一種基于頂點(diǎn)插入的矢量地圖完整性認(rèn)證方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于地理信息科學(xué)、信息隱藏領(lǐng)域，具體涉及一種基于頂點(diǎn)插入的矢量地圖完整性認(rèn)證方法。本發(fā)明包括：劃分矢量地圖區(qū)域；矢量地圖塊分類(lèi)；記錄矢量地圖塊類(lèi)型；生成認(rèn)證水??；嵌入認(rèn)證水??；嵌入認(rèn)證水?。凰≌J(rèn)證及原始數(shù)據(jù)恢復(fù)。本發(fā)明將矢量地圖劃分為若干區(qū)域，利用頂點(diǎn)插入的方法在每個(gè)區(qū)域中嵌入相應(yīng)的認(rèn)證信息，在認(rèn)證階段，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)完整性認(rèn)證，而且能夠精確定位篡改區(qū)域，有效減少因無(wú)法準(zhǔn)確檢測(cè)篡改數(shù)據(jù)而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)重傳次數(shù)；本發(fā)明的誤警率為零，漏警率為(1/2)L，能夠有效檢測(cè)篡改。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于頂點(diǎn)插入的矢量地圖完整性認(rèn)證方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于地理信息科學(xué)、信息隱藏領(lǐng)域，具體涉及一種基于頂點(diǎn)插入的矢量地圖完整性認(rèn)證方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著信息技術(shù)和測(cè)繪技術(shù)的快速發(fā)展，二維矢量地圖數(shù)據(jù)已成為地理信息系統(tǒng)、智能交通運(yùn)輸系統(tǒng)、數(shù)字化城市和數(shù)字化國(guó)防建設(shè)等方面必需的保障資源。二維矢量地圖數(shù)據(jù)描述的地理信息詳實(shí)準(zhǔn)確，具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和戰(zhàn)略意義。而借助網(wǎng)絡(luò)和地理信息處理工具，這些具有巨大經(jīng)濟(jì)價(jià)值的數(shù)據(jù)很容易被非法復(fù)制、篡改和傳播。發(fā)生篡改的矢量地圖數(shù)據(jù)，不僅會(huì)給矢量地圖的精度造成損失，更會(huì)使地理信息生產(chǎn)者、發(fā)布者和使用者蒙受重大損失。在提供地理信息服務(wù)的同時(shí)，如何保障矢量地圖數(shù)據(jù)的真實(shí)性和完整性是當(dāng)前迫切需要解決的問(wèn)題。
[0003]密碼學(xué)中的數(shù)字簽名技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)矢量地圖的完整性認(rèn)證和真?zhèn)舞b別。但這種技術(shù)不能定位篡改位置，一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)生改變，不管發(fā)生篡改的數(shù)據(jù)是所需數(shù)據(jù)還是非所需數(shù)據(jù)，都會(huì)認(rèn)為數(shù)據(jù)遭到篡改不能使用，需要重新獲取數(shù)據(jù)，增加了數(shù)據(jù)獲取的時(shí)間與費(fèi)用，給一些需要及時(shí)獲取數(shù)據(jù)的應(yīng)用場(chǎng)合造成不必要的延誤。而且有的數(shù)字簽名附在數(shù)字作品的尾部或頭部同數(shù)字作品一起傳輸，當(dāng)數(shù)字作品經(jīng)過(guò)格式轉(zhuǎn)換及其他操作后，其自身攜帶的數(shù)字簽名就會(huì)丟失，致使認(rèn)證失效。為彌補(bǔ)數(shù)字簽名技術(shù)的缺陷，脆弱水印技術(shù)作為一種完整性認(rèn)證的有效手段應(yīng)運(yùn)而生，成為近年來(lái)地理信息數(shù)字產(chǎn)品完整性認(rèn)證領(lǐng)域研究的一個(gè)熱點(diǎn)。
