一种矢量地图完整性认证方法技术

本发明专利技术提供一种矢量地图完整性认证方法。包括如下步骤：图元顶点分类；数据单元划分；关联数据单元；构建定位信息；生成认证水印；嵌入认证水印和定位信息；标记图元；水印认证及原始数据无损恢复。本发明专利技术将矢量地图（线或面）图元划分为不同的数据单元，为每个数据单元分配关联数据单元并构建其定位信息，利用可逆信息隐藏方法实现认证水印的嵌入和定位信息在其关联数据单元中的嵌入，并标记每个图元所属的数据单元，确保准确定位篡改后的数据单元并恢复未发生篡改数据单元的原始数据；另一方面，利用篡改数据单元的关联数据单元中存储的定位信息，可准确定位篡改数据单元的原始区域，保证矢量地图数据的可靠应用。

Vector map integrity authentication method

The invention provides a method for the integrity authentication of vector map. Includes the following steps: pixel vertex classification; classified data unit; Data Association unit; construction positioning information; produce watermark embedding and watermark authentication; location information; marking elements; lossless watermarking authentication and original data. The vector map (line or surface) elements divided into different data units, for each unit of data distribution association data unit and construct its location information, using reversible information realizing the embedding and positioning information in the authentication watermark embedding unit linked data hiding method, and data elements marked each primitive belongs to ensure accurate positioning, data unit tampering and restore the original data without tampering with the data unit; on the other hand, using the location information storage unit linked data tampering with the data in the unit, the original region can localize the tampered data unit, ensure the reliable application of vector map data.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及地理信息科学、信息隐藏领域，具体讲是一种矢量地图完整性认证方法。
技术介绍
地理信息处理技术和因特网的快速发展，使得矢量地图在国民经济各领域得到了广泛应用。矢量地图描述地理信息精确，但利用现有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、修改并发布这些高精度矢量数据。有效认证矢量地图的完整性和真实性，以保障矢量地图的可靠应用已成为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。目前，矢量地图脆弱水印算法已经有一些重要的研究成果，但这些研究成果以定位篡改顶点分组、图元分组为主。例如，面向非高保真应用场景，文献[1]提出的定位篡改图元分组的脆弱水印方法和文献[2-3]中容忍低幅度噪声的脆弱水印算法，和面向高保真应用场景，文献[4]提出的定位篡改图元顶点分组、文献[5]提出的定位顶点分块、文献[6]提出的定位篡改图元分组和文献[7]提出的定位图元分块的可逆脆弱水印算法。这些成果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，能够检测并定位发生篡改的数据单元。但是，这些成果还不能有效指示篡改顶点或图元的原始位置。即能够将篡改后的图元或顶点指示为篡改，而将其原始所在区域指示为可用，并不能准确定位篡改影响的所有区域。这些指示为可用的篡改区域一旦应用，特别是在应急响应、选址分析等一些对可用区域要求严格的应用场景中，将会造成极其严重甚至灾难性的后果。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区域方面还存在不足。另外，专利申请号CN201210566500，名称为“一种针对shp线面图层完整性的多级认证方法”；专利申请号CN201210189469，名称为“一种数字矢量地图完整性保护方法”；专利申请号CN201210142896，名称为“一种基于混沌映射的shp线面图层易碎水印技术”的中国专利文件中也涉及矢量地图完整性认证问题，但与本专利申请采用方法不同，还不能准确定位篡改区域。美国专利库中的“Alternategame-likemulti-levelauthentication”和“Authenticationmethodandsystem”与本专利申请针对内容不同，具体方法也不同。
技术实现思路
