I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   8 ,   No .   5 Octo b e r   2 0 1 8 ,   p p .   3 5 6 8 ~ 3 5 8 6   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v8 i 5 . pp 3 5 6 8 - 3586          3568       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e . co m/ jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JE C E   Ba la ncing  Co m pr ess io n and  Encry ption o Sa t ellite  I m a g ery       Ali J .   Abbo ud 1 Ali N .   Al bu - Rg ha if 2 Abbo o d K irebut   J a s s i m 3     1 ,2 De p a rtm e n o f   Co m p u ter E n g in e e rin g ,   Co ll e g e   o f   En g in e e rin g ,   D iy a la   Un iv e rsit y ,   Ira q   3 De p a rtme n o f   Co m p u ter S c ien c e ,   Co ll e g e   o f   S c ie n c e   f o W o m e n ,   Un iv e rsity   o f   Ba g h d a d ,   Ira q       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Feb   6 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   Ma y   1 2 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   Ma y   19 ,   2 0 1 8     W it h   th e   ra p i d   d e v e lo p m e n ts  in   t h e   re m o te se n sin g   tec h n o l o g ies   a n d   se rv ice s,   th e re   is  a   n e c e ss it y   f o c o m b in e d   c o m p re ss io n   a n d   e n c ry p ti o n   o f   sa telli te   im a g e r y .   T h e   o n b o a rd   sa telli te  c o m p re ss io n   is  u se d   t o   m in im ize   s to ra g e   a n d   c o m m u n ica ti o n   b a n d w id th   re q u irem e n ts  o f   h ig h   d a ta  ra te   sa telli te   a p p li c a ti o n s.  W h il e   e n c ry p ti o n   i e m p lo y e d   to   se c u re   th e se   re s o u rc e a n d   p re v e n il leg a u se   o f   i m a g e   s e n siti v e   in f o r m a ti o n .   In   th is  p a p e r,   w e   p ro p o se   a n   a p p r o a c h   t o   a d d re ss   t h e se   c h a ll e n g e w h ich   ra ise d   in   th e   h ig h l y   d y n a m ic   sa telli te  b a se d   n e tw o rk e d   e n v iro n m e n t.   T h is  a p p r o a c h   c o m b in e d   c o m p re ss io n   a lg o rit h m (Hu ffm a n   a n d   S P IHT a n d   e n c ry p ti o n a lg o rit h m s   (RC4 ,   b lo w f ish   a n d   A ES in t o   th re e   c o m p lem e n tar y   m o d e s:  (1 se c u re   lo ss les c o m p re ss io n ,   (2 se c u re   lo ss y   c o m p re ss io n   a n d   (3 se c u re   h y b rid   c o m p re ss io n .   T h e   e x t e n siv e   e x p e rim e n ts  o n   th e   1 2 6   sa telli te  im a g e d a tas e t   sh o w e d   th a o u r   a p p r o a c h   o u t p e rf o rm trad it io n a l   a n d   sta te  o f   a rt  a p p r o a c h e s   b y   sa v in g   a p p ro x im a tel y   (5 3 % o f   c o m p u tatio n a re so u rc e s.  In   a d d it i o n ,   th e   in tere stin g   f e a tu re   o th is  a p p ro a c h   is  th e se   th re e   o p ti o n th a m i m ic   re a li t y   b y   i m p o sin g   e v e r y   ti m e   a   d if fe r e n t   a p p ro a c h   to   d e a w it h   t h e   p ro b lem   o f   li m it e d   c o m p u ti n g   a n d   c o m m u n ica ti o n   re so u rc e s.    K ey w o r d :   B alan ce d   r eso u r ce s   H y b r id   co m p r es s io n   H y b r id   s ec u r it y   I m ag e n tr o p y   Satellite i m a g er y   Co p y rig h ©   2 0 1 8   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   All  rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   A li J .   A b b o u d ,     Dep ar t m en t o f   C o m p u ter   E n g i n ee r in g ,   C o lleg o f   E n g in ee r i n g ,   Di y ala  U n i v er s it y ,   Ma il B o x   No .   1 ,   C o lleg o f   E n g i n ee r i n g   B r an c h ,   B aq u b Ma il Of f ice,   Di y ala,   I r aq .   E m ails : a li.j . ab b o u d @ g m ail. c o m       1.   I NT RO D UCT I O N   Satellite s   ar p o w er f u m ac h in e to   o b s er v e   r ap id l y   lar g e   ar ea s   ar o u n d   th ea r th .   T h e   o n b o ar d   ca m er s e n s o r s   en ab le   th e s e   ar tif icia m o o n s   to   co llecti n g   h i g h   r eso lu t io n   i m a g es   to   b u s ed   b y   r e m o te   s en s in g   ap p licatio n s   i n cl u d in g   ea r th   m o n ito r in g ,   ag r ic u lt u r e,   m ili tar y ,   co m m er cial,   in d u s tr ial,   astro n o m y ,   s p ac e,   w ea th er ,   m in er al,   g eo l o g y ,   o ce an ,   w ater ,   etc   [ 1 ] .   T h e se   ap p licatio n s   ar r estricte d   b y   th s ca r cit y   o f   s to r ag e,   en er g y   a n d   d o w n lin k   co m m u n icatio n   r eso u r ce s   o f   s atellites.  T o   r elax   th ese  li m ita ti o n s ,   co m p r ess io n   alg o r ith m s   ar e m p lo y ed   to   p lay   v ital  r o le  in   r ed u ci n g   t h s ize  o f   ex tr e m el y   lar g s atellite  i m a g es  [ 2 ] .   Mo r eo v er ,   n o w ad a y s   ter r o r is t s   th r ea th s ec u r it y   o f   m a n y   s af n atio n s   esp ec iall y   i n   co u n tr ies  li k I r aq   an d   S y r ia.   T h e y   c a n   b en e f it   f r o m   s atellite   i m ag er y   i n   th eir   attac k s   o n   i n n o ce n t   ci v ilia n s .   Hen ce ,   en s u r i n g   s ec u r e   s to r ag an d   tr a n s m is s io n   o f   co m p r es s ed   i m a g es   th r o u g h   co m m u n icatio n   c h a n n e ls   d o wn   to   th a u t h o r ized   u s er s   is   an o t h er   i m p o r tan t i s s u lik e   co m p r ess io n .   T h er ar m an y   p r o p o s ed   alg o r it h m s   p r o p o s ed   to   co m p r es s   o r   p r o tect  s atellite  i m a g es,  h o w e v er   all   th e s al g o r ith m s   co n s u m e   h ig h   a m o u n t s   o f   co m p u tatio n a a n d   en er g y   r eso u r ce s   f o r   ex a m p le  w o r k s   in   th r ef er en ce s   [ 2 ] - [3 ] A ls o ,   th er is   f ast  g r o w in g   tr en d   in   th h y b r id   co m p r es s io n ,   h y b r id   e n cr y p tio n   o r   j o in co m p r ess io n   an d   e n cr y p tio n   ap p r o ac h es  f o r   d ig ita i m a g es.  T h m ai n   r ea s o n   f o r   s u c h   g r o w t h   is   t h b en ef it s   th a ca n   r ea p   f r o m   s u ch   co m b in ed   co llab o r atio n   b etw ee n   co m p r ess io n   an d   en cr y p t io n   al g o r ith m s .   Fo r   in s ta n ce Se t y a n i n g s i h   e a l .   [ 4 ]   p r esen ted   g o o d   s u r v e y   ab o u h y b r id   co m p r es s io n   al g o r ith m s   th a s h o w   th e   r ev e n u e s   o f   m i x i n g   co m p r ess io n   tec h n iq u e s   f o r   r ed u cin g   t h e   s ize   o f   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       B a la n cin g   C o mp r ess io n   a n d   E n cryp tio n   o f S a tellite I ma g ery  ( A li J .   A b b o u d )   3569   i m a g es.  W h ile  Ma h m o o d   [ 5 ]   p r o p o s ed   h y b r id   e n cr y p tio n   alg o r ith m   f o r   m ed ical  i m a g es   to   r ed u ce   co n s u m e r eso u r ce s .   F u r th er m o r e,   S et y an in g s ih   an d   W ar d o y o   [ 6 ]   p r o p o s ed   s u r v e y   ab o u i m a g co m p r ess io n   a n d   en cr y p tio n   al g o r ith m s .   Ma s s o u d [ 7 ]   p r o p o s ed   an   o v er v ie w   th at  clas s i f ied   j o in co m p r es s io n   an d   en cr y p t io n   alg o r ith m s   i n to   p r ec o m p r ess i o n   ( i.e .   en cr y p t io n   a n d   t h en   co m p r es s io n ) ,   i n co m p r es s io n   ( co m p r ess io n   an d   en cr y p tio n   ar d o n s i m u lta n eo u s l y )   an d   p o s tco m p r ess io n   ( i.e .   co m p r ess io n   an d   th e n   en cr y p tio n ) .   T h af o r e m e n tio n ed   t h r ee   s u r v e y s   ag r ee   o n   t h f o llo w i n g   s t ate m e n ts :   ( 1 )   p r ec o m p r ess io n   al g o r ith m s   clas s   in c r ea s th s ize  o f   en cr y p ted   f ile  an d   b ad ly   i n f lu e n c co m p r ess io n   p er f o r m a n ce   ( 2 )   in co m p r ess io n   alg o r ith m s   cla s s   i s   n o f o r m at  co m p lia n ce   s in ce   r eq u ir m o d if icatio n   o f   e n co d er   an d   d ec o d er   o f   co m p r ess io n   alg o r ith m s   ( 3 )   p o s tco m p r ess i o n   al g o r ith m s   clas s     is   co m p r ess io n   f r ien d l y   w h ile   ea r lier   t w o   cla s s e s   ar n o t   co m p r es s io n   f a v o r ab le  ( 4 )   im ag s elec t iv e n cr y p tio n   is   n o s ec u r e n o u g h   a n d   v u l n er ab le  to   attac k s .   B ased   o n   th ese  p r o v ed   s tate m e n ts ,   p o s tco m p r ess io n   ( i.e .   co m p r es s io n   an d   th e n   e n cr y p tio n )   al g o r ith m s   cl a s s   ar u s ed   in   o u r   d ev elo p ed   ap p r o ac h .   T o   s u m   u p ,   th m a in   o b j ec tiv e   o f   th i s   p ap er   is   to   d ev elo p   an   ap p r o ac h   th at  b alan ce   s a tellite   i m ag e   q u alit y   a n d   s y s te m   p er f o r m a n ce   u n d er   d if f er en t   lo ad   co n d itio n s .   I n   o t h er   w o r d s ,   it   o p tim izes  s i m u lta n eo u s l y   i m a g e   s ec u r it y   a n d   co m p r es s io n   ad ap tiv el y   to   m ak e   t h e m   ap p r o p r iate  f o r   s p ec if ic  co n d itio n .   W ca n   ac h ie v th is   ai m   b y   u s i n g   h y b r id   co m p r ess io n   a n d   h y b r id   s ec u r it y   t o g eth er   f o r   s atell ite   i m a g er y .   A cc o r d in g   to   th b e s o f   o u r   k n o w led g e,   in   co n tr ast  to   th r esear c h   wo r k s   i n   t h liter at u r [ 8 ] - [ 1 0 ]   w h ic h   p r o p o s ed   eith er   ad ap tiv co m p r es s io n   o r   ad ap tiv s ec u r it y   b u t   n o b o th th i s   i s   th f ir s t   r esear ch   in v e s ti g ates  t h u s ag o f   ad ap tiv co m p r ess io n   an d   ad ap tiv s ec u r i t y   s i m u lta n eo u s l y   to   p r o v id s ec u r co m p r es s io n   o f   s at elli te  i m a g e r y .     1 . 1 .   I m a g co m pre s s io s y s t e m s   I m ag e   co m p r ess io n   i s   t h tec h n o lo g y   to   r e m o v r ed u n d an t   d ata.   I is   r e g ar d ed   as  to o to   r e m o v e   ir r elev an t d ata  f r o m   w is h ed   i m ag e.   T h i m ag r ed u n d an c y   is   class if ied   i n to   th r ee   m ain   ca teg o r ies [ 1 1 ]   a.   C o d in g   r ed u n d an c y e v er y   p i x el  i n   th i m a g r ep r esen ted   b y   co d es  t h at  co n s is t s   o f   s ev e r al  b its .   I n   th e s e   co d b its ,   th er ar r ed u n d an t b its .   b.   Sp atial  an d   te m p o r al  r ed u n d an c y t h is   r ed u n d an c y   in   t h im ag r ep r esen t s   s i m ilar   p ix el s   in   th s a m e   co lu m n   o r   r o w .   T h er e   is   n o   n e ed   to   s to r all  o f   p ix els b u w e   h av to   s to r o n th e s s i m ila r   p ix els.   c.   I r r elev an in f o r m at io n th i s   cl ass   o f   r ed u n d an c y   p r esen t s   in   th e   m aj o r ity   o f   i m ag e s .   I ca n   b r e g ar d ed   as   th d ata  n o t i m p o r ta n t f o r   o b s er v er   in   th s ce n e,   p h o to   o r   i m ag e.   Th im a g co m p r es s io n   al g o r ith m s   ar t w o   m ain   ca te g o r ies:   lo s s les s   an d   lo s s y .   T h lo s s le s s   co m p r es s io n   is   u s ed   to   r etu r n   o r ig i n al   i m ag e   w it h   n o   er r o r   in   t h i m a g r ec o n s tr u ct io n   p r o ce s s M ed ical ,   ar ch r iv al,   te x d ata  an d   ci n e m a.   ar ex a m p les  o f   ap p licatio n s   th at  n ee d   h i g h   q u alit y   r ec o n s tr u cted   i m ag e s I n   co n tr ast ,   t h lo s s y   i m a g co m p r ess io n   is   u s ed   to   o b tain   h i g h   co m p r ess io n   r atio s   w it h   i n d is tin g u i s h ab le  lo s s   i n   th q u al it y   o f   t h r ec o n s tr u cted   i m a g e.   S u ch   t y p o f   c o m p r es s io n   a lg o r it h m s   i s   u s ef u i n   s tr ea m i n ap p licatio n s   s u c h   as  m u lti m e d ia,   v id eo ,   i m ag e s   a n d   au d io .   I n   th i s   p ap er ,   p r ed ictiv an d   Hu f f m a n   co d in g   alg o r ith m s   w er u s ed   f o r   lo s s l ess   co m p r ess io n ,   w h ile  th lo s s y   v er s io n   o f   s et  p ar titi o n i n g   i n   h ier ar ch ical  tr ee s   ( SP I H T )   alg o r ith m   w as  u s ed   f o r   th lo s s y   co m p r es s io n   to   o b tain   h ig h   co m p r es s io n   r atio s .       1 . 1 . 1 .   