用于公开验证所有权的鲁棒地理数据水印方法技术

本发明专利技术提供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对于原始的地理数据集中每个地物分别计算出一个相应的地物标识，将地物划分分组，将版权信息块分别隐藏到分组中，为各分组分别生成一个对应的验证向量集，将验证向量集作为公钥随同地理数据集的产品一起发布；所述水印嵌入过程包括生成临时公钥，依据临时公钥和公钥计算用户版权信息，将提取出的用户版权信息和公开发布的版权信息进行比较，如果相同则能申明该数据版权，否则不能。本发明专利技术能有效抵抗常见的地理数据水印攻击方式，且水印检测时无需密钥，可公开、重复验证数据所有权。该方法不会修改原始数据，不会降低原始数据的质量。

【技术实现步骤摘要】
用于公开验证所有权的鲁棒地理数据水印方法
本专利技术属于数据安全领域，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。
技术介绍
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(本专利技术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。
技术实现思路
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，本专利技术提供一种可公开验证所有权的、鲁棒地理数据水印方法。本专利技术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,…,Pn，对于原始的地理数据集D中每个地物Pi，i的取值为1,2,…,n，分别计算出一个相应的地物标识PIDi；步骤A2，将地理数据集D中所有地物划分为m个分组{G1,G2,…,Gm}，划分实现方式为，对于任意地物Pi，以相应地物标识PIDi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)其中，PIDi为地物标识，地物Pi被划分到第grpNum个分组中，每个分组中平均包含V=n/m个地物；步骤A3，设版权信息W={W1,W2,…,Wm}，将版权信息块Wj分别隐藏到分组Gj中，j=1,2,…,m，为各分组G1,G2,…,Gm分别生成一个对应的验证向量集，最终生成与地理数据集对应的验证向量集B(b1,b2,…bn)，b1,b2,…bn是与地物P1,P2,…,Pn分别相应的验证向量，将B(b1,b2,…bn)作为公钥随同地理数据集D的产品一起发布；隐藏方式为，设对某分组Gj中任意地物Pjv，将生成一个对应的验证向量bjv；验证向量bjv包括向量标识和验证位串，其中向量标识bjv.ID和地物Pjv的地物标识PIDjv相同，地物Pjv的验证位串bjv.bs根据地物Pjv和版权信息块Wj计算如下，(式二)其中，len为哈希值长度；所述水印嵌入过程包括以下步骤，步骤B1，设有待验证版权的地理数据集D’中包括n’个地物，生成临时公钥A(a1,a2,…,an’)，a1,a2,…,an’是与地理数据集D’中n’个地物分别相应的临时验证向量，生成临时验证向量的实现方式为，对于地理数据集D’中每个地物Pi，i的取值为1,2,…,n’，分别计算出一个相应的地物标识PIDi；令临时验证向量ai中向量标识ai.ID=PIDi，临时验证向量ai中验证位串ai.bs=hash(PIDi,len)；步骤B2，依据临时公钥A(a1,a2,…,an’)和公钥B(b1,b2,…bn)计算用户版权信息W’，包括以下子步骤，步骤B2.1，找出临时公钥A(a1,a2,…,an’)和公钥B(b1,b2,…bn)中向量标识相同的相应向量，构造验证向量对；步骤B2.2，将验证向量对进行分组，分组实现方式为，设有验证向量对(bi,ai)，以向量对的一个向量标识作为种子构造伪随机数发生器R，取其整数序列中第一个整数记为firstInteger(R)，计算grpNum=firstInteger(R)modm，grpNum为该验证向量对所属的分组号；步骤B2.3，按验证向量分组提取版权信息，设第j个验证向量分组VVGj包含V’个验证向量对，j=1,2,…,m，设VVGj中有某验证向量对(bjv,ajv)，相应隐藏的版权信息twjv通过两个验证向量的验证位串bjv.bs、ajv.bs的异或操作求取如下，(式三)遍历VVGj中所有的验证向量对，得到一组版权信息TWj={twj1,twj2,…,twjV’}，对TWj中二进制串遵循少数服从多数原则按位进行投票，得到验证向量分组VVGj对应的版权信息块Wj’；步骤B2.4，将每个验证向量分组相应的版权信息块W1’,W2’,…,Wm’进行合并，得到检测出的用户版权信息W’；步骤B3，验证版权信息，包括将提取出的用户版权信息W’和公开发布的版权信息W进行比较，如果相同则能申明该数据版权，否则不能。而且，步骤A1和步骤B1中，计算地物Pi的相应地物标识PIDi的实现方式如下，1）对于任意地本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于公开验证所有权的鲁棒地理数据水印方法，其特征在于：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,…,Pn，对于原始的地理数据集D中每个地物Pi，i的取值为1,2,…,n，分别计算出一个相应的地物标识PIDi；步骤A2，将地理数据集D中所有地物划分为m个分组{G1,G2,…,Gm}，划分实现方式为，对于任意地物Pi，以相应地物标识PIDi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)其中，PIDi为地物标识，地物Pi被划分到第grpNum个分组中，每个分组中平均包含V=n/m个地物；步骤A3，设版权信息W={W1,W2,…,Wm}，将版权信息块Wj分别隐藏到分组Gj中，j=1,2,…,m，为各分组G1,G2,…,Gm分别生成一个对应的验证向量集，最终生成与地理数据集对应的验证向量集B(b1,b2,…bn)，b1,b2,…bn是与地物P1,P2,…,Pn分别相应的验证向量，将B(b1,b2,…bn)作为公钥随同地理数据集D的产品一起发布；隐藏方式为，设对某分组Gj中任意地物Pjv，将生成一个对应的验证向量bjv；验证向量bjv包括向量标识和验证位串，其中向量标识bjv.ID和地物Pjv的地物标识PIDjv相同，地物Pjv的验证位串bjv.bs根据地物标识PIDjv和版权信息块Wj计算如下，bjv.bs=hash(PIDjv,len)⊗Wj]]>(式二)其中，len为哈希值长度；所述水印检测过程包括以下步骤，步骤B1，设有待验证版权的地理数据集D’中包括n’个地物，生成临时公钥A(a1,a2,…,an’)，a1,a2,…,an’是与地理数据集D’中n’个地物分别相应的临时验证向量，生成临时验证向量的实现方式为，对于地理数据集D’中每个地物Pi，i的取值为1,2,…,n’，分别计算出一个相应的地物标识PIDi；令临时验证向量ai中向量标识ai.ID=PIDi，临时验证向量ai中验证位串ai.bs=hash(PIDi,len)；步骤B2，依据临时公钥A(a1,a2,…,an’)和公钥B(b1,b2,…bn)计算用户版权信息W’，包括以下子步骤，步骤B2.1，找出临时公钥A(a1,a2,…,an’)和公钥B(b1,b2,…bn)中向量标识相同的相应向量，构造验证向量对；步骤B2.2，将验证向量对进行分组，分组实现方式为，设有验证向量对(bi,ai)，以向量对的一个向量标识作为种子构造伪随机数发生器R，取其整数序列中第一个整数记为firstInteger(R)，计算grpNum=firstInteger(R)modm，grpNum为该验证向量对所属的分组号；步骤B2.3，按验证向量分组提取版权信息，设第j个验证向量分组VVGj包含V’个验证向量对，j=1,2,…,m，设VVGj中有某验证向量对(bjv,ajv)，相应隐藏的版权信息twjv通过两个验证向量的验证位串bjv.bs、ajv.bs的异或操作求取如下，twjv=bjv.bs⊗ajv.bs]]>(式三)遍历VVGj中所有的验证向量对，得到一组版权信息TWj={twj1,twj2,…,twjV’}，对TWj中二进制串遵循“少数服从多数”原则按位进行投票，得到验证向量分组VVGj对应的版权信息块Wj’；步骤B2.4，将每个验证向量分组相应的版权信息块W1’,W2’,…,Wm’进行合并，得到检测出的用户版权信息W’；步骤B3，验证版权信息，包括将提取出的用户版权信息W’和公开发布的版权信息W进行比较，如果相同则能申明该数据版权，否则不能。...

