一種矢量地圖完整性認證方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種矢量地圖完整性認證方法。包括如下步驟：圖元頂點分類；數(shù)據(jù)單元劃分；關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)單元；構(gòu)建定位信息；生成認證水印；嵌入認證水印和定位信息；標(biāo)記圖元；水印認證及原始數(shù)據(jù)無損恢復(fù)。本發(fā)明專利技術(shù)將矢量地圖（線或面）圖元劃分為不同的數(shù)據(jù)單元，為每個數(shù)據(jù)單元分配關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)單元并構(gòu)建其定位信息，利用可逆信息隱藏方法實現(xiàn)認證水印的嵌入和定位信息在其關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)單元中的嵌入，并標(biāo)記每個圖元所屬的數(shù)據(jù)單元，確保準(zhǔn)確定位篡改后的數(shù)據(jù)單元并恢復(fù)未發(fā)生篡改數(shù)據(jù)單元的原始數(shù)據(jù)；另一方面，利用篡改數(shù)據(jù)單元的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)單元中存儲的定位信息，可準(zhǔn)確定位篡改數(shù)據(jù)單元的原始區(qū)域，保證矢量地圖數(shù)據(jù)的可靠應(yīng)用。

Vector map integrity authentication method

The invention provides a method for the integrity authentication of vector map. Includes the following steps: pixel vertex classification; classified data unit; Data Association unit; construction positioning information; produce watermark embedding and watermark authentication; location information; marking elements; lossless watermarking authentication and original data. The vector map (line or surface) elements divided into different data units, for each unit of data distribution association data unit and construct its location information, using reversible information realizing the embedding and positioning information in the authentication watermark embedding unit linked data hiding method, and data elements marked each primitive belongs to ensure accurate positioning, data unit tampering and restore the original data without tampering with the data unit; on the other hand, using the location information storage unit linked data tampering with the data in the unit, the original region can localize the tampered data unit, ensure the reliable application of vector map data.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及地理信息科學(xué)、信息隱藏領(lǐng)域，具體講是一種矢量地圖完整性認證方法。
技術(shù)介紹
