography rasmiy MDPI materiallarida single-blind/single-anonymized peer-review dan foydalanadigan taqrizli jurnal sifatida taʼriflangan.

Preprint holati: Verianla da ishlangan fayl nashr etilgan Version of Record; ushbu jarayonda alohida preprint asos qilib olinmagan.

Litsenziya: Creative Commons Attribution (CC BY).

Rasmiy DOI havolasi: https://doi.org/10.3390/cryptography10030036

Kalit soʻzlar: ARX block cipher; steganography; private cloud security; modified LSB; steganalysis resistance; MinIO object storage; hybrid cryptography-steganography.

Asosiy tizim komponentlari: KREA v2; MLSB; XOR watermark; MinIO; TLS 1.3; Yedroudj-Net.

KREA v2 parametrlari: 64-bit block, 128-bit key, ikkita 32-bit word, 27 round, \(\alpha=7\), \(\beta=2\).

MLSB parametri: Har bir RGB channel uchun 3 LSB; jami 9 bit/pixel sigʻim.

Bulut qatlami: S3-compatible MinIO private object storage; HTTPS/TLS 1.3; lossless PNG storage.

Xavfsizlik testlari: Avalanche, Strict Avalanche Criterion, key sensitivity, NIST SP 800-22, Shannon entropy, diffusion, correlation va MILP differential trail analysis.

Stegotahlil: Chi-square, RS, histogram analysis va Yedroudj-Net CNN.

CNN maʼlumotlar toʻplami: BOSSBase-1.01, 10.000 ta 512×512 grayscale tabiiy fotosurat; 8000/1000/1000 train/validation/test.

CNN oʻqitish apparati: Google Colab T4 GPU.

Klassik image-quality test toʻplami: Dasturiy tarzda yaratilgan uchta 512×512 RGB sintetik cover: gradient_512, texture_512, mixed_512.

Uchdan-uchgacha asosiy natija: 4 KB xabar uchun 355,1 ms total latency; %68,6 network I/O; sinovdan oʻtkazilgan barcha pipeline konfiguratsiyalarida BER 0.

Moliyalashtirish: Manba tashqi moliyalashtirish olinmaganini bildiradi.

Etika kengashi: Institutional Review Board Statement: Not applicable.

Xabardor rozilik: Informed Consent Statement: Not applicable.

Maʼlumotlarning mavjudligi: BOSSBase-1.01 publicly available. Classical-detector test tasvirlari sintetik tarzda yaratilgan. KREA v2 reference implementation, MILP differential search scripts va steganography framework corresponding author dan asosli soʻrov asosida olinishi mumkin.

Manfaatlar toʻqnashuvi: Lalit Narayan Mishra tadqiqot vaqtida Lowe’s Companies Inc. xodimi; Amit J. Rangari JPMorgan Chase xodimi. Manba boshqa mualliflarda commercial/financial relationship dan kelib chiqadigan potensial manfaatlar toʻqnashuvi yoʻqligini bildiradi.

Muallif hissalari: Conceptualization: Biswaranjan Senapati va Lalit Narayan Mishra; methodology: Biswaranjan Senapati; software: Biswaranjan Senapati, Awad Bin Naeem, Amit J. Rangari; validation: Biswaranjan Senapati, Lalit Narayan Mishra, Amit J. Rangari; formal analysis: Biswaranjan Senapati va Lalit Narayan Mishra; investigation: Biswaranjan Senapati; original draft: Biswaranjan Senapati; review/editing: Lalit Narayan Mishra va Awad Bin Naeem.

Manba ichidagi muhim usuliy ziddiyat: Section 3 tabiiy RGB fotosurat farazini qoʻygan boʻlsa-da, klassik steganography benchmarki uchta sintetik RGB image ustida bajarilgan. Manba keyin klassik-detector natijalari qamrovini shu sintetik tasvirlar bilan cheklaydi va faqat CNN baholashini BOSSBase-1.01 ga kengaytiradi.

Nonce hisobotidagi noaniqlik: Nonce formulasi `hash(cover_image)` dan foydalanadi va receiver downloaded image hash bilan nonce ni qayta hisoblaydi, deb aytiladi; pre-embedding cover hash stego-only download oqimida qanday qilib aynan olinishi manbada tushuntirilmagan.

Asosiy xavfsizlik chegarasi: KREA v2 independent third-party cryptanalysis dan oʻtmagan; statistical randomness muvaffaqiyatlari cryptographic proof emas; linear/related-key/integral/algebraic/side-channel/fault analysis toʻliq emas; authenticated encryption yoʻq.

Steganografiya chegarasi: Fixed-key XOR watermark zamonaviy CNN stegotahlili tomonidan kuchli aniqlanadi; spatial MLSB lossy image re-encoding ga bardoshli emas.

Ishlash chegarasi: KREA speed benchmarki sof Python implementation ni optimized C-extension cipher lar bilan taqqoslagani sababli uni bevosita algorithmic throughput ranking sifatida talqin qilish kerak emas.

Umumiy talqin chegarasi: Tadqiqot hujjatlashtirilgan va oʻlchangan private-cloud engineering integration ni taqdim etadi; production-hardened cipher, zamonaviy stegotahlilga qarshi umumiy undetectability yoki yakunlangan cryptographic security proof ni taqdim etmaydi.