【技术特征摘要】
1.一种用于公开验证所有权的鲁棒地理数据水印方法，其特征在于：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,…,Pn，对于原始的地理数据集D中每个地物Pi，i的取值为1,2,…,n，分别计算出一个相应的地物标识PIDi；步骤A2，将地理数据集D中所有地物划分为m个分组{G1,G2,…,Gm}，划分实现方式为，对于任意地物Pi，以相应地物标识PIDi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)其中，PIDi为地物标识，地物Pi被划分到第grpNum个分组中，每个分组中平均包含V＝n/m个地物；步骤A3，设版权信息W＝{W1,W2,…,Wm}，将版权信息块Wj分别隐藏到分组Gj中，j＝1,2,…,m，为各分组G1,G2,…,Gm分别生成一个对应的验证向量集，最终生成与地理数据集对应的验证向量集B(b1,b2,…bn)，b1,b2,…bn是与地物P1,P2,…,Pn分别相应的验证向量，将B(b1,b2,…bn)作为公钥随同地理数据集D的产品一起发布；隐藏方式为，设对某分组Gj中任意地物Pjv，将生成一个对应的验证向量bjv，v的取值为1,2,…,V；验证向量bjv包括向量标识和验证位串，其中向量标识bjv.ID和地物Pjv的地物标识PIDjv相同，地物Pjv的验证位串bjv.bs根据地物标识PIDjv和版权信息块Wj计算如下，其中，len为哈希值长度；所述水印检测过程包括以下步骤，步骤B1，设有待验证版权的地理数据集D’中包括n’个地物，生成临时公钥A(a1,a2,…,an’)，a1,a2,…,an’是与地理数据集D’中n’个地物分别相应的临时验证向量，生成临时验证向量的实现方式为，对于地理数据集D’中每个地物Pi，i的取值为1,2,…,n’，分别计算出一个相应的地物标识PIDi；令临时验证向量ai中向量标识ai.ID＝PIDi，临时验证向量ai中验证位串ai.bs＝hash(PIDi,len)；步骤B2，依据临时公钥A...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪传建，隋莉莉，程莉，赵庆展，尹小君，李伟，
申请(专利权)人：石河子大学，
类型：发明
国别省市：新疆;65