P re dica t iv co din g   [ 1 1 ]         P r ed icativ co d in g   i s   th co m p r ess io n   tech n iq u to   r e m o v ir r elev an d ata  b ased   o n   th p r in cip le  o f   co d in g   th d i f f er en ce   er r o r   b et w ee n   p ix el  a n d   its   p r ed icted   v alu u s i n g   t h f o llo w i n g   eq u at io n s :       (   )     (   )     ̃ (   )                       ( 1 )                                                                     ( 2 )     T h p r ed icted   p ix el  v al u is   c alcu lated   f r o m   n ei g h b o r in g   p i x els   o f   t h d es ir ed   p ix el  u s i n g   an y o n o f   th f o llo w i n g   ex a m p le  p r ed icto r s :                                                   ( 3 )                                                                               ( 4 )     Fo r   s i m p lici t y   i n   t h is   p ap er ,   p r ed icto r   in   E q u atio n   ( 3 )   w as  u s ed   in   o u r   e x p er i m e n ts   f o r   its   s i m p lic it y   an d   ef f icie n c y .       1 . 1 . 2 .   H uff m a n c o din g   a lg o rit h m   [ 1 1 ]       Hu f f m a n   co d in g   al g o r it h m   is   o n o f   t h m o s t   k n o w n   alg o r i th m s   f o r   lo s s less   d ata  co m p r e s s io n .   I t   is   u s ed   m ai n l y   f o r   r e m o v in g   u n w a n ted   co d in g   d ata  f r o m   ea c h   i m a g p ix el.   T h en   r ep r esen all  p ix els  i n   th e   i m a g w it h   o p ti m al  an d   e f f ici en n u m b er   o f   s y m b o ls   f o r   ea ch   co d ed   p ix el.   T h s tep s   o f   Hu f f m a n   alg o r it h m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   5 Octo b er   2 0 1 8   :   3 5 6 8     3 5 8 6   3570   ca n   b s u m m ar ized   as f o llo w s :   a.   C alcu late  t h p r o b ab ilit ies  o f   u n iq u p ix e ls   i n   t h i m ag e   b y   d iv id in g   t h f r eq u en c y   o f   ea ch   u n iq u p ix el   o n   th to tal  n u m b er   o f   p ix el s   i n   th i m a g e.   b.   So r tin g   p r o b ab ilit ies  o f   u n iq u p ix els  f r o m   h ig h es t   to   th lo w est.  T h en   r ed u ce   th e s e   p r o b ab ilit ies  b y   co m b i n i n g   th e   lo w est  p r o b ab ilit y   p i x els  in to   s i n g le  p i x el.   T h is   p r o ce s s   o f   r ed u ctio n   co n t i n u e s   u n t il  r ea ch   f i n all y   in to   t w o   p r o b ab ilit ies o n l y .   c.   C o d in g   t h r ed u ce d   p ix el s   w it h   s m alles t p r o b ab ilit y   to   t h o r ig i n al  r a w   p r o b ab ilit ies b ef o r e   co m b i n atio n .     1 . 1 . 3 .   SPIH T   a lg o rit h m     SP I HT   a lg o r ith m   is   a   w av ele tr an s f o r m   b ased   co m p r es s io n   alg o r ith m .   I t c o n s is t s   o f   th r ee   m ai n   s tep s   ( 1 )   t r an s f o r m   s i g n al  ( 2 )   q u a n ti ze   s i g n al   co ef f icie n ts   ( 3 )   co d e   co ef f icien ts .   T h w a v elet   tr an s f o r m   d ec o m p o s es   th i m a g in to   f o u r   s u b an d s   ( L L ,   L H,   H L   an d   HH)   at  th f ir s le v el  o f   d ec o m p o s it io n .   T h tr an s f o r m   ca n   co n tin u to w ar d s   d ep th   at   f u r th er   le v els   as   r eq u ir ed   to   o b t ain   m o r d etailed   i n f o r m atio n   ab o u i m a g e.   T h tr ee   s tr u ct u r o f   w a v elet  s u b a n d s   at  v ar io u s   s ca le s   ca n   b ex p lo ited   to   d ev elo p   ef f icie n an d   r o b u s t   co m p r es s io n   e n co d er s   an d   d ec o d er s   as  SP I H T   h av d o n e.   T h m ai n   id ea   o f   SP I HT   alg o r ith m   is   to   tr an s f o r m   m o s s ig n i f ica n co ef f icie n t s   b ased   o n   th s o r ted   m ag n it u d es   o f   th e s co ef f icie n ts   a f ter   p ar titi o n i n g   t h s e ts   o f   co ef f icie n t s   at  d i f f er en s ca les   ac co r d in g   to   t h eir   d eg r ee   o f   s ig n if ican ce .   Af ter   t h at,   th s o r ted   co ef f ic ien t s   ar e   co m p ar ed   w ith   s er ie s   o f   d ec r ea s in g   th r es h o ld s   to   d eter m i n w h et h er   ea ch   o n o f   t h ese  co ef f icie n t s   is   s ig n i f ica n o r   n o t.  T o   s u m   u p ,   th co r co n ce p ts   i n   t h e   SP I HT   alg o r ith m   ar ( 1 )   tr an s f o r m   i m a g a n d   s o r t   co ef f icie n t s   p ar tiall y   ( 2 )   s p litt in g   co ef f ic ien t s   in to   s et s   ac co r d in g   to   th eir   i m p o r tan ce   b ase d   o n   p r e d eter m i n ed   th r es h o ld s   ( 3 )   tr an s f o r m i n g   s o r ted   b its   ( 4 )   s i m ilar it y   a m o n g   w av ele s u b b an d   s ca le s .   Fo r   m o r in f o r m at io n   ab o u t th is   al g o r ith m   p lease  r e f er   to   [ 1 2 ].     1 . 2 .   I m a g s ec urit y   s y s t e m s   I m ag s ec u r it y   is   t h p r o ce s s   o f   p r o tect in g   co n te n t s   o f   d ig ital  i m a g es.  T h in f o r m at io n   s ec u r i t y   alg o r ith m s   ar u s ed   to   s ec u r i m a g es  b y   p r o v id i n g   co n f id e n tialit y ,   au th e n ticatio n   an d   i n te g r it y   to   t h e m   [ 13 ] .   T h im a g co n f id e n tialit y   is   t r an s f o r m i n g   i m ag i n to   an o th er   f o r m   w h ich   is   o n l y   u n d er s t an d ab le  b y   s e n d er   an d   r ec eiv er .   W h ile  i m a g a u t h en t icatio n   is   te s ti n g   th o r i g i n   o f   th i m a g i f   i is   f r o m   ex p ec ted   o r ig in ato r   o r   n o t.  L astl y ,   i m ag i n te g r it y   is   ch ec k i n g   th co n te n t s   o f   th i m a g is   r ea ch ed   as  it  ( i.e .   in   in tact)   w ith o u an y   m o d i f icat io n   to   t h d esire d   r ec eiv er .   I n   t h i s   p ap er ,   en cr y p tio n   an d   d ec r y p tio n   tec h n o lo g ies  w er u s ed   to   p r o v id im a g co n f id e n tialit y .   R C 4 ,   B lo w f is h   an d   A E well  k n o w n   s ec u r it y   a lg o r it h m s   w er u s ed   in   o u r   ex p er i m e n ts   to   en cr y p t a n d   d ec r y p s atellite  i m a g es.  T h ese  alg o r ith m s   ar e x p lain ed   b r ief l y   as  f o llo w s :     1 . 2 . 1 .   RC4   a lg o rit h m     R C 4   al g o r ith m   i s   t h li g h t w e ig h p r o m i n en s y m m etr ical  s tr ea m   cip h er .   I is   d ev e lo p ed   b y   R o n a ld   R iv e s f o r   R S A   s ec u r i t y   co m p a n y   to   b u s ed   in   th S SL /T L ( Secu r So c k ets  L a y er /T r an s p o r L a y er   Secu r it y )   s ta n d ar d s .   A ls o ,   it  i s   u s ed   in   t h I E E E   8 0 2 . 1 1   w i r ed   eq u iv alen p r iv ac y   ( W E P )   p r o to co s tan d ar d .   