地理信息處理技術(shù)和因特網(wǎng)的快速發(fā)展，使得矢量地圖在國民經(jīng)濟各領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。矢量地圖描述地理信息精確，但利用現(xiàn)有的地理信息處理工具和公共網(wǎng)絡(luò)，人們可以方便快捷地復(fù)制、修改并發(fā)布這些高精度矢量數(shù)據(jù)。有效認證矢量地圖的完整性和真實性，以保障矢量地圖的可靠應(yīng)用已成為當(dāng)前迫切需要解決的問題。矢量地圖脆弱水印方法是認證數(shù)據(jù)完整性的有效方法。目前，矢量地圖脆弱水印算法已經(jīng)有一些重要的研究成果，但這些研究成果以定位篡改頂點分組、圖元分組為主。例如，面向非高保真應(yīng)用場景，文獻[1]提出的定位篡改圖元分組的脆弱水印方法和文獻[2-3]中容忍低幅度噪聲的脆弱水印算法，和面向高保真應(yīng)用場景，文獻[4]提出的定位篡改圖元頂點分組、文獻[5]提出的定位頂點分塊、文獻[6]提出的定位篡改圖元分組和文獻[7]提出的定位圖元分塊的可逆脆弱水印算法。這些成果將原始矢量地圖劃分為若干數(shù)據(jù)單元(如頂點分組、圖元分組)，為每個數(shù)據(jù)單元生成相應(yīng)的認證水印(如數(shù)字簽名、消息摘要)并嵌入在其中，篡改發(fā)生后，通過對比每個數(shù)據(jù)單元中提取的認證水印同再次生成的認證水印，能夠檢測并定位發(fā)生篡改的數(shù)據(jù)單元。但是，這些成果還不能有效指示篡改頂點或圖元的原始位置。即能夠?qū)⒋鄹暮蟮膱D元或頂點指示為篡改，而將其原始所在區(qū)域指示為可用，并不能準(zhǔn)確定位篡改影響的所有區(qū)域。這些指示為可用的篡改區(qū)域一旦應(yīng)用，特別是在應(yīng)急響應(yīng)、選址分析等一些對可用區(qū)域要求嚴(yán)格的應(yīng)用場景中，將會造成極其嚴(yán)重甚至災(zāi)難性的后果。綜上所述，雖然人們目前提出了一些矢量地圖脆弱水印方法，試圖解決在認證數(shù)據(jù)完整性的同時，定位篡改的問題，但這些方法在準(zhǔn)確定位篡改區(qū)域方面還存在不足。另外，專利申請?zhí)朇N201210566500，名稱為“一種針對shp線面圖層完整性的多級認證方法”；專利申請?zhí)朇N201210189469，名稱為“一種數(shù)字矢量地圖完整性保護方法”；專利申請?zhí)朇N201210142896，名稱為“一種基于混沌映射的shp線面圖層易碎水印技術(shù)”的中國專利文件中也涉及矢量地圖完整性認證問題，但與本專利申請采用方法不同，還不能準(zhǔn)確定位篡改區(qū)域。美國專利庫中的“Alternategame-likemulti-levelauthentication”和“Authenticationmethodandsystem”與本專利申請針對內(nèi)容不同，具體方法也不同。
技術(shù)實現(xiàn)思路
提出一種矢量地圖完整性認證方法，一方面該方法將矢量地圖(線或面)圖元劃分為不同的數(shù)據(jù)單元，為每個數(shù)據(jù)單元分配關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)單元并構(gòu)建其定位信息，利用可逆信息隱藏方法實現(xiàn)認證水印的嵌入和定位信息在其關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)單元中的嵌入，并標(biāo)記每個圖元所屬的數(shù)據(jù)單元，確保準(zhǔn)確定位篡改后的數(shù)據(jù)單元并恢復(fù)未發(fā)生篡改數(shù)據(jù)單元的原始數(shù)據(jù)；另一方面，利用篡改數(shù)據(jù)單元的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)單元中存儲的定位信息，可準(zhǔn)確定位篡改數(shù)據(jù)單元的原始區(qū)域，保證矢量地圖數(shù)據(jù)的可靠應(yīng)用。實驗結(jié)果表明該方案是一種用于矢量地圖完整性認證、定位篡改區(qū)域的實用算法。矢量地圖圖元(點圖元、線圖元和面圖元)是由大量密集的頂點按照特定的順序排列而成的，地圖數(shù)據(jù)就是這些頂點的2維坐標(biāo)序列。矢量地圖脆弱水印技術(shù)是一種解決矢量地圖完整性認證、定位篡改問題的重要手段。人們當(dāng)前提出的矢量地圖脆弱水印策略在準(zhǔn)確定位篡改區(qū)域方面還存在不足。針對上述問題，本專利技術(shù)提出一種矢量地圖完整性認證方法，包括如下步驟：(1)圖元頂點分類；該步驟中，將矢量地圖(線或面)圖元的頂點劃分為兩類：標(biāo)記頂點和非標(biāo)記頂點。標(biāo)記頂點用于標(biāo)記圖元所在數(shù)據(jù)單元，非標(biāo)記頂點可嵌入認證水印和定位信息。將每個線圖元的第一個頂點和最后一個頂點視為其標(biāo)記頂點，其他頂點視為非標(biāo)記頂點；將每個面圖元的第二個頂點和倒數(shù)第二個頂點視為其標(biāo)記頂點，其他頂點視為非標(biāo)記頂點。(2)數(shù)據(jù)單元劃分；該步驟中，依據(jù)每個數(shù)據(jù)單元需嵌入的定位信息長度和認證水印長度，將原始矢量地圖劃分為若干數(shù)據(jù)單元。