用于公開驗證所有權(quán)的魯棒地理數(shù)據(jù)水印方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于公開驗證所有權(quán)的魯棒地理數(shù)據(jù)水印方法，包括水印嵌入過程和水印檢測過程，所述水印嵌入過程包括對于原始的地理數(shù)據(jù)集中每個地物分別計算出一個相應(yīng)的地物標(biāo)識，將地物劃分分組，將版權(quán)信息塊分別隱藏到分組中，為各分組分別生成一個對應(yīng)的驗證向量集，將驗證向量集作為公鑰隨同地理數(shù)據(jù)集的產(chǎn)品一起發(fā)布；所述水印嵌入過程包括生成臨時公鑰，依據(jù)臨時公鑰和公鑰計算用戶版權(quán)信息，將提取出的用戶版權(quán)信息和公開發(fā)布的版權(quán)信息進(jìn)行比較，如果相同則能申明該數(shù)據(jù)版權(quán)，否則不能。本發(fā)明能有效抵抗常見的地理數(shù)據(jù)水印攻擊方式，且水印檢測時無需密鑰，可公開、重復(fù)驗證數(shù)據(jù)所有權(quán)。該方法不會修改原始數(shù)據(jù)，不會降低原始數(shù)據(jù)的質(zhì)量。
【專利說明】用于公開驗證所有權(quán)的魯棒地理數(shù)據(jù)水印方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)安全領(lǐng)域，特別是涉及一種可公開驗證所有權(quán)的魯棒地理數(shù)據(jù)水印方法。
【背景技術(shù)】
[0002]地理數(shù)據(jù)是地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)，絕大部分GIS應(yīng)用都離不開地理數(shù)據(jù)(本發(fā)明關(guān)注矢量地理數(shù)據(jù)類型，包括點、線、面三種要素)。而構(gòu)建和維護(hù)地理數(shù)據(jù)是一項復(fù)雜工程，它包括數(shù)據(jù)的采集、數(shù)字化、矢量化、規(guī)范化、結(jié)構(gòu)化及數(shù)據(jù)管理維護(hù)等過程，這些過程離不開專業(yè)的技術(shù)人才和設(shè)備，需耗費(fèi)大量的物力和財力。因此，地理數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)生產(chǎn)者的寶貴財富。但由于其電子數(shù)據(jù)特性，非常容易被拷貝，一旦地理數(shù)據(jù)被出售，非法拷貝就難以避免，這損害了數(shù)據(jù)生產(chǎn)者的利益，嚴(yán)重情況下可能危及國家信息安全。眾所周知，數(shù)字水印技術(shù)可用來保護(hù)數(shù)字產(chǎn)品的知識產(chǎn)權(quán)，它通過輕微修改原始數(shù)據(jù)，將版權(quán)信息隱藏在原始數(shù)據(jù)中。
[0003]針對地理數(shù)據(jù)版權(quán)保護(hù)問題，近年來國內(nèi)外學(xué)者提出了許多地理數(shù)據(jù)水印方法，較好地實現(xiàn)地理數(shù)據(jù)的版權(quán)保護(hù)。但存在以下不足:
[0004]( I)綜合魯棒性有待提聞。
[0005]水印算法魯棒性是水印信息在遭受水印攻擊操作下的存活能力。水印攻擊通常是在確保數(shù)據(jù)可用性的前提下，以刪除或破壞水印信息為目的，對水印化數(shù)據(jù)實施數(shù)據(jù)操作或變換等。常見的地理數(shù)據(jù)水印攻擊方式包括3類:幾何攻擊、頂點攻擊和元組攻擊。幾何攻擊是針對地理數(shù)據(jù)庫坐標(biāo)系的攻擊方式，包括3種:平移、旋轉(zhuǎn)和縮放，通常引起頂點坐標(biāo)發(fā)生較大改變；元組攻擊是針對元組粒度的攻擊方式，包括3種:元組刪除(裁剪)、元組增加和元組修改；頂點攻擊是針對頂點粒度的攻擊方式，包括3種:頂點刪除(化簡)、頂點修改(噪音擾動)和頂點插入(頂點插值)?；喭ǔ２捎玫栏窭?普克算法刪除地理對象中一些不重要的頂點；噪音擾動主要來自日常的地理數(shù)據(jù)操作如格式轉(zhuǎn)換，或攻擊者有意添加少量噪音引起頂點坐標(biāo)發(fā)生輕微改變。頂點插值是通過曲線擬合的方式向地理對象上添加一些不重要的頂點。一般來說，噪音攻擊和頂點插值攻擊的幅度小于數(shù)據(jù)精度。地理數(shù)據(jù)水印算法魯棒性通常是指水印算法抵抗以上3類(9種)攻擊的能力。目前地理數(shù)據(jù)水印算法大多擅長抵抗某幾種攻擊，國內(nèi)外尚無地理數(shù)據(jù)水印方法能同時抵抗這3類攻擊。
[0006](2)難以公開、重復(fù)驗證地理數(shù)據(jù)所有權(quán)