T h is   alg o r ith m   is   f a s in   e n cr y p t in g   d ata  w it h   t h g en er ate d   k e y   u s i n g   s tr ea m   b y te  g en e r ato r .   I k ey   len g t h   f r o m   1   to   2 5 6   b y tes.  Fo r   m o r d etails ab o u t th i s   alg o r it h m   ca n   r ef er   to   th r ef er e n ce   [ 1 3 ] .       1 . 2 . 2 .   B lo wf is h a lg o rit h m       B lo w f is h   alg o r i th m   is   s y m m e tr ical  b lo ck   cip h er   alg o r ith m   d ev el o p ed   b y   B r u ce   Sch n eier   in   1 9 9 3 .   T h m ai n   c h ar ac ter is tics   o f   th i s   alg o r ith m   ar e:   a.   Fas t i m p le m e n tatio n   o n   m icr o p r o ce s s o r s     b.   C o m p ac t i n   u s o f   m e m o r y   c.   Si m p le  s tr u ct u r ea s es a n al y s i s   an d   i m p le m e n tatio n     d.   Var iab le  s ec u r it y   b y   v ar y in g   k e y   s ize  f r o m   3 2   b its   to   4 4 8   b its .     I h as  6 4 - b it  b lo c k   s ize  a n d   v ar iab le  k e y   le n g th .   I h as  a l s o   1 6   r o u n d   Feis tel   cip h er   a n d   u s e s   k e y - d ep en d en S - b o x e s .   T h S - b o x es  ac ce p 8 - b it  in p u an d   p r o d u ce   3 2 - b it  o u tp u t.  B esid es,  th alg o r it h m   k ee p s   t w o   s u b k e y   ar r a y s t h 1 8 - e n t r y   P - ar r a y   a n d   f o u r   2 5 6 - e n tr y   S - b o x e s .   W h a v to   m e n tio n   t h at  T w o f i s h   an d   T h r ee f is h e s   ar n e w   v er s io n s   o f   th is   a lg o r it h m .   Fo r   m o r d etails  ab o u t   t h is   al g o r ith m   ca n   r e f er   to   t h e   r ef er en ce   [ 14 ]     1 . 2 . 3 .   Adv a nced  encr y ptio n sta nd a r d ( AE S)  a lg o rit h m     A d v a n ce d   en cr y p tio n   s tan d ar d   ( A E S)  a lg o r it h m   is   128 - b its   s y m m etr ical  b lo ck   cip h er .   I is   s elec ted   in   co m p etitio n   w h ich   h o ld   b y   th n atio n al  in s tit u te  o f   s tan d ar d s   an d   tech n o lo g y   ( NI ST )   in   2 0 0 1   as  th b est  alg o r ith m   a m o n g   s ev er al  cr y p to g r ap h ic  alg o r it h m s .   Sec u r i t y ,   co s a n d   i m p le m e n tatio n   w er t h cr iter ia  f o r   s elec tio n   b est  s ec u r it y   alg o r it h m   i n   t h co m p etitio n .   I is   n o n - Fe is tel  cip h er   u s e s   k e y   s iz 1 2 8 ,   1 9 2 ,   o r   2 5 6   b its   d ep en d in g   o n   th n u m b er   o f   r o u n d s   w h ich   m i g h b 1 0 ,   1 2 ,   o r   1 4 .   A E S   co n s i s ts   o f   f o u r   tr an s f o r m atio n s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       B a la n cin g   C o mp r ess io n   a n d   E n cryp tio n   o f S a tellite I ma g ery  ( A li J .   A b b o u d )   3571   to   co n v er t   1 6 - b y te s   d ata  b l o ck   s u cc es s i v el y   i n   ai m   to   p r o v id b est  co n f u s io n   a n d   d if f u s io n .   T h es e   tr an s f o r m atio n s   ar e   s u b s tit u tio n ,   s h i f r o w s ,   m ix i n g   an d   k e y   ad d in g .   A ll  th e s tr an s f o r m ati o n s   u s k e y   s ize  o f   128 - b its .   Ho w e v er ,   th er i s   k e y   s ize  e x p an s io n   al g o r ith m   th at  ca n   co n v er k e y s   s izes  les s   1 2 8 - b its   i n to   1 2 8 .   A E r ep ea th ese  s tep s   in to   d ef in ed   n u m b er   o f   ti m e s   b ased   o n   th n u m b er   o f   r o u n d s .   T h is   alg o r ith m   i s   r ev er s ib le  li k o th er   cr y p to g r ap h ic  alg o r it h m s .   W h a v e   to   m e n tio n   th a A E a lg o r ith m   i s   ca lled   al s o   ( R I J NDA E L )   ac co r d in g   to   it s   i n v e n to r s   ( Vi n ce n R ij m en   an d   J o an   Dae m en ) .   Fo r   m o r d etails  ab o u th i s   i m p o r tan t sta n d ar d ized   alg o r ith m   r e f er   to   [ 15 ].     T h r est  o f   th p ap er   is   o r g a n ized   as  f o llo w s S ec tio n   2   i s   u s ed   to   d es cr ib s atellite  i m a g d ataset,   S ec tio n   3   is   d ev o ted   to   e x p l ain   p r o p o s ed   ap p r o ac h ,   th r esu lt s   a n d   t h eir   a n al y s i s   p r es en ted   i n   S ec tio n   4 ,   s ec u r it y   an al y s is   i s   ex p lai n ed   in   Sectio n   5 .   Fi n all y ,   S ec tio n   6   p r esen ts   co n cl u s io n .       2.   SAT E L L I T E   I M AG E S D A T AS ET   W h av co llected   s et  o f   s atellite  i m a g es  f r o m   ea r th   r es o u r ce s   o b s er v atio n   an d   s cie n ce   ( E R OS)   ce n ter   at  ( h ttp s : //er o s . u s g s . g o v /) .   T h ese  i m a g es   h a v d i f f e r en c h ar ac ter is tic s   a n d   th e y   g r o u p ed   in to   th r ee   m ai n   f o ld er s   n a m ed   ( A r t,  A r t   2   an d   A r t3 ) .   T h f o r m at  o f   t h ese  i m a g es  is   T h o u s an d s   o f   I n co m p atib le  Fil e   Fo r m ats  ( T I FF )   an d   th e y   ar e   in   r a w   f o r m at  ( i.e .   u n co m p r ess ed ) .   T h s ize  o f   ea ch   i m a g is   ap p r o x i m atel y   ( 8 0 0 0   x   7 0 0 0 )   p ix els.  Fi g u r e   1   s h o w s   s o m e x a m p le s   o f   t h ese  i m a g es.  T h n u m b er   o f   i m ag e s   i n   t h d at aset   w h ic h   ar u s ed   i n   o u r   ex p er i m en ts   i s   ( 1 2 6 )   h u n d r ed   an d   tw e n t y - s i x   i m ag e s .   T h i m a g e s   h a v b ee n   ac q u ir ed   b y   ( L an d s at  5 ,   MO DI S,  L a n d s at  7   an d   A ST E R )   s atellite s   ar o u n d   t h ea r th .             Fig u r e   1 .   E x a m p les o f   s atell ite   i m ag e s   d ataset       3.   RE S E ARCH   M E T H O D   W p r o p o s m u ltip le  o p tio n s   ap p r o ac h   to   j o in tl y   co m p r es s   an d   en cr y p th s atelli te  i m ag er y .   I co n s is ts   f r o m   th r ee   o p tio n s   ( 1 )   s ec u r lo s s less   co m p r ess io n ,   ( 2 )   s ec u r lo s s y   co m p r es s i o n   an d   ( 3 )   h y b r id   s ec u r co m p r ess io n .   T h f ir s t   o p tio n   p r o p o s ed   t o   p r o v id e   s ec u r lo s s le s s   co m p r es s io n   f o r   r em o te  s en s i n g   ap p licatio n s   th at  s tr ic tl y   r eq u i r n o   lo s s   in   th in f o r m at io n   o f   s atelli te  i m a g ( i.e .   