假設(shè)矢量地圖M包含N個(線或面)圖元，記為P1,P2,…,PN，Pj表示第j(j＝1,2,…,N)個圖元，線圖元Pj的頂點數(shù)目記為劃分的數(shù)據(jù)單元的數(shù)目為Nu(1≤Nu≤N)，第i(i＝0,1,…,Nu–1)個數(shù)據(jù)單元為Ui，數(shù)據(jù)單元序列記為數(shù)據(jù)單元Ui所含的圖元記為Pi,1,Pi,2,…,為數(shù)據(jù)單元Ui的圖元數(shù)目。(3)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)單元；該步驟中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)單元間的一一映射，使每個數(shù)據(jù)單元都有唯一存儲其定位信息的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)單元和在此數(shù)據(jù)單元中存儲定位信息的被關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)單元。具體方法為：不斷地生成隨機數(shù)對(r1,r2)(r1,r2＝0,1,…,Nu-1)，通過交換序列U中元素Ur1和Ur2的位置，實現(xiàn)序列U的置亂，得到置亂后的序列U'＝{U1',U2',…,Um'本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種矢量地圖完整性認證方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)圖元頂點分類；將矢量地圖(線或面)圖元的頂點劃分為兩類：標(biāo)記頂點和非標(biāo)記頂點，標(biāo)記頂點用于標(biāo)記圖元所在數(shù)據(jù)單元，非標(biāo)記頂點可嵌入認證水印和定位信息,將每個線圖元的第一個頂點和最后一個頂點視為其標(biāo)記頂點，其他頂點視為非標(biāo)記頂點；將每個面圖元的第二個頂點和倒數(shù)第二個頂點視為其標(biāo)記頂點，其他頂點視為非標(biāo)記頂點；(2)數(shù)據(jù)單元劃分；依據(jù)每個數(shù)據(jù)單元需嵌入的定位信息長度和認證水印長度，將原始矢量地圖劃分為若干數(shù)據(jù)單元，假設(shè)矢量地圖M包含N個(線或面)圖元，記為P1,P2,…,PN，Pj表示第j(j＝1,2,…,N)個圖元，線圖元Pj的頂點數(shù)目記為劃分的數(shù)據(jù)單元的數(shù)目為Nu(1≤Nu≤N)，第i(i＝0,1,…,Nu–1)個數(shù)據(jù)單元為Ui，數(shù)據(jù)單元序列記為數(shù)據(jù)單元Ui所含的圖元記為為數(shù)據(jù)單元Ui的圖元數(shù)目；(3)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)單元；實現(xiàn)數(shù)據(jù)單元間的一一映射，使每個數(shù)據(jù)單元都有唯一存儲其定位信息的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)單元和在此數(shù)據(jù)單元中存儲定位信息的被關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)單元，具體方法為：不斷地生成隨機數(shù)對(r1,r2)(r1,r2＝0,1,…,Nu?1)，通過交換序列U中元素Ur1和Ur2的位置，實現(xiàn)序列U的置亂，得到置亂后的序列U'＝{U1',U2',…,Um'}；依據(jù)序列U和U'，建立數(shù)據(jù)單元Ui→Ui'(i＝0,1,…,Nu?1)的一一映射，對于每一個映射關(guān)系Ui→Ui'，將數(shù)據(jù)單元Ui'視為數(shù)據(jù)單元Ui的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)單元，將Ui視為Ui'的被關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)單元，Ui的定位信息將存儲于Ui'中；(4)構(gòu)建定位信息；對于每個數(shù)據(jù)單元，依據(jù)其最小外接矩形的頂點信息，構(gòu)建其定位信息，具體方法為：計算數(shù)據(jù)單元Ui(i＝0,1,…,Nu?1)的最小外接矩形MERi＝{vi,0,vi,1,vi,2,vi,3}，其中，vi,j(xi,j,yi,j)(j＝0,1,2,3)為MERi的第j個頂點；選取MERi的3個頂點作為數(shù)據(jù)單元Ui的定位信息，記為將其關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)單元Ui'的定位信息記為其中，MERi'為Ui'的最小外接矩形；(5)生成認證水印；利用散列算法，生成步驟(2)中每個數(shù)據(jù)單元的認證水印，將數(shù)據(jù)單元Ui(i＝0,1,…,Nu?1)的認證水印記為Hi；(6)嵌入定位信息和認