本发明专利技术公开了一种基于秘密共享的矢量地理数据交换密码可逆水印方法，属于数字水印领域，包括以下步骤：构建矢量地理数据加密特征域和水印特征域；在加密特征域上，构建矢量地理数据的CRT(k,n)门限秘密共享模型，将矢量地理数据加密成n份密文份额；收集至少k份密文份额后重构矢量地理数据明文；在水印特征域上嵌入可逆水印；基于水印特征域的水印提取及原始数据恢复。本发明专利技术的加密操作和水印嵌入操作在顺序上是可交换的，明文重构操作和水印提取及数据恢复操作在顺序上也是可交换的，并且本发明专利技术所公开的方法，对几何变换攻击具有鲁棒性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及数字水印领域，特别涉及一种基于秘密共享的矢量地理数据交换密码可逆水印方法。
技术介绍
1、加密技术可以保护数据内容不被非授权用户读取，可以应用于地理空间数据的云端存储中。传统的加密方法，比如高级加密标准（aes）、数据加密标准（des）等，只能将地理空间数据加密成一份密文。解密时只需收集一份密文即可解密。对于高敏感性的地理空间数据来说，安全性略显不足。
2、数字水印通过在数据中嵌入版权或用户等标识信息来保护数据的所有权。可逆水印，不仅能在数据中嵌入水印，而且在提取水印时能恢复原始数据，非常适合用于对数据精度要求很高的地理空间数据的版权保护。
3、为了让数据既能以密文状态存储于云端，同时其数据版权又能得到保护，加密和水印的联合方案得到不同学者的关注。其中，加密和水印的操作顺序可互换的交换密码水印（commutative encryption and watermarking, cew），因加密和水印的灵活结合方式，可应用于很多不同场景，得到不少学者的青睐。不过，已有cew方法都不可逆，不适用于对数据精度要求很高的矢量地理数据。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种算法简单、鲁棒性好的基于秘密共享的矢量地理数据交换密码可逆水印方法。
2、本专利技术解决上述技术问题的技术方案是：一种基于秘密共享的矢量地理数据交换密码可逆水印方法，包括以下步骤：
3、s1：构建矢量地理数据加密特征域和水印特征域；
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p>4、s2：在加密特征域上，构建矢量地理数据的crt(k,n)门限秘密共享模型，将矢量地理数据加密成n份密文份额；5、s3：收集至少k份密文份额后重构矢量地理数据明文；
6、s4：在水印特征域上嵌入可逆水印；
7、s5：基于水印特征域的水印提取及原始数据恢复。
8、上述基于秘密共享的矢量地理数据交换密码可逆水印方法，所述s1的具体步骤为：
9、s11：构建矢量地理数据的量化极坐标；
10、s12：取量化极径和量化极角的整数部分构成顶点的加密特征，为极径加密特征，为极角加密特征；取和的小数部分构成顶点的水印特征，为极径水印特征，为极角水印特征，即有，；所有顶点的加密特征集合构成加密特征域，水印特征集合构成水印特征域；s2和s3的加密和解密操作及s4和s5的水印嵌入和提取操作分别在加密特征域和水印特征域上进行。
11、上述基于秘密共享的矢量地理数据交换密码可逆水印方法，所述步骤s11中，矢量地理数据的量化极坐标的构建过程如下：
12、s111：确定极坐标系参考框架，将地图顶点坐标变换到极坐标系下：基于密钥key从矢量地图的特征点集中选取若干特征点；将所选特征点分成两个集合，并计算两个集合的几何平均中心，分别记为、是几何中心的横坐标，是几何中心的纵坐标；、的位置只受所选取若干特征点的共同影响，性质稳定，因此基于、所构建的极坐标系也稳定，不会轻易受到攻击影响；以为极点，射线为极轴，逆时针为正向，构建极坐标系，然后将顶点坐标变换到极坐标 ，是顶点的横坐标和纵坐标，是顶点的极径和极角
13、s112：分别确定极角的量化步长和极径的量化步长，将极坐标量化成量化极坐标，量化公式如下：
14、 （1）
15、和的取值要求小于数据精度容忍度，其中，，为量化步长适配因子，通过调整的大小来调整的大小，使得的大小满足要求。
16、上述基于秘密共享的矢量地理数据交换密码可逆水印方法，所述s2具体步骤为：
17、s21：共享模型参数设置：基于crt进行地图(k,n)门限秘密共享的关键是设置一组满足特定条件的互质整数序列，且有， ，并且满足下式：
18、（2）
19、式（2）确保了序列是一个围绕在左右的紧凑型互质整数序列，这个条件是实现crt(k,n)门限功能的充分条件，即当序列满足式（2）时，在crt秘密共享模型中，如果收集至少k份密文份额，则可恢复原始秘密；如果收集的密文份额数少于k份，则无法得到原始秘密的任何信息；