提出一种矢量地图完整性认证方法，一方面该方法将矢量地图(线或面)图元划分为不同的数据单元，为每个数据单元分配关联数据单元并构建其定位信息，利用可逆信息隐藏方法实现认证水印的嵌入和定位信息在其关联数据单元中的嵌入，并标记每个图元所属的数据单元，确保准确定位篡改后的数据单元并恢复未发生篡改数据单元的原始数据；另一方面，利用篡改数据单元的关联数据单元中存储的定位信息，可准确定位篡改数据单元的原始区域，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、定位篡改区域的实用算法。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在准确定位篡改区域方面还存在不足。针对上述问题，本专利技术提出一种矢量地图完整性认证方法，包括如下步骤：(1)图元顶点分类；该步骤中，将矢量地图(线或面)图元的顶点划分为两类：标记顶点和非标记顶点。标记顶点用于标记图元所在数据单元，非标记顶点可嵌入认证水印和定位信息。将每个线图元的第一个顶点和最后一个顶点视为其标记顶点，其他顶点视为非标记顶点；将每个面图元的第二个顶点和倒数第二个顶点视为其标记顶点，其他顶点视为非标记顶点。(2)数据单元划分；该步骤中，依据每个数据单元需嵌入的定位信息长度和认证水印长度，将原始矢量地图划分为若干数据单元。假设矢量地图M包含N个(线或面)图元，记为P1,P2,…,PN，Pj表示第j(j＝1,2,…,N)个图元，线图元Pj的顶点数目记为划分的数据单元的数目为Nu(1≤Nu≤N)，第i(i＝0,1,…,Nu–1)个数据单元为Ui，数据单元序列记为数据单元Ui所含的图元记为Pi,1,Pi,2,…,为数据单元Ui的图元数目。(3)关联数据单元；该步骤中，实现数据单元间的一一映射，使每个数据单元都有唯一存储其定位信息的关联数据单元和在此数据单元中存储定位信息的被关联数据单元。具体方法为：不断地生成随机数对(r1,r2)(r1,r2＝0,1,…,Nu-1)，通过交换序列U中元素Ur1和Ur2的位置，实现序列U的置乱，得到置乱后的序列U'＝{U1',U2',…,Um'本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矢量地图完整性认证方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)图元顶点分类；将矢量地图(线或面)图元的顶点划分为两类：标记顶点和非标记顶点，标记顶点用于标记图元所在数据单元，非标记顶点可嵌入认证水印和定位信息,将每个线图元的第一个顶点和最后一个顶点视为其标记顶点，其他顶点视为非标记顶点；将每个面图元的第二个顶点和倒数第二个顶点视为其标记顶点，其他顶点视为非标记顶点；(2)数据单元划分；依据每个数据单元需嵌入的定位信息长度和认证水印长度，将原始矢量地图划分为若干数据单元，假设矢量地图M包含N个(线或面)图元，记为P1,P2,…,PN，Pj表示第j(j＝1,2,…,N)个图元，线图元Pj的顶点数目记为划分的数据单元的数目为Nu(1≤Nu≤N)，第i(i＝0,1,…,Nu–1)个数据单元为Ui，数据单元序列记为数据单元Ui所含的图元记为为数据单元Ui的图元数目；(3)关联数据单元；实现数据单元间的一一映射，使每个数据单元都有唯一存储其定位信息的关联数据单元和在此数据单元中存储定位信息的被关联数据单元，具体方法为：不断地生成随机数对(r1,r2)(r1,r2＝0,1,…,Nu‑1)，通过交换序列U中元素Ur1和Ur2的位置，实现序列U的置乱，得到置乱后的序列U'＝{U1',U2',…,Um'}；依据序列U和U'，建立数据单元Ui→Ui'(i＝0,1,…,Nu‑1)的一一映射，对于每一个映射关系Ui→Ui'，将数据单元Ui'视为数据单元Ui的关联数据单元，将Ui视为Ui'的被关联数据单元，Ui的定位信息将存储于Ui'中；(4)构建定位信息；对于每个数据单元，依据其最小外接矩形的顶点信息，构建其定位信息，具体方法为：计算数据单元Ui(i＝0,1,…,Nu‑1)的最小外接矩形MERi＝{vi,0,vi,1,vi,2,vi,3}，其中，vi,j(xi,j,yi,j)(j＝0,1,2,3)为MERi的第j个顶点；选取MERi的3个顶点作为数据单元Ui的定位信息，记为将其关联数据单元Ui'的定位信息记为其中，MERi'为Ui'的最小外接矩形；(5)生成认证水印；利用散列算法，生成步骤(2)中每个数据单元的认证水印，将数据单元Ui(i＝0,1,…,Nu‑1)的认证水印记为Hi；(6)嵌入定位信息和认证水印；对于每个数据单元Ui(i＝0,1,…,Nu‑1)，利用可逆信息隐藏方法，将步骤(4)生成的其被关联数据单元的定位信息Qi'和步骤(5)生成的该数据单元的认证水印Hi嵌入其前Nr个非标记顶点中，在数据单元Ui中嵌入其被关联数据单元的定位信息Qi'和其认证水印Hi后，得到含水印数据单元将的含水印图元记为(7)标记图元；利用步骤(6)的信息嵌入方法，在含水印数据单元的每个图元的标记顶点的坐标中嵌入该数据单元的索引信息i，在每个图元中嵌入标记后，得到含标记矢量地图；(8)水印认证及原始数据恢复；依据图元标记及可逆信息隐藏方法，恢复矢量地图数据并定位篡改，具体步骤如下：(8.1)识别原始图元组；从每个图元的标记顶点中提取嵌入的标记，并将标记顶点恢复至嵌入标记前的状态，利用标记识别每个数据单元的图元，得到含水印数据单元(8.2)定位信息和认证水印提取及原始数据恢复；从每个含水印数据单元中提取其被关联数据单元的定位信息和其认证水印以备其被关联数据单元的原始区域定位和本数据单元的水印认证，并恢复矢量地图原始数据，得到恢复数据后的数据单元(8.3)生成认证水印；利用步骤(5)的方法，生成每个恢复数据后的数据单元的认证水印，假设为生成的认证水印为Hi”；(8.4)水印认证；依据数据单元中提取出的水印和生成的水印Hi”，判定该数据单元是否发生篡改，若则该数据单元未发生篡改；否则，认为该组发生了篡改，并转入步骤(8.5)定位篡改区域，(8.5)定位篡改区域；检测数据单元的关联数据单元是否发生了篡改，若其关联数据单元未发生篡改，则利用其关联数据单元中提取的该数据单元的定位信息，计算该数据单元的原始最小外接矩形MERi，并结合该数据单元当前最小外接矩形计算MERi和的并集，得到最终的篡改区域定位结果；否则，仅将该数据单元当前的最小外接矩形视为篡改区域，验证完每个数据单元的完整性后，显示所有被篡改的数据单元区域。...

【技术特征摘要】
1.一种矢量地图完整性认证方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)图元顶点分类；将矢量地图(线或面)图元的顶点划分为两类：标记顶点和非标记顶点，标记顶点用于标记图元所在数据单元，非标记顶点可嵌入认证水印和定位信息,将每个线图元的第一个顶点和最后一个顶点视为其标记顶点，其他顶点视为非标记顶点；将每个面图元的第二个顶点和倒数第二个顶点视为其标记顶点，其他顶点视为非标记顶点；(2)数据单元划分；依据每个数据单元需嵌入的定位信息长度和认证水印长度，将原始矢量地图划分为若干数据单元，假设矢量地图M包含N个(线或面)图元，记为P1,P2,…,PN，Pj表示第...

【专利技术属性】
技术研发人员：王娜娜，
申请(专利权)人：江苏师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32