證水印；對于每個數(shù)據(jù)單元Ui(i＝0,1,…,Nu?1)，利用可逆信息隱藏方法，將步驟(4)生成的其被關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)單元的定位信息Qi'和步驟(5)生成的該數(shù)據(jù)單元的認證水印Hi嵌入其前Nr個非標(biāo)記頂點中，在數(shù)據(jù)單元Ui中嵌入其被關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)單元的定位信息Qi'和其認證水印Hi后，得到含水印數(shù)據(jù)單元將的含水印圖元記為(7)標(biāo)記圖元；利用步驟(6)的信息嵌入方法，在含水印數(shù)據(jù)單元的每個圖元的標(biāo)記頂點的坐標(biāo)中嵌入該數(shù)據(jù)單元的索引信息i，在每個圖元中嵌入標(biāo)記后，得到含標(biāo)記矢量地圖；(8)水印認證及原始數(shù)據(jù)恢復(fù)；依據(jù)圖元標(biāo)記及可逆信息隱藏方法，恢復(fù)矢量地圖數(shù)據(jù)并定位篡改，具體步驟如下：(8.1)識別原始圖元組；從每個圖元的標(biāo)記頂點中提取嵌入的標(biāo)記，并將標(biāo)記頂點恢復(fù)至嵌入標(biāo)記前的狀態(tài)，利用標(biāo)記識別每個數(shù)據(jù)單元的圖元，得到含水印數(shù)據(jù)單元(8.2)定位信息和認證水印提取及原始數(shù)據(jù)恢復(fù)；從每個含水印數(shù)據(jù)單元中提取其被關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)單元的定位信息和其認證水印以備其被關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)單元的原始區(qū)域定位和本數(shù)據(jù)單元的水印認證，并恢復(fù)矢量地圖原始數(shù)據(jù)，得到恢復(fù)數(shù)據(jù)后的數(shù)據(jù)單元(8.3)生成認證水印；利用步驟(5)的方法，生成每個恢復(fù)數(shù)據(jù)后的數(shù)據(jù)單元的認證水印，假設(shè)為生成的認證水印為Hi”；(8.4)水印認證；依據(jù)數(shù)據(jù)單元中提取出的水印和生成的水印Hi”，判定該數(shù)據(jù)單元是否發(fā)生篡改，若則該數(shù)據(jù)單元未發(fā)生篡改；否則，認為該組發(fā)生了篡改，并轉(zhuǎn)入步驟(8.5)定位篡改區(qū)域，(8.5)定位篡改區(qū)域；檢測數(shù)據(jù)單元的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)單元是否發(fā)生了篡改，若其關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)單元未發(fā)生篡改，則利用其關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)單元中提取的該數(shù)據(jù)單元的定位信息，計算該數(shù)據(jù)單元的原始最小外接矩形MERi，并結(jié)合該數(shù)據(jù)單元當(dāng)前最小外接矩形計算MERi和的并集，得到最終的篡改區(qū)域定位結(jié)果；否則，僅將該數(shù)據(jù)單元當(dāng)前的最小外接矩形視為篡改區(qū)域，驗證完每個數(shù)據(jù)單元的完整性后，顯示所有被篡改的數(shù)據(jù)單元區(qū)域。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種矢量地圖完整性認證方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)圖元頂點分類；將矢量地圖(線或面)圖元的頂點劃分為兩類：標(biāo)記頂點和非標(biāo)記頂點，標(biāo)記頂點用于標(biāo)記圖元所在數(shù)據(jù)單元，非標(biāo)記頂點可嵌入認證水印和定位信息,將每個線圖元的第一個頂點和最后一個頂點視為其標(biāo)記頂點，其他頂點視為非標(biāo)記頂點；將每個面圖元的第二個頂點和倒數(shù)第二個頂點視為其標(biāo)記頂點，其他頂點視為非標(biāo)記頂點；(2)數(shù)據(jù)單元劃分；依據(jù)每個數(shù)據(jù)單元需嵌入的定位信息長度和認證水印長度，將原始矢量地圖劃分為若干數(shù)據(jù)單元，假設(shè)矢量地圖M包含N個(線或面)圖元，記為P1,P2,…,PN，Pj表示第...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王娜娜，
申請(專利權(quán))人：江蘇師范大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇;32