[发明专利]一种基于顶点插入的矢量地图完整性认证方法

说明书

技术领域

本发明属于地理信息科学、信息隐藏领域，具体涉及一种基于顶点插入的矢量地图完整性认证方法。

背景技术

随着信息技术和测绘技术的快速发展，二维矢量地图数据已成为地理信息系统、智能交通运输系统、数字化城市和数字化国防建设等方面必需的保障资源。二维矢量地图数据描述的地理信息详实准确，具有巨大的经济价值和战略意义。而借助网络和地理信息处理工具，这些具有巨大经济价值的数据很容易被非法复制、篡改和传播。发生篡改的矢量地图数据，不仅会给矢量地图的精度造成损失，更会使地理信息生产者、发布者和使用者蒙受重大损失。在提供地理信息服务的同时，如何保障矢量地图数据的真实性和完整性是当前迫切需要解决的问题。

密码学中的数字签名技术能够实现矢量地图的完整性认证和真伪鉴别。但这种技术不能定位篡改位置，一旦发现数据发生改变，不管发生篡改的数据是所需数据还是非所需数据，都会认为数据遭到篡改不能使用，需要重新获取数据，增加了数据获取的时间与费用，给一些需要及时获取数据的应用场合造成不必要的延误。而且有的数字签名附在数字作品的尾部或头部同数字作品一起传输，当数字作品经过格式转换及其他操作后，其自身携带的数字签名就会丢失，致使认证失效。为弥补数字签名技术的缺陷，脆弱水印技术作为一种完整性认证的有效手段应运而生，成为近年来地理信息数字产品完整性认证领域研究的一个热点。

脆弱水印技术中，数据发送方将数字作品分割为若干部分后，为每部分数据生成相应的认证信息并将其嵌入到相应的数据中。数据接收方通过判定在每部分数据中提取到的认证信息与生成的认证信息的一致性，检测并定位篡改数据。利用脆弱水印技术定位篡改的特性，人们可以判定篡改数据是当前要需要的数据还是非所需数据，从而避免因数据重传导致的资源和时间的浪费。同时由于认证信息隐藏在数字作品中，同作品密不可分，一同传输，脆弱水印技术使得认证信息传输更为隐蔽、安全。

近年来，脆弱水印技术已在图像、视频，音频以及文本数据领域取得了相当多的研究成果。对矢量地图水印技术的研究逐步趋于成熟，但在矢量地图脆弱水印技术方面，人们取得的成果还比较少。借鉴J.Fridrich等人提出的用于图像完整性认证的可逆认证方法，邵承永等人于2005年首先提出了一种用于二维矢量地图完整性认证的可逆脆弱水印算法。该算法将矢量地图顶点划分为不同的组后，为每组生成相应的认证信息并利用Fridrich等人的可逆认证方法实现水印的嵌入。该方法能够检测到矢量地图的多种篡改操作，但不能抵抗矢量量化攻击，而且当矢量地图遭到增加顶点/图元、删除顶点/图元操作时，该方法的篡改定位能力不够强。同样利用Fridrich等人的可逆认证方法，2009年，Zheng等人结合分块的思想提出了能够定位篡改块的矢量地图可逆脆弱水印算法。这种方法能够检测篡改区域，但当矢量地图遭到顶点增加、删除攻击后，篡改定位能力依然比较差，而且如果嵌入参数选择不当，该方法不能保证对所有矢量地图都能够正确提取水印信息。随后，Zheng等人结合图元分组的思想提出定位篡改图元组的矢量地图可逆脆弱水印算法。该方法同样面临着矢量地图遭到顶点/图元增加、删除攻击后篡改定位能力不足的问题。为获取较好的篡改数据定位精度，Wang和Men提出了基于图元标记的矢量地图可逆脆弱水印方法。该方法能够精确定位篡改图元组，但还不能应用于点图元。

此外，Zhang和Gao基于DCT变换提出了一种二维矢量图形半脆弱水印算法。该方法对旋转、缩放、平移操作鲁棒，但水印的嵌入可能会影响认证阶段的顶点排序情况，进而影响其分组情况，导致水印信息无法正确提取，从而无法完成完整性认证。彭飞等人基于对数极坐标变换提出了一种二维CAD工程图的半脆弱水印方法。该方法将顶点进行分组，将用于嵌入水印的顶点映射到对数极坐标系中，并利用位替换的方法将水印信息嵌入对数极坐标中。为提高其篡改定位能力，算法在每个分组的第一条线的属性信息中做标记以确保认证阶段能够正确分组。此方案对旋转、缩放、平移操作鲁棒，但当某一组数据被删除时，篡改定位能力仍然不高。

综上所述，虽然人们目前提出了一些用于矢量地图脆弱水印方法，试图解决在认证数据完整性的同时，定位篡改的问题，但这些方法在精确定位篡改方面还存在不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够精确定位篡改区域，有效减少因无法准确检测篡改数据而导致的数据重传次数的基于顶点插入的矢量地图完整性认证方法。

本发明的目的是这样实现的：

（1）划分矢量地图区域；