b est  q u alit y   i m ag e s ) W h ile   th s ec o n d   o p tio n   p r o p o s ed   t o   s atis f y   th e   n ee d s   f o r   s ec u r e   lo s s y   co m p r ess io n   f o r   s ate llit a p p lic atio n   w o r k in g   u n d er   s tr ict  n e t w o r k   lo ad   co n d itio n s   ( le s s   r e s o u r ce s   a v ailab le )   th at  r eq u ir h i g h   co m p r ess io n   r atio s   a n d   f aste s t   d ata  tr an s f er   r ates  an d   ac ce p tab le  lo w   q u al it y   i m ag e s .   L a s tl y ,   th th ir d   o p tio n   p r o p o s ed   to   b alan ce   ad ap tiv el y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   5 Octo b er   2 0 1 8   :   3 5 6 8     3 5 8 6   3572   h y b r id   co m p r es s io n   a n d   e n cr y p tio n   o f   s atellite   i m ag e s T h l ast  o p tio n ,   it   m ea n s   d y n a m ic   u s o f   co m p r es s io n   an d   s ec u r it y   alg o r it h m s   d ep en d in g   o n   t h lo ca c h ar ac ter is ti cs  o f   s atellite   i m ag e s .   E v e n t u a ll y ,   t h t h ir d   o p tio n   ca n   b r eg ar d ed   as  an   ap p r o p r iate  ch o ice  to   o b tain   g o o d   q u alit y   s ate llit i m a g es  q u ic k l y   i n   ca s o f   s ca r ce   r eso u r ce s .   I n   t h f o llo w i n g ,   t h u n i f ied   p s eu d o   co d e   an d   F ig u r e   2   ar u s ed   to   th o r o u g h l y   d escr ib p r o p o s e d   m et h o d :     P R O P O S ED   M ET H O D   :   B a l a n c i n g   C o mp r e ssi o n   a n d   En c r y p t i o n   o f   S a t e l l i t e   I mag e r y   1:   I n p u t :   U n c o mp r e sse d   S a t e l l i t e   i mag e .   2:     D i v i d e   s a t e l l i t e   i mag e   i n t o   a   m a st e r   g r i d   o f   e q u a l   s i z e   b l o c k s.   3:     D e t e r mi n e   i m p o r t a n c e   o f   a r e a s w i t h i n   sa t e l l i t e   i mag e   a u t o ma t i c a l l y   b y   mea su r i n g   t h e   i n f o r mat i o n   c o n t e n t s   o f   e a c h   b l o c k   u s i n g   e n t r o p y   me a su r e s.   4:     S e l e c t   o n e   o f   t h r e e   o p t i o n b e l o w   b a se d   o n   t h e   a v a i l a b l e   c o mm u n i c a t i o n   b a n d w i d t h ,   t r a n sf e r   sp e e d ,   st o r a g e   r e q u i r e me n t a n d   v i s u a l   q u a l i t y   sp e c i f i c a t i o n s .   4 . 1 :   O p t i o n   1   ( se c u r e   l o ssl e ss  c o mp r e ss i o n ) :   C o mp r e sse e a c h   b l o c k   o f   sat e l l i t e   i mag e   u si n g   l o ssl e ss  c o mp r e ssi o n   a l g o r i t h m   (H u f f man   a l g o r i t h m) .   A f t e r   c o mp r e ssi n g   a l l   b l o c k o f   sa t e l l i t e   i mag e ,   u se   t h e   same   e n c r y p t i o n / d e c r y p t i o n   a l g o r i t h m t o   se c u r e   a l l   c o mp r e sse d   b l o c k s.  T h e   e n c r y p t i o n   a l g o r i t h m w i l l   b e   o n e   o f   t h r e e   a d o p t e d   s e c u r i t y   a l g o r i t h ms ( R C 4 ,   B l o w f i sh   o r   A ES) .   4 . 2 :   O p t i o n   2   ( se c u r e   l o ss y   c o mp r e ssi o n ) :   C o mp r e sse e a c h   b l o c k   o f   sa t e l l i t e   i mag e   u si n g   l o ssy   c o mp r e ssi o n   a l g o r i t h ( S P I H a l g o r i t h m) .   A f t e r   c o mp r e ssi n g   a l l   b l o c k o f   sat e l l i t e   i mag e ,   u se   t h e   s a me   e n c r y p t i o n / d e c r y p t i o n   a l g o r i t h t o   se c u r e   a l l   c o mp r e sse d   b l o c k s.   T h e   e n c r y p t i o n   a l g o r i t h m w i l l   b e   o n e   o f   t h r e e   a d o p t e d   s e c u r i t y   a l g o r i t h ms ( R C 4 ,   B l o w f i sh   o r   A ES) .   4 . 3 :   O p t i o 3   ( h y b r i d   se c u r e   c o m p r e ssi o n ) :     S e l e c t   e i t h e r   l o ssl e ss  H u f f man   o r   l o ss y   S P I H T   c o mp r e ssi o n   a l g o r i t h f o r   e a c h   b l o c k   d e p e n d o n   i t e n t r o p y   l e v e l ,   a v a i l a b l e   st o r a g e   a n d   c o mm u n i c a t i o n   r e so u r c e s.  A f t e r   c o mp r e ssi n g   t h e   b l o c k o f   s a t e l l i t e   i mag e ,   d i f f e r e n t   e n c r y p t i o n / d e c r y p t i o n   a l g o r i t h i se l e c t e d   a d a p t i v e l y   b a se d   o n   t h e   e n t r o p y   l e v e l   o f   e a c h   b l o c k   t o   se c u r e   i t s   c o mp r e sse d   b i t   st r e a m.  T h e   e n c r y p t i o n   a l g o r i t h m w i l l   b e   o n e   o f   t h r e e   a d o p t e d   se c u r i t y   a l g o r i t h ms ( R C 4 ,   B l o w f i sh   a n d   A ES) .   5 :      5 :   O u t p u t :   C o mp r e sse d   a n d   e n c r y p t e d   b i t s t r e a m o f   i n p u t   sa t e l l i t e   i mag e .           Fig u r e   2 B lo ck   d iag r a m   o f   t h p r o p o s ed   m et h o d       4.   RE SU L T A ND   AN AL Y SI S   A   co m p r eh e n s iv s et  o f   ex p e r i m en ts   we r co n d u cted   in   aim   to   ass ess   a n d   co m p ar o u r   p r o p o s ed   m et h o d   w it h   tr ad itio n al  m et h o d s   an d   s tate - of - ar ap p r o ac h es.   W o b tain ed   ex p er i m en tal   r esu lts   b y   ap p l y in g   p r o p o s ed   m e th o d   o n   t h s ate ll ite  i m a g d ata  s et  e x p lai n ed   ea r lier   in   s ec tio n   2   b y   m ea s u r in g   t h e m   q u an titi v el y   u s i n g   th m ea s u r es  d escr ib ed   in   s u b s ec tio n   4 . 1 .   T h an al y s i s   o f   th ese  r es u lt s   is   d iv id ed   in to   th r ee   s u b s ec tio n s .   Secu r lo s s less   co m p r e s s io n   o p tio n   is   ex p lai n ed   in   s u b s ec ti o n   4 . 2 .   W h ile  s ec u r lo s s y   co m p r e s s io n   o p tio n   is   d escr ib ed   in   s u b s ec t io n   4. 3 I n   ad d itio n ,   th last   s u b s ec ti o n   4. 4   is   d ev o ted   to   ex p lain   th s ec u r h y b r id   co m p r es s io n   o p tio n .   A ll   ex p er i m e n ts   w er i m p le m e n ted   o n   t h I n tel  C o r i7   p r o ce s s o r   P C   o f   2 . 7   GHz   s p ee d   an d   8 GB   R A m e m o r y .     4 . 1 .   P er f o r m a nce  m ea s ure s   I n   th i s   s ec t io n ,   w e   elab o r ate  th p er f o r m a n ce   m etr ics  w h ich   h a v b ee n   u s ed   to   q u an ti f y   s y s te m   p er f o r m a n ce   q u a n titi v el y   ( o r   o b j ec tiv el y ) .   