[0004]脆弱水印技術(shù)中，數(shù)據(jù)發(fā)送方將數(shù)字作品分割為若干部分后，為每部分?jǐn)?shù)據(jù)生成相應(yīng)的認(rèn)證信息并將其嵌入到相應(yīng)的數(shù)據(jù)中。數(shù)據(jù)接收方通過(guò)判定在每部分?jǐn)?shù)據(jù)中提取到的認(rèn)證信息與生成的認(rèn)證信息的一致性，檢測(cè)并定位篡改數(shù)據(jù)。利用脆弱水印技術(shù)定位篡改的特性，人們可以判定篡改數(shù)據(jù)是當(dāng)前要需要的數(shù)據(jù)還是非所需數(shù)據(jù)，從而避免因數(shù)據(jù)重傳導(dǎo)致的資源和時(shí)間的浪費(fèi)。同時(shí)由于認(rèn)證信息隱藏在數(shù)字作品中，同作品密不可分，一同傳輸，脆弱水印技術(shù)使得認(rèn)證信息傳輸更為隱蔽、安全。
[0005]近年來(lái)，脆弱水印技術(shù)已在圖像、視頻，音頻以及文本數(shù)據(jù)領(lǐng)域取得了相當(dāng)多的研究成果。對(duì)矢量地圖水印技術(shù)的研究逐步趨于成熟，但在矢量地圖脆弱水印技術(shù)方面，人們?nèi)〉玫某晒€比較少。借鑒J.Fridrich等人提出的用于圖像完整性認(rèn)證的可逆認(rèn)證方法，邵承永等人于2005年首先提出了一種用于二維矢量地圖完整性認(rèn)證的可逆脆弱水印算法。該算法將矢量地圖頂點(diǎn)劃分為不同的組后，為每組生成相應(yīng)的認(rèn)證信息并利用Fridrich等人的可逆認(rèn)證方法實(shí)現(xiàn)水印的嵌入。該方法能夠檢測(cè)到矢量地圖的多種篡改操作，但不能抵抗矢量量化攻擊，而且當(dāng)矢量地圖遭到增加頂點(diǎn)/圖元、刪除頂點(diǎn)/圖元操作時(shí)，該方法的篡改定位能力不夠強(qiáng)。同樣利用Fridrich等人的可逆認(rèn)證方法,2009年，Zheng等人結(jié)合分塊的思想提出了能夠定位篡改塊的矢量地圖可逆脆弱水印算法。這種方法能夠檢測(cè)篡改區(qū)域，但當(dāng)矢量地圖遭到頂點(diǎn)增加、刪除攻擊后，篡改定位能力依然比較差，而且如果嵌入?yún)?shù)選擇不當(dāng)，該方法不能保證對(duì)所有矢量地圖都能夠正確提取水印信息。隨后，Zheng等人結(jié)合圖元分組的思想提出定位篡改圖元組的矢量地圖可逆脆弱水印算法。該方法同樣面臨著矢量地圖遭到頂點(diǎn)/圖元增加、刪除攻擊后篡改定位能力不足的問(wèn)題。為獲取較好的篡改數(shù)據(jù)定位精度，Wang和Men提出了基于圖元標(biāo)記的矢量地圖可逆脆弱水印方法。該方法能夠精確定位篡改圖元組，但還不能應(yīng)用于點(diǎn)圖元。
[0006]此外，Zhang和Gao基于DCT變換提出了一種二維矢量圖形半脆弱水印算法。該方法對(duì)旋轉(zhuǎn)、縮放、平移操作魯棒，但水印的嵌入可能會(huì)影響認(rèn)證階段的頂點(diǎn)排序情況，進(jìn)而影響其分組情況，導(dǎo)致水印信息無(wú)法正確提取，從而無(wú)法完成完整性認(rèn)證。彭飛等人基于對(duì)數(shù)極坐標(biāo)變換提出了一種二維CAD工程圖的半脆弱水印方法。該方法將頂點(diǎn)進(jìn)行分組，將用于嵌入水印的頂點(diǎn)映射到對(duì)數(shù)極坐標(biāo)系中，并利用位替換的方法將水印信息嵌入對(duì)數(shù)極坐標(biāo)中。為提高其篡改定位能力，算法在每個(gè)分組的第一條線的屬性信息中做標(biāo)記以確保認(rèn)證階段能夠正確分組。此方案對(duì)旋轉(zhuǎn)、縮放、平移操作魯棒，但當(dāng)某一組數(shù)據(jù)被刪除時(shí)，篡改定位能力仍然不高。
[0007]綜上所述，雖然人們目前提出了一些用于矢量地圖脆弱水印方法，試圖解決在認(rèn)證數(shù)據(jù)完整性的同時(shí)，定位篡改的問(wèn)題，但這些方法在精確定位篡改方面還存在不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠精確定位篡改區(qū)域，有效減少因無(wú)法準(zhǔn)確檢測(cè)篡改數(shù)據(jù)而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)重傳次數(shù)的基于頂點(diǎn)插入的矢量地圖完整性認(rèn)證方法。
[0009]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0010](I)劃分矢量地圖區(qū)域；
[0011]將矢量地圖圖元?jiǎng)澐譃榛ゲ恢丿B的塊，將矢量地圖劃分的塊的行數(shù)和列數(shù)記為Nk和Nw,塊的總數(shù)記為Nb, Nb=NkXNw,第i, i=l, 2，…，Nb個(gè)矢量地圖塊記為Bi,包含塊Bi的區(qū)
