[发明专利]一种基于地理信息产品特征的加密方法

说明书

技术领域

本发明涉及密码学、混沌理论、信息安全、地理信息系统和数字图像处理领域，是一种对数字矢量地图进行加密的方法。

背景技术

近年来，地理信息系统(GIS)正飞速地由理论研究走向实用化和产业化，在众多领域中都有广泛地应用。地理信息系统是一种专门用于管理地理空间分布数据的计算机信息系统，具有采集、存储、管理、分析和输出地理信息的多种能力。数字矢量地图是GIS中一个必不可少的部分，具有精度高、支持高质量缩放、定位准确、操作方便、更新便捷等多种优势，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，它克服了纸质地图查询速度慢、存储不方便、绘图精度低等缺点，是整个系统的基石。但是，数字矢量地图始终面临着被非法复制、人为泄露等安全问题，一旦发生数据泄露会严重损害地图所有者的合法利益，甚至会对国防建设产生重大负面影响，保护数字矢量地图的安全使其不被窃取是迫切需要解决的问题。一方面制作一幅数字矢量地图的代价极其昂贵，每个国家都会花费大量的人力和财力来制作本国某个地区的矢量地图，而包含敏感区域的大比例尺数字矢量地图是国家机密文件不能对外泄露。另一方面国家又希望最大程度地挖掘矢量地图的使用价值，所以希望对大比例尺的数字矢量地图进行安全保密处理，保证矢量地图的安全性。

依据本课题的研究目标和研究内容，通过对比国内外关于地理信息数据加密的解决方案，充分分析传统混沌系统加密方案，发现传统混沌系统加密方案有以下缺点：第一，使用单一密钥信息对过长明文加密，密钥流的随机性会有所下降，会降低混沌系统加密方案的安全性；第二，使用单一密钥信息加密大量明文，密钥流与明文的变化无关，如果破译者获得了大量对应的明文密文对，便会增大混沌系统加密方案被破解风险。针对以上缺点，本加密方案对混沌理论、流加密和置换加密等理论与方法进行了改进，针对地理信息数据中的空间数据、属性数据和影像数据特征，提出了基于地理信息产品特征的加密方法，保证各种地理信息数据的安全。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于对数字矢量地图进行加密保护的方法。

本发明的目的是这样实现的：

(1)选择要加密的地理信息数据格式，根据不同数据的特征确定需要加密的数据部分；

(2)启动混沌系统A、混沌系统B和选择函数；

(3)当混沌系统A、混沌系统B分别达到混沌状态以后，进行同步，即混沌系统A、混沌系统B同时各自生成一个混沌序列数；

(4)使用选择函数对混沌系统A、混沌系统B生成的混沌序列数进行选择，选中的序列数即为密钥流的当前类随机数；

(5)重复步骤(4)直至生成所需长度的密钥流，停止混沌系统A、混沌系统B以及选择函数；

(6)如果加密数据是空间数据和影像数据，使用密钥流与明文数据进行异或流加密；如果是属性数据，按记录条数的多少进行流加密或者置换加密。

混沌系统包括：

(2.1)随机生成混沌系统的初值X₀、参数u、迭代次数n、每次迭代生成的混沌序列个数count，其中X₀、u是混沌系统的初始值和参数，n代表混沌系统迭代n次以后才开始进行截取，count表示截取count个序列数；

(2.2)启动Logistic映射，迭代n次以后截取count个序列数；

(2.3)截取当前密文小数点后2、3、4位替换X₀、u小数点后相应位；截取当前密文小数点后3、4位，作为随机函数初值进行随机选取，生成的整数替换n；当前密文小数点后4、5位，作为随机函数初值进行随机选取，生成的整数替换count；

(2.4)用步骤(3)生成的密钥信息重新启动混沌系统重复步骤(2)，不断进行迭代，直至生成所需要的密钥流长度为止。

混沌系统是Logistic映射。

选择函数是使用RC4流加密方法进行选择。

本发明的有益效果在于：

本发明提出一种基于地理信息产品特征的加密方法，针对地理信息数据的空间特征、属性特征及影像数据特征，采用改进Logistic映射和RC4方法的流加密方法对地理信息数据进行加密。对比已有的矢量地图加密方法，本发明具有以下优点：

第一，特征数据加密方法加密时不改变地理信息文件数据结构，保证了数据特征加密之后文件可被相关软件打开但数据无实际意义。而传统的加密方法加密之后地理信息文件不能被相关软件打开查看。

第二，本方案在安全性方面，主要具有以下优点：