Entropy-Cryptographic Approach for Transmission of Satellite Data in Telecommunication Networks

ENG: Amid rapid advances in satellite observations and increasing risks associated with high-resolution multispectral data downloads, stronger satellite image encryption techniques are becoming increasingly important. To address these challenges, the paper proposes a new cryptographic methodology based on entropy and nonlinear methods. This approach offers high resistance against brute-force attacks, generates a high-entropy key, and employs a dynamic non–linear transformation in multi-layered encryption, which is AES-256-bit encrypted. This comprehensive approach is designed to safeguard the security of satellite data in transit from modern cryptanalysis as it traverses communication networks. The approach begins with entropy-based initializations, iteratively expands the key space, and applies adaptive transformations to render the encrypted data highly unpredictable. Experiments with satellite images of various resolutions demonstrate that this approach is resistant to cryptanalysis. The evaluation included measuring entropy, analysing the correlation between neighbouring pixels, and testing resistance to statistical and frequency-based attacks. The encrypted images achieved entropy values close to the theoretical maximum and showed almost no correlation between adjacent pixels, demonstrating the strength and uniformity of the encryption process. Performance tests on systems with multiple threads and processors revealed clear links between execution time, data size, and the level of parallelization. Moderate parallelism provided the best speed improvements, and the method remained scalable for large datasets, making it suitable for high-throughput environments. This approach ensures strong satellite-image robustness in image size, content, or spectral characteristics. The flexible structure and good performance make it a promising candidate for future telecom networks and secure satellite data distribution systems.

UKR: З огляду на швидке зростання систем супутникового моніторингу та підвищення ризиків під час передачі багатоспектральних супутникових даних, питання створення сучасних криптографічних засобів захисту супутникових знімків стає надзвичайно важливим. У статті представлено новий підхід до захисту супутникових даних, який базується на використанні ентропії та нелінійних методів. Запропонований в роботі підхід поєднує генерацію ключів з високою ентропією, складні динамічні перетворення та адаптивне багаторівневе шифрування, доповнене етапом AES-256. Це дозволяє забезпечити надійний захист, конфіденційність і цілісність супутникових зображень під час передачі через телекомунікаційні мережі, а також стійкість до сучасних криптоаналітичних атак. Ефективність методу підтверджена експериментами з різними типами зображень: було проведено оцінку ентропії зашифрованих даних, аналіз кореляції між сусідніми пікселями, перевірку стійкості до статистичних і частотних атак, а також тестування продуктивності на багатопотокових системах. Результати показали, що зашифровані зображення мають ентропію, близьку до максимальної, і майже нульову кореляцію між сусідніми пікселями, що свідчить про високу однорідність і надійність захисту. Дослідження часу виконання операцій шифрування виявило, що оптимальне прискорення досягається при використанні до чотирьох потоків, а для великих обсягів даних продуктивність залишається стабільною. Загалом, запропонований підхід забезпечує надійний захист супутникових знімків незалежно від їх розміру чи спектральних характеристик, що робить його перспективним для впровадження у сучасні телекомунікаційні системи.