An Approach to Encrypt and Decrypt Satellite Images Based on S-box Matrix and RC4
Saja Jumaa Hammad · Ali Mahmood Khalaf
提出一种结合动态S盒与RC4流密码的卫星图像加密解密方案，提高安全性。
动态S盒与RC4流密码结合，XOR与非线性替换，Python测试。
加密图像直方图均匀，熵接近8，相关系数近零，抗差分攻击强。
可探索将加密技术应用于农业遥感数据的安全传输，结合轻量级算法适应资源受限的农业物联网设备。
主题为卫星图像加密技术，与农业信息化无直接关联，不进入精选。
在本研究中，我们提出了一种新颖的高级卫星图像加密与解密方案，该方案采用动态生成的替换盒（S-box）矩阵，并与RC4流密码算法相结合。卫星图像数据通常庞大且相邻像素间存在强烈的空间相关性，这对传统加密技术构成了挑战，而传统方法在许多情况下无法提供高水平的安全性。为缓解这些问题，所开发的方法将利用基于密钥的动态S-box，从而增强系统的非线性及混淆强度。为实现图像数据的充分扩散，采用RC4算法生成伪随机密钥流。在加密过程中，像素值首先与密钥流进行异或（XOR）运算，随后通过动态S-box进行非线性替换。解密过程则逆转这些步骤，使用逆S-box并复用密钥流，从而确保原始图像的无损精确重建。该框架的安全性能通过在Google Collaboratory环境中使用Python进行的全面实验测试得到验证。我们考察了直方图均匀性、信息熵、相邻像素相关系数（水平、垂直及对角线方向）以及差分攻击指标（NPCR和UACI）等度量。结果表明，加密图像具有高度均匀的直方图分布，熵值接近理论最大值8，相关系数几乎趋近于零。此外，该方案对差分密码分析具有高度抵抗力，NPCR值超过99%，UACI值接近33%。因此，所开发方法在结合高安全性与合理计算效率方面表现有效，使其适用于遥感过程中卫星图像的安全存储与传输。