I n   ad d itio n ,   w p r esen ted   th s u b j ec tiv e   ass es s m en o f   o u r   m eth o d   in   th Fig u r e   8   u s i n g   s o m ex a m p les   o f   s atellite  i m a g es.      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       B a la n cin g   C o mp r ess io n   a n d   E n cryp tio n   o f S a tellite I ma g ery  ( A li J .   A b b o u d )   3573   T h p er f o r m an ce   m ea s u r es a r ex p lain ed   as  f o llo w s :     4 . 1 . 1 .   I nfo r m a t io n e ntr o py   m ea s ur e   I n f o r m a tio n   e n tr o p y   m ea s u r es   q u an ti f y   t h a m o u n o f   i n f o r m atio n   co n tai n ed   in s id s y m b o l.  A ls o ,   i t   ca n   b d ef in ed   as  m ea s u r o f   r an d o m n e s s   o r   u n ce r tai n t y   o f   r an d o m   v ar iab le.   T h co n ce p o f   th is   m ea s u r e   s u g g e s ted   b y   C la u d E .   Sh a n n o n   to   r ep r esen r an d o m n e s s   o f   in f o r m atio n   i n   t h co m m u n ic atio n   s y s te m s .   T h e   m at h e m a tical  m o d el  o f   t h i s   m ea s u r f o r   in f o r m a tio n   s o u r ce   ( m )   o f   p r o b ab ilit y   ( p )   is :       (   )                                                        ( 5 )     4 . 1 . 2 .   P ea k - to - s ig na l - ra t io   m ea s ur   T h e   P ea k - to - Si g n al - R atio   ( P SNR )   is   w e ll  k n o w n   m etr ic   to   q u an ti f y   o b j ec tiv el y   th e   q u alit y   o f   r ec o n s tr u cted   i m a g a f ter   co m p r e s s io n   o r   en cr y p t io n .   I m ea s u r es  th d i f f er en ce   b et w ee n   o r ig in al   an d   r ec o n s tr u cted   i m ag p i x els.  T h m at h e m atica m o d els o f   t h i s   m ea s u r ar e:                            (           )                 ( 6 )                     [   (       )     (       ) ]                                       ( 7 )     W h er m ea n   s q u ar er r o r   ( MSE )   m ea s u r es  t h er r o r   d if f er en ce   b et w ee n   o r i g in al  i m a g I   ( i,  j)   an d   r ec o n s tr u cted   i m a g K   ( i,  j ) .   A l s o ,   th e   v ar iab les  a n d   N   r ep r esen t h d i m e n s io n s   o f   t h e   i m a g es   I   a n d   a n d   ( i,  j)   r ep r esen t th i n d ices o f   t h ese  i m a g es.     4 . 1 . 3 .   Str uct ura l si m i la rit y   ind ex   Stru ct u r al  s i m ilar it y   ( SS I M)   i n d e x   is   n e w   m etr ic  to   m ea s u r th s i m ilar it y   b et w ee n   o r i g in a i m ag e   an d   r ec o n s tr u cted   i m a g b ase d   o n   th co n ce p t s   o f   h u m a n   v is u al  s y s te m   ( HS V)   [ 1 6 ] .   I q u an t if ies  q u a lit y   o f   r ec o n s tr u cted   i m ag b y   m ea s u r in g   t h d if f er en ce   i n   co n tr ast,  lu m i n a n ce   an d   s tr u ct u r e.   T h m at h e m atica l   m o d el  o f   th i s   m ea s u r as f o llo w s :             (       )   (                 ) (              ) (                     ) (                     )               ( 8 )     W h er x   an d   y   ar w in d o w s   o f   i m a g es  an d   an d   th ex p lan atio n   o f   th s tatis tical  p ar a m eter s   o f   th is   m o d el  ca n   b f o u n d   in   r e f er en ce   [ 1 6 ] .                 (       )               (           )                                                                                                                                                 ( 9 )     Me an   SS I i s   b e t w ee n   t w o   i m ag e s   an d   o v er   ( n )   w i n d o w s .     4 . 1 . 4 .   Sa v ed  t i m ( %)   m ea s ure    T h p er ce n tag a m o u n o f   s av ed   co m p r ess io n   ( o r   en cr y p tio n )   ti m o f   p r o p o s ed   m et h o d   ca n   b e   q u an ti f ied   o b j ec tiv el y   u s i n g   t h f o llo w in g   m etr ics [ 1 7 ] :                                                                                                                                              ( 1 0 )                                                                                                                                 ( 1 1 )     W h er Hu f f m a n   ti m is   t h am o u n o f   co n s u m ed   ti m b y   Hu f f m a n   lo s s le s s   co m p r es s io n   alg o r it h m   w h ile  A E S t i m i s   th a m o u n o f   co n s u m ed   ti m b y   A E S e n c r y p tio n   alg o r it h m .     4 . 2 .   I nfo r m a t io n e ntr o py   a na y ls i s     T o   en ab le  d ev elo p in g   h y b r id   co m p r es s io n   ( o r   en cr y p tio n )   a p p r o ac h es,  th er is   n ee d   to   an al y s i s   th e   in f o r m atio n   co n te n ts   ( en tr o p y )   o f   s atell ite  i m a g es.  I n   t h ese  ex p er i m e n ts ,   w f o u n d   th at   th er ar th r ee   m a i n   en tr o p y   lev el s   f o r   ea ch   s atel lite  i m a g e.   T h ese  lev e ls   w er ca lcu lated   b y   en tr o p y   m ea s u r d escr ib ed   in   s u b s ec tio n   4 . 1 . 1 .   an d   th e y   ar cla s s i f ied   i n to   lo w ,   m ed i u m   an d   h ig h   e n tr o p y   le v el s .   T h lo w   en tr o p y   lev e l   r ep r esen ts   i m a g r e g io n s   t h at   co n tai n s   les s   a m o u n t   o f   in f o r m at io n   a n d   f ea t u r es.  W h ile ,   th e   m ed i u m   le v el   r ep r esen ts   i m a g r e g io n s   t h a co n tai n s   m o d er ate  a m o u n t   o f   i n f o r m atio n   a n d   d etail s .   L a s tl y ,   h ig h   lev e l   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   5 Octo b er   2 0 1 8   :   3 5 6 8     3 5 8 6   3574   co n tain s   t h h i g h est   a m o u n o f   i n f o r m atio n ,   f ea t u r es   an d   d etails  i n   t h s atelli te  i m a g e.   Fig u r e   3   s h o w s   t h e   th r ee   en tr o p y   le v els  o f   1 2 6   s atellite  i m a g e s   d ataset.   I is   ap p ar en f r o m   t h i s   Fi g u r e   t h at  H u f f m an   co m p r e s s io n   alg o r ith m   p r o d u ce d   th b i g g e s co m p r ess ed   i m a g s ize  f o r   all  en tr o p y   le v el s   a m o n g   co m p ar ed   co m p r ess io n   alg o r ith m s T h m ai n   r ea s o n   f o r   th is   r esu lt  is   th at  H u f f m an   alg o r ith m   r e m o v es  o n l y   b its   co d in g   r ed u n d an c y   o f   i m ag p ix el s .   