[发明专利]定位篡改图元组的矢量地图完整性认证方法

说明书

本发明提供一种定位篡改图元组的矢量地图完整性认证方法。包括如下步骤：图元顶点分类；基于模拟退火方法的图元组自适应划分；生成认证水印；嵌入认证水印；标记图元；水印认证及原始数据无损恢复。本发明将利用模拟退火方法，将矢量地图图元自适应地划分为不同的组，考虑矢量地图的精度误差容限的前提下，采用可逆信息隐藏方法实现认证水印和图元组别信息的嵌入，确保准确定位篡改图元的同时，具有较好不可见性，而且无需额外存储空间；另一方面该算法在水印认证阶段，不仅能够准确定位篡改图元组，还能够在认证完整性后，无损恢复矢量地图原始数据，保证矢量地图数据的可靠应用。

技术领域

本发明涉及地理信息科学、信息隐藏领域，具体讲是一种定位篡改图元组的矢量地图完整性认证方法。

背景技术

随着地理信息处理技术和通信技术的快速发展，矢量地图在导航、城市规划、交通运输、地籍管理等领域得到了广泛应用。获取高精度的矢量地图数据需耗费大量的人力物力，而借助于强大的地理信息处理工具和公共网络，人们可以方便快捷地复制、修改并发布这些矢量数据。如何认证矢量地图的完整性和真实性，保障矢量地图的安全应用是当前迫切需要解决的问题。

矢量地图脆弱水印方法是认证数据完整性的有效方法。通过将原始矢量地图划分为若干数据单元(如顶点分组、图元分组)，为每个数据单元生成相应的认证水印(如数字签名、消息摘要)并嵌入在其中，篡改发生后，通过对比每个数据单元中提取的认证水印同再次生成的认证水印，矢量地图脆弱水印方法能够检测并定位发生篡改的数据单元。

当前，人们在矢量地图脆弱水印方面的研究已经取得了一些研究成果。邵承永等人于2005年首先给出了一种定位篡改顶点的可逆脆弱水印算法。该算法能检测矢量地图是否发生篡改，但定位增加/删除顶点攻击的能力还有待加强。Zheng和You进一步提出了一种定位篡改顶点分块的可逆脆弱水印算法。但当篡改的顶点移出其原始分块后，可能会影响篡改检测阶段的顶点分块的划分，导致篡改定位能力的下降。基于图元标记的思想，Wang和Men设计了一种定位篡改图元分组的可逆脆弱水印算法。由于图元分组中的图元数目依赖于人工设定，未充分利用每个顶点的嵌入空间，该方法的篡改定位能力不强。Wang和Men提出一种定位篡改块的矢量地图可逆脆弱水印方案。该方案定位篡改图元块的同时，能够获取高质量的含水印矢量地图。但由于块内的图元数目不易控制，该方法不适合应用于更高篡改定位精度的场合。结合混沌映射技术，李莎莎等人提出了一种定位篡改图元分组的脆弱水印方法。基于量化的思想，研究学者提出了定位篡改顶点的脆弱水印算法。这两种方法能够准确定位修改或增加的顶点，但定位增加/删除图元攻击的能力不够强。Yue等人提出了一种定位图元分组的脆弱水印方法。该方法能够准确定位增加或修改的图元，但还不能准确定位删除的图元。

综上所述，虽然人们目前提出了一些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，但这些方法在准确定位篡改图元方面还存在不足。

发明内容

提出一种定位篡改图元组的矢量地图完整性认证方法，一方面该方法利用模拟退火方法，将矢量地图图元自适应地划分为不同的组，考虑矢量地图的精度误差容限的前提下，采用可逆信息隐藏方法实现认证水印和图元组别信息的嵌入，确保准确定位篡改图元的同时，具有较好不可见性，而且无需额外存储空间；另一方面该算法在水印认证阶段，不仅能够准确定位篡改图元组，还能够在认证完整性后，无损恢复矢量地图原始数据，保证矢量地图数据的可靠应用。实验结果表明该方案是一种用于矢量地图完整性认证、定位篡改的实用算法。

矢量地图图元(点图元、线图元和面图元)是由大量密集的顶点按照特定的顺序排列而成的，地图数据就是这些顶点的2维坐标序列。矢量地图脆弱水印技术是一种解决矢量地图完整性认证、定位篡改问题的重要手段。人们当前提出的矢量地图脆弱水印策略能够达到认证数据完整性和真实性的目标，但这些策略在准确定位篡改图元方面还存在不足。针对上述问题，本发明提出定位篡改图元组的矢量地图完整性认证方法，包括如下步骤：

(1)图元顶点分类；