[发明专利]用于公开验证所有权的鲁棒地理数据水印方法

说明书

技术领域

本发明属于数据安全领域，特别是涉及一种可公开验证所有权的鲁棒地理数据水印方法。

背景技术

地理数据是地理信息系统的基础，绝大部分GIS应用都离不开地理数据(本发明关注矢量地理数据类型，包括点、线、面三种要素)。而构建和维护地理数据是一项复杂工程，它包括数据的采集、数字化、矢量化、规范化、结构化及数据管理维护等过程，这些过程离不开专业的技术人才和设备，需耗费大量的物力和财力。因此，地理数据是数据生产者的宝贵财富。但由于其电子数据特性，非常容易被拷贝，一旦地理数据被出售，非法拷贝就难以避免，这损害了数据生产者的利益，严重情况下可能危及国家信息安全。众所周知，数字水印技术可用来保护数字产品的知识产权，它通过轻微修改原始数据，将版权信息隐藏在原始数据中。

针对地理数据版权保护问题，近年来国内外学者提出了许多地理数据水印方法，较好地实现地理数据的版权保护。但存在以下不足：

（1）综合鲁棒性有待提高。

水印算法鲁棒性是水印信息在遭受水印攻击操作下的存活能力。水印攻击通常是在确保数据可用性的前提下，以删除或破坏水印信息为目的，对水印化数据实施数据操作或变换等。常见的地理数据水印攻击方式包括3类：几何攻击、顶点攻击和元组攻击。几何攻击是针对地理数据库坐标系的攻击方式，包括3种：平移、旋转和缩放，通常引起顶点坐标发生较大改变；元组攻击是针对元组粒度的攻击方式，包括3种：元组删除(裁剪)、元组增加和元组修改；顶点攻击是针对顶点粒度的攻击方式，包括3种：顶点删除(化简)、顶点修改(噪音扰动)和顶点插入(顶点插值)。化简通常采用道格拉斯-普克算法删除地理对象中一些不重要的顶点；噪音扰动主要来自日常的地理数据操作如格式转换，或攻击者有意添加少量噪音引起顶点坐标发生轻微改变。顶点插值是通过曲线拟合的方式向地理对象上添加一些不重要的顶点。一般来说，噪音攻击和顶点插值攻击的幅度小于数据精度。地理数据水印算法鲁棒性通常是指水印算法抵抗以上3类（9种）攻击的能力。目前地理数据水印算法大多擅长抵抗某几种攻击，国内外尚无地理数据水印方法能同时抵抗这3类攻击。

（2）难以公开、重复验证地理数据所有权

现有地理数据水印技术都属于私有水印，即水印检测依赖秘密参数（由于密钥是一种最重要的秘密参数，因此下文以密钥代替秘密参数），只有那些掌握密钥的人，如数据所有者或者被授权的人才能检测水印信息并证明地理数据的版权信息。一旦出现版权纠纷，为了申明版权，密钥必须公开。密钥一旦公开就不可避免被不诚实的人掌握并可能用于破坏或删除其他水印数据版本的水印信息，甚至嵌入无关的版权信息，导致版权保护失效，这样会给地理数据所有者带来巨大的经济损失。另外，数据使用者作为终端用户，希望在购买或使用数据之前能方便地验证数据来源，以确保其使用的数据是正确的、合法的。由于水印检测密钥对于数据使用者是保密的，因此，现有地理数据水印方法很难公开、可重复地验证地理所有权，这在很大程度上挫伤了数据使用者购买和使用该数据的积极性和信心。

（3）水印嵌入导致地理数据失真

现有大多地理数据水印方法通过在数据精度范围内轻微修改原始数据来嵌入水印信息。虽然因水印嵌入导致的数据修改幅度较小，但同时也降低了地理数据的质量。

发明内容

为了克服现有地理数据水印方法综合鲁棒性不高、不能有效支持公开验证所有权以及水印嵌入导致地理数据质量降低的缺陷，本发明提供一种可公开验证所有权的、鲁棒地理数据水印方法。

本发明所采用的技术方案是一种用于公开验证所有权的鲁棒地理数据水印方法，包括水印嵌入过程和水印检测过程，

所述水印嵌入过程包括以下步骤，

步骤A1，设地理数据集D中包括n个地物P₁,P₂,…,P_n，对于原始的地理数据集D中每个地物P_i，i的取值为1,2,…,n，分别计算出一个相应的地物标识PID_i；

步骤A2，将地理数据集D中所有地物划分为m个分组{G₁,G₂,…,G_m}，

划分实现方式为，对于任意地物P_i，以相应地物标识PID_i作为种子构造伪随机数发生器R，取其整数序列的第一个整数，记为firstInteger(R)，对分组数m取模划分如下，

grpNum＝firstInteger(R)modm    (式一)