W h av n o ticed   also   th at  th r elatio n   b et w ee n   en tr o p y   lev el  an d   co m p r ess ed   i m ag s iz e   len g th   is   li n ea r l y   d ep en d en t   f o r   all  co m p r es s io n   al g o r it h m s .   I n   ad d itio n ,   th SP I H T   lo s s y   co m p r ess io n   alg o r ith m   p r o d u ce d   th s m alle s co m p r es s ed   i m a g s ize  a m o n g   co m p r ess io n   al g o r ith m s .   L astl y ,   it  is   ap p ar en t   f r o m   t h is   Fi g u r e   t h at  t h ad ap tiv ( o r   h y b r id )   co m p r ess i o n   alg o r it h m   p r o d u ce d   m o d er ate  i m a g es  s izes   b ec au s it r e m o v es i m a g es r ed u n d a n c y   d y n a m icall y   ( i.e .   u s i n g   h y b r id   o f   co m p r es s io n   al g o r ith m s ) .             Fig u r e   3 Satellite i m ag e s   s ize s   f o r   th r ee   en tr o p y   le v els   a f ter   co m p r es s io n   u s i n g   th r ee   o p tio n s       4 . 3 .   Secure   lo s s le s s   co m pre s s io ( O ptio n 1 )   T h m ain   o b j ec tiv o f   t h ese   ex p er i m e n t s   is   to   i n v e s ti g a te  th e   p er f o r m a n ce   o f   s ec u r lo s s le s s   co m p r es s io n   in   ter m s   o f   s p e ed   p er f o r m a n ce   a n d   s atelli te   i m a g q u ali t y .   H u f f m a n   l o s s less   co m p r ess io n   alg o r ith m   w a s   u s ed   to   r ed u ce   s ize  o f   i m ag e s .   Af ter   co m p r ess io n ,   o n o f   cr y p to g r ap h ic  alg o r ith m s   R C 4 ,   B lo w f is h   or   A E is   ap p lied   o n   th co m p r ess ed   s atel lite i m ag e   Fig u r e   4 ( a)   an d   Fi g u r 4 ( b )   s h o w   t h at  t h e n co d in g   a n d   d ec o d in g   ti m e s   o f   H u f f m a n   al g o r ith m   ar e   in cr ea s i n g   g r ad u all y .   S u ch   h ar m o n ic  b eh av io r   o f   co m p r ess io n   an d   d ec o m p r ess io n   ti m es  is   r esu lt  o f   in cr ea s i n g   n u m b er   o f   i m p o r tan f ea tu r es  a n d   d etails  i n   t h i m a g g r ad u al l y   f r o m   lo w   lev el  to w ar d s   h i g h   en tr o p y   lev el.   W also   f o u n d   th at  t h d ec o d in g   ti m ( 1 7 0   m s ec )   o f   H u f f m an   al g o r ith m   is   th r ee   ti m es  m o r e   th an   i ts   e n c o d in g   t i m ( 4 8   m s ec )   b ec au s th i s   alg o r it h m   n ee d   m o r ti m to   r ec o n s tr u ct  o r ig i n al  s atel lite   i m a g e.     T h r esu lts   o f   en cr y p tio n   an d   d ec r y p tio n   ti m e s   f o r   all  ad o p t ed   s ec u r it y   al g o r ith m s   ar s h o w n   in   t h e   Fig u r e   4 ( c) - ( h ) B ased   o n   th an al y s is   o f   r esu l ts   in   t h Fig u r e   4 ( c)   an d   Fig u r 4 ( d ) ,   w ca n   n o tice  th at  t h e   tr en d   o f   th ese  r es u lt s   s h o w   t h at  R C 4   co n s u m e s   least  e n cr y p t io n / d ec r y p tio n   ti m e s   th a n   B lo w f is h   an d   A E S   alg o r ith m s .   T h e   co n v en tio n a clar if icatio n   o f   t h is   r es u lt   is   th lo w   co m p u tatio n al  co m p le x it y   o f   R C 4   alg o r ith m   an d   th s m all  p r o g r a m   co d o f   th is   s tr ea m   cip h er .   I n   ad d itio n ,   th d ir ec tio n   o f   t h R C 4   en cr y p t io n   an d   d ec r y p tio n   ti m e s   is   m o n o t o n icall y   in cr ea s in g   w i th   en tr o p y   lev el   o f   t h s atellite   i m ag an d   th e   d ec r y p tio n   ti m i s   al m o s t id en tical  to   e n c r y p tio n   ti m f o r   all  test ed   s ate l lite i m a g es ( 700   m s ec ) .                                 L et s   n o w   e x p lai n   th r es u lts   o f   B lo w f is h   alg o r ith m   as  ill u s tr ated   in   Fig u r e   4 ( e)   an d   Fig u r 4 ( f ) .   T h e   o b v io u s   r es u lt   th a t h e n cr y p tio n /d ec r y p tio n   ti m o f   th i s   al g o r ith m   i s   t h r ee   ti m es   m o r e   t h an   R C 4   alg o r it h m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       B a la n cin g   C o mp r ess io n   a n d   E n cryp tio n   o f S a tellite I ma g ery  ( A li J .   A b b o u d )   3575   ( 7 0 0   Vs.   2 5 0 0   m s ec ) .   T h co m p u tat io n al  co m p lex it y   an d   t h n u m b er   o f   r o u n d s   ( 1 6 )   is   t h m ai n   ca u s o f   th i s   b o o s in   t h e x ec u tio n   t i m e   o f   th is   alg o r it h m .   Ho w e v er ,   th s ec u r it y   o f   B lo w f is h   al g o r ith m   is   b etter   t h an   R C 4   a lg o r ith m .   I n   ad d itio n ,   w f o u n d   th at   th eq u ali t y   o f   en cr y p tio n   an d   d ec r y p tio n   ti m es  o f   th B lo w f is h   alg o r ith m .   A l s o ,   th e y   h a v t h e   s a m tr e n d   o f   R C 4   alg o r ith m   o f   in cr ea s i n g   m o n o to n icall y   w it h   e n tr o p y   lev el T h is   is   n o r m al  r es u lt b ec au s B lo w f i s h   al g o r ith m   i s   s y m m etr ic   Feis tel  B lo ck   cip h er   al g o r ith m .                 Fig u r e   4 Secu r Hu f f m an   lo s s less   co m p r es s io n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   5 Octo b er   2 0 1 8   :   3 5 6 8     3 5 8 6   3576   Fin all y ,   w e x p lain   t h r es u lt s   o f   A E al g o r ith m   as  s h o w n   in   th Fi g u r 4 ( g )   an d   Fig u r 4 ( h ) .   T h en cr y p tio n   a n d   d ec r y p tio n   ti m es  o f   A E alg o r it h m   i s   n ea r l y   th r ee   ti m es  m o r e   th an   t h eir   co u n ter p ar t   ti m e s   o f   B lo w f is h   alg o r ith m .   C o n c lu s iv el y ,   th A E alg o r ith m   cr y p to g r ap h ic  ti m es  ar n in ti m e s   m o r th an   en cr y p tio n   a n d   d ec r y p tio n   ti m es  o f   R C 4   al g o r ith m .   T h d ir ec tio n   o f   A E c u r v e s   lik e w i s th tr en d   o f   R C 4   an d   B lo w f is h   alg o r it h m s   o f   in cr ea s i n g   m o n o to n icall y   with   en tr o p y   le v el .   T o   s u m   u p ,   A E al g o r ith m   co n s u m e s   m o r r eso u r ce s   t h a n   o th er   t w o   alg o r it h m s   b u it  is   r eg ar d ed   m o r s ec u r th a n   R C 4   an d   B lo w f i s h   alg o r ith m s .     4 . 4 .   Secure   lo s s y   co m pre s s io ( O ptio n 2 )   T h ai m   o f   t h ese  e x p er i m e n t s   is   to   in v es tig ate  th p er f o r m an ce   o f   s ec u r lo s s y   co m p r ess io n   i n   ter m s   o f   s p ee d   p er f o r m a n ce   an d   s a t ellite  i m ag q u alit y .   