域范圍的矩形的左上頂點(diǎn)和右下頂點(diǎn)分別記為尸和乃2 (發(fā)_^/:_)，
和戌祖分別表示p/的X坐標(biāo)和y坐標(biāo)，^皿和<_分別表示片的X坐標(biāo)和y坐標(biāo)；
[0012](2)矢量地圖塊分類(lèi)；
[0013]將所有的塊劃分為兩類(lèi)，normal塊和empty塊,將塊Bi的頂點(diǎn)數(shù)目記為NBt，如果NBi則塊Bi為normal塊；否則,塊Bi為empty塊；
[0014](3)記錄矢量 地圖塊類(lèi)型；
[0015]生成包含Nb個(gè)元素的序列F，記錄步驟(2)中每個(gè)塊的類(lèi)型，
[0016]F= {fjfi e {O, I}, i = I,..., Nb}
[0017]其中，fi=0表示第i塊為一個(gè)normal塊，ffl表示第i塊為一個(gè)empty塊；
[0018](4)生成認(rèn)證水印；
[0019]生成步驟(2)中每個(gè)normal塊的認(rèn)證水印，將塊Bi的水印信息記為Hi,
[0020]Hi = Ihiij e {O, I}, j e [O, L-1]}
[0021]其中，L表示Hi中比特的數(shù)目，hy (O≤j≤L -1)表示Hi中第j個(gè)比特；
[0022](5)嵌入認(rèn)證水??；[0023]將步驟(4)中生成的認(rèn)證水印嵌入到normal塊中,在normal塊中嵌入水印
[0024](5.1)依據(jù)矢量地圖塊&的邊界，計(jì)算Bi的中心IUcvJ,O Bhm分別表示中心Bcu的X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)；
[0025](5.2)生成一個(gè)以Bcu為中心，r為半徑的圓CBi (B。，r)，將在圓CBi(Bc^r)的圓周上插入含水印頂點(diǎn)以隱藏認(rèn)證水印，半徑r的取值為:
[0026]
【權(quán)利要求】
1.一種基于頂點(diǎn)插入的矢量地圖完整性認(rèn)證方法，其特征在于: (1)劃分矢量地圖區(qū)域； 將矢量地圖圖元?jiǎng)澐譃榛ゲ恢丿B的塊，將矢量地圖劃分的塊的行數(shù)和列數(shù)記為Nk和Nw,塊的總數(shù)記為Nb, Nb=NkXNw,第i, i=l, 2，…，Nb個(gè)矢量地圖塊記為Bi,包含塊Bi的區(qū)域范圍的矩形的左上頂點(diǎn)和右下頂點(diǎn)分別記為乃(^ax碑min和^max分別表示的X坐標(biāo)和I坐標(biāo)，爲(wèi)\^和6 分別表示P的X坐標(biāo)和I坐標(biāo)； (2)矢量地圖塊分類(lèi)； 將所有的塊劃分為兩類(lèi)，normal塊和empty塊，將塊Bi的頂點(diǎn)數(shù)目記為Λ B1，如果NBi 則塊Bi為normal塊；否則,塊Bi為empty塊； (3)記錄矢量地圖塊類(lèi)型； 生成包含Nb個(gè)元素的序列F，記錄步驟(2)中每個(gè)塊的類(lèi)型，
F= {fi I fi e {O, I}, i = I,..., Nb} 其中，fi=0表示第i塊為一個(gè)normal塊，^=I表示第i塊為一個(gè)empty塊； (4)生成認(rèn)證水??； 生成步驟(2)中每個(gè)normal塊的認(rèn)證水印，將塊Bi的水印信息記為Hi,
Hi = Ihiij e {O, I}, j e [0，L-1]} 其中，L表示Hi中比特的數(shù)目，&」(O≤j≤L -1)表示Hi中第j個(gè)比特； (5)嵌入認(rèn)證水印； 將步驟(4)中生成的認(rèn)證水印嵌入到normal塊中,在normal塊中嵌入水印 (5.1)依據(jù)矢量地圖塊Bi的邊界，計(jì)算Bi的中心必.,(AVd ?和％分別表示中心Bc i的X坐標(biāo)和y坐標(biāo)； (5.2)生成一個(gè)以Bcu為中心，r為半徑的圓CBi(Bc^r),將在圓CBi(Bc^r)的圓周上插入含水印頂點(diǎn)以隱藏認(rèn)證水印，半徑r的取值為:
【文檔編號(hào)】G06T1/00GK103903217SQ201410120970
【公開(kāi)日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】門(mén)朝光, 王娜娜, 田澤宇, 門(mén)宇博, 王思佳 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)