20、s22：加密特征空间和共享密文份额空间定义：定义极径加密特征的空间为，其第个共享密文份额的空间为，；
21、s23：加密特征的共享加密：在共享加密时，随机生成一整数，使得中间数小于，则的n个密文份额如下式生成：
22、（3）
23、上式中， 为的第个共享密文份额，表示取模运算；
24、s24：顶点i的极角加密特征的共享加密方法与极径加密特征的共享加密方法相同；通过对顶点的极径加密特征和极角加密特征的共享加密运算后，得到顶点的n个共享密文特征；
25、s25：得到顶点的n个极坐标密文份额，表示顶点的第个密文份额；进一步，将极坐标密文转换成原始坐标系下的密文，记为，上标e表示密文；
26、s26：对所有顶点处理完毕得到整个地图的n个密文份额；令整个地图的第个密文份额记为，为整个地图的顶点数量；最终，地图的个密文份额分别存储于个存储与处理中心。
27、上述基于秘密共享的矢量地理数据交换密码可逆水印方法，所述s3的具体步骤为：
28、s31：当收集至少k份地图密文份额时，；，可重构出明文地图；首先将中的顶点坐标转换为极坐标 ；然后基于极坐标构建加密特征域和水印特征域，为第个地图密文份额中顶点的极径加密特征；
29、s32：当收集到至少k份地图密文份额时，构建如下同余系统：
30、 （4）
31、根据crt可知，上述同余系统中在模下有唯一解，又因为，，因此，基于crt求解出的的解即为原始解；
32、s33：恢复后，有，采用相同的方法恢复极角加密特征，因此顶点的明文极坐标恢复为，其中，，，，转换到原始坐标系下得到，明文地图，为地图的顶点数量。
33、上述基于秘密共享的矢量地理数据交换密码可逆水印方法，所述s4的具体步骤为：
34、s41：对地图，先将顶点直角坐标转换为极坐标，然后基于极坐标，构建加密特征域和水印特征域，水印嵌入操作在水印特征域上进行；
35、s42：从水印特征域的构建过程可知，的值域范围为，为了在中嵌入个水印比特位，将的值域区间均分为个子区间，并对子区间从左到右分别编号为，每个子区间称为一个水印区间，子区间的编号即为该水印区间所代表的水印信息；
36、s43：在中嵌入水印信息，，只需将移入编号为的水印区间内，具体移入位置为水印区间内距区间起始位置处，如式（5）所示，水印的嵌入过程即是原始水印特征到含水印的极径水印特征的映射过程，原始数据的恢复过程即是式（5）的逆映射过程，如式（6）所示；
37、 （5）
38、 （6）
39、s44：按照步骤s42、s43的方法本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于秘密共享的矢量地理数据交换密码可逆水印方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于秘密共享的矢量地理数据交换密码可逆水印方法，其特征在于，所述S1的具体步骤为：
3.根据权利要求2所述的基于秘密共享的矢量地理数据交换密码可逆水印方法，其特征在于，所述步骤S11中，矢量地理数据的量化极坐标的构建过程如下：
4.根据权利要求3所述的基于秘密共享的矢量地理数据交换密码可逆水印方法，其特征在于，所述S2具体步骤为：
5.根据权利要求4所述的基于秘密共享的矢量地理数据交换密码可逆水印方法，其特征在于，所述S3的具体步骤为：
6.根据权利要求5所述的基于秘密共享的矢量地理数据交换密码可逆水印方法，其特征在于，所述S4的具体步骤为：
7.根据权利要求6所述的基于秘密共享的矢量地理数据交换密码可逆水印方法，其特征在于，所述S5的具体步骤为：
【技术特征摘要】
1.一种基于秘密共享的矢量地理数据交换密码可逆水印方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于秘密共享的矢量地理数据交换密码可逆水印方法，其特征在于，所述s1的具体步骤为：
3.根据权利要求2所述的基于秘密共享的矢量地理数据交换密码可逆水印方法，其特征在于，所述步骤s11中，矢量地理数据的量化极坐标的构建过程如下：
4.根据权利要求3所述的基于秘密共享的矢量地理...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴柏燕，卜子轩，柳范硕，戴千一，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：
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