SP I HT   l o s s y   co m p r e s s io n   al g o r ith m   w a s   u s ed   to   r ed u ce   s ize  o f   i m ag e s   s i g n i f ican t l y   w it h   lo s s   in   t h q u al it y   o f   s atellite  i m a g e.   Af ter   co m p r e s s io n ,   o n o f   cr y p to g r ap h ic  alg o r it h m s   R C 4 ,   B lo w f is h   o r   A E is   ap p lied   o n   th co m p r ess ed   s atelli te  im ag e.   T h en co d in g   an d   d ec o d in g   ti m es  o f   SP I H T   lo s s y   co m p r e s s io n   alg o r it h m   as  s h o w n   i n   Fi g u r e   5   ( a)   an d   Fig u r 5 ( b )   ar e   p r o g r ess iv el y   e s ca late  i n   s tea d il y   w a y .   Su c h   r e g u lar   h ar m o n ic  b eh a v io r   o f   co m p r ess io n   an d   d ec o m p r ess io n   ti m e s   is   at tr ib u ted   to   th e   in cr ea s ed   n u m b er   o f   i m p o r tan f e atu r es  o f   i m ag g e n tl y   f r o m   l o w   to   h ig h   e n tr o p y   lev els.  W also   n o tice d   th at  th d ec o d in g   ti m ( 2 5   m s ec )   o f   SP I H T   co m p r ess io n   al g o r ith m   i s   less   t h an   en co d in g   ti m ( 3 5   m s ec ) .   T h e   lo g ical  i llu s tr atio n   o f   t h i s   r es u lt  i s   t h i n h er i d esi g n   o f   SP I H T   alg o r ith m   t h at   m ak e s   t h en co d in g   an d   d ec o d in g   t i m e s   h a v n eg l ig ib le  d if f e r en ce .         Fig u r e   5 ( c)   an d   Fig u r   5 ( d )   s h o w   e n cr y p tio n /d ec r y p tio n   ti m es  r es u lts   o f   R C 4   alg o r ith m   o n   co m p r es s ed   s atel lite  i m a g es.   T h tr en d   o f   t h ese  r e s u l ts   d em o n s tr ate   ce r tain l y   th at   R C 4   co n s u m es   leas t   en cr y p tio n   an d   d ec r y p tio n   ti m es  ( 2 0 0   m s ec )   a m o n g   cr y p to g r ap h ic  alg o r ith m s .   T h c o n v e n tio n al  clar i f icatio n   o f   th i s   r esu l is   t h lo w   co m p u tatio n al  co m p le x it y   o f   R C 4   alg o r ith m   a n d   th s m al p r o g r a m   co d o f   th is   s tr ea m   cip h er   as  m en tio n ed   ea r lier   in   t h s u b s ec tio n   4 . 3 .   I n   ad d itio n ,   t h d ir ec tio n   o f   th R C 4   e n cr y p tio n   a n d   d ec r y p tio n   ti m es  is   m o n o to n ic all y   in cr ea s i n g   w i th   en tr o p y   le v el  o f   th s atellite  i m ag e   an d   th d ec r y p tio n   ti m e   is   al m o s id en tical   to   en cr y p ti o n   ti m f o r   all  te s ted   s atel lite  i m ag e s   ( 1 5 0   m s ec ) .   T h co n s u m ed   ti m r eso u r ce s   o f   th is   s ec u r co m p r ess o r   ar th r ee   tim e s   less   t h an   it s   co u n ter p ar R C 4   ti m es  r es o u r ce s   o f   lo s s les s   co m p r es s io n   i n   s u b s ec t io n   4 . 3 .   T h is   s ig n i f ica n r ed u ctio n   ca n   b attr ib u ted   to   th less   co m p r es s ed   i m a g len g th   co d p r o d u ce d   b y   th S P I H T   th at  led   to   m in i m ize  t h R C 4   en cr y p tio n   a n d   d ec r y p tio n   ti m es.   L et s   n o w   ex p lai n   t h s ec u r it y   ti m es   r es u lts   o f   B lo w f is h   al g o r ith m   a s   ill u s tr ated   in   Fi g u r e   5 ( e)   an d   Fig u r 5 ( f ) .   T h o b v io u s   r es u l th at  th e n cr y p tio n /d ec r y p tio n   o f   th i s   al g o r ith m   i s   f o u r   ti m es   m o r t h an   R C 4   alg o r ith m   ( 1 5 0   Vs.   6 0 0   m s ec ) .   T h co m p u tatio n al   co m p le x it y   an d   t h n u m b er   o f   r o u n d s   ( 1 6 )   is   th m ai n   ca u s o f   t h is   b o o s in   t h e x ec u t io n   ti m o f   t h is   al g o r it h m   a s   m e n tio n ed   ea r lier   in   th s u b s ec tio n   4 . 3 .   Ho w e v er ,   th s ec u r it y   o f   B lo w f is h   alg o r it h m   i s   b etter   th an   R C 4   alg o r ith m .   I n   ad d itio n ,   w n o ticed   th e   eq u alit y   o f   e n cr y p tio n   a n d   d ec r y p tio n   ti m e s   o f   th B lo w f i s h   alg o r ith m .   Ho w ev er ,   th ese  t i m es  h av t h s a m e   tr en d   o f   R C 4   al g o r ith m   s ec u r it y   ti m e s   o f   in cr ea s in g   m o n o t o n icall y   w it h   e n tr o p y   lev e l.  H en ce ,   th e   B lo w f i s h   s p ee d   p er f o r m a n ce   r es u lts   o f   th is   s ec u r co m p r es s o r   is   f o u r   ti m es  less   its   co u n ter p ar in   s u b s ec tio n   4 . 3   ( 6 0 0   m s ec   v s .   2 5 0 0   m s ec ).   Fin all y ,   w e x p lai n   t h r es u lts   o f   A E al g o r ith m   s p ee d   p er f o r m an ce   in   t h ter m s   o f   s ec u r it y   ex ec u t io n   ti m es  as  s h o w n   i n   th Fig u r 5 ( g )   an d   Fig u r 5 ( h ) .   T h en cr y p tio n   an d   d ec r y p tio n   ti m es  o f   AE S   alg o r ith m   i s   n ea r l y   t h r ee   ti m e s   m o r e   t h an   en cr y p t io n   a n d   d ec r y p tio n   ti m es   o f   B lo w f is h   alg o r ith m   ( 6 0 0   v s .   1 6 0 0   m s ec ) .   C o n cl u s i v el y ,   t h e n cr y p tio n   an d   d ec r y p tio n   ti m e s   o f   A E S   ar n i n ti m es   m o r e   t h a n   R C 4   alg o r ith m .   T h d ir ec tio n   o f   AE S c u r v e s   is   s i m ilar   to   th tr e n d   o f   R C 4   an d   B lo w f i s h   al g o r ith m s   t h at  i n cr ea s i n g   m o n o to n ica ll y   w i th   e n tr o p y   le v el .   Mo r eo v er ,   A E al g o r ith m   in   th is   s ec u r co m p r ess o r   o p tio n   co n s u m es  les s   r eso u r ce s   th a n   its   co u n ter p ar in   s u b s ec tio n   4 . 3   ( 1 6 0 0   v s .   6 0 0 0   m s ec ) .   T o   s u m   u p ,   w ca n   ad d   an o th er   ev id en ce   th at   A E S   al g o r ith m   co n s u m e s   m o r r e s o u r ce s   th a n   o th er   t w o   al g o r ith m s   b u s ti ll  m o r s ec u r t h a n   RC 4   an d   B lo w f i s h   cip h er s .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       B a la n cin g   C o mp r ess io n   a n d   E n cryp tio n   o f S a tellite I ma g ery  ( A li J .   A b b o u d )   3577         Fig u r e   5 Secu r SP I HT   lo s s y   co m p r es s io n         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.