[0007]現(xiàn)有地理數(shù)據(jù)水印技術(shù)都屬于私有水印，即水印檢測依賴秘密參數(shù)(由于密鑰是一種最重要的秘密參數(shù)，因此下文以密鑰代替秘密參數(shù))，只有那些掌握密鑰的人，如數(shù)據(jù)所有者或者被授權(quán)的人才能檢測水印信息并證明地理數(shù)據(jù)的版權(quán)信息。一旦出現(xiàn)版權(quán)糾紛，為了申明版權(quán)，密鑰必須公開。密鑰一旦公開就不可避免被不誠實的人掌握并可能用于破壞或刪除其他水印數(shù)據(jù)版本的水印信息，甚至嵌入無關(guān)的版權(quán)信息，導(dǎo)致版權(quán)保護(hù)失效，這樣會給地理數(shù)據(jù)所有者帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。另外，數(shù)據(jù)使用者作為終端用戶，希望在購買或使用數(shù)據(jù)之前能方便地驗證數(shù)據(jù)來源，以確保其使用的數(shù)據(jù)是正確的、合法的。由于水印檢測密鑰對于數(shù)據(jù)使用者是保密的，因此，現(xiàn)有地理數(shù)據(jù)水印方法很難公開、可重復(fù)地驗證地理所有權(quán)，這在很大程度上挫傷了數(shù)據(jù)使用者購買和使用該數(shù)據(jù)的積極性和信心。
[0008](3)水印嵌入導(dǎo)致地理數(shù)據(jù)失真
[0009]現(xiàn)有大多地理數(shù)據(jù)水印方法通過在數(shù)據(jù)精度范圍內(nèi)輕微修改原始數(shù)據(jù)來嵌入水印信息。雖然因水印嵌入導(dǎo)致的數(shù)據(jù)修改幅度較小，但同時也降低了地理數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為了克服現(xiàn)有地理數(shù)據(jù)水印方法綜合魯棒性不高、不能有效支持公開驗證所有權(quán)以及水印嵌入導(dǎo)致地理數(shù)據(jù)質(zhì)量降低的缺陷，本發(fā)明提供一種可公開驗證所有權(quán)的、魯棒地理數(shù)據(jù)水印方法。
[0011]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種用于公開驗證所有權(quán)的魯棒地理數(shù)據(jù)水印方法，包括水印嵌入過程和水印檢測過程，
[0012]所述水印嵌入過程包括以下步驟，
[0013]步驟Al，設(shè)地理數(shù)據(jù)集D中包括η個地物P1, P2,…，Pn,對于原始的地理數(shù)據(jù)集D中每個地物Pi, i的取值為1，2，…，η,分別計算出一個相應(yīng)的地物標(biāo)識PIDi ；
[0014]步驟Α2，將地理數(shù)據(jù)集D中所有地物劃分為m個分組(G1, G2,…，Gj，
[0015]劃分實現(xiàn)方式為，對于任意地物Pi,以相應(yīng)地物標(biāo)識PIDi作為種子構(gòu)造偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器R，取其整數(shù)序列的第一個整數(shù)，記為firstlnteger (R),對分組數(shù)m取模劃分如下，
[0016]grpNum = firstlnteger (R) modm (式一)
[0017]其中，PIDi為地物標(biāo)識，地物Pi被劃分到第grpNum個分組中，每個分組中平均包含V=n/m個地物；
[0018]步驟A3，設(shè)版權(quán)信息W=IW1, W2,…，WJ，將版權(quán)信息塊Wj分別隱藏到分組Gj中，j=l, 2，…，m，為各分組G1, G2,…，Gm分別生成一個對應(yīng)的驗證向量集，最終生成與地理數(shù)據(jù)集對應(yīng)的驗證向量集B(bi，b2，-bn), huh2,…比是與地物P1J2,…，Pn分別相應(yīng)的驗證向量，將B(bi，b2，作為公鑰隨同地理數(shù)據(jù)集D的產(chǎn)品一起發(fā)布；
[0019]隱藏方式為，設(shè)對某分組Gj中任意地物Pjv，將生成一個對應(yīng)的驗證向量bjv ;驗證向量bjv包括向量標(biāo)識和驗證位串，其中向量標(biāo)識bjv.1D和地物Pjv的地物標(biāo)識PIDjv相同，地物的驗證位串b>.bs根據(jù)地物和版權(quán)信息塊^計算如下，
[0020]bjv.bs = hash(PIDjv, len) ?Wj (式二)
[0021]其中，Ien為哈希值長度；
[0022]所述水印嵌入過程包括以下步驟，
[0023]步驟BI，設(shè)有待驗證版權(quán)的地理數(shù)據(jù)集D’中包括η’個地物，生成臨時公鑰A(a1； a2,..., an.), a1； a2,...，an,是與地理數(shù)據(jù)集D’中n’個地物分別相應(yīng)的臨時驗證向量，
[0024]生成臨時驗證向量的實現(xiàn)方式為，對于地理數(shù)據(jù)集D’中每個地物Pi, i的取值為1，2，…，η’，分別計算出一個相應(yīng)的地物標(biāo)識PIDi ;令臨時驗證向量Si中向量標(biāo)識at.1D=PIDi,臨時驗證向量Si中驗證位串a(chǎn)” bs=hash (PIDi, len)；
[0025]步驟B2，依據(jù)臨時公鑰A(ai，a2，…，an，)和公鑰B O^b2,...bn)計算用戶版權(quán)信息W’，包括以下子步驟，[0026]步驟B2.1，找出臨時公鑰A(ai，a2，…，an，)和公鑰BO^b2, -bn)中向量標(biāo)識相同的相應(yīng)向量，構(gòu)造驗證向量對；
[0027]步驟B2.2，將驗證向量對進(jìn)行分組，
[0028]分組實現(xiàn)方式為，設(shè)有驗證向量對(b” a),以向量對的一個向量標(biāo)識作為種子構(gòu)造偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器R，取其整數(shù)序列中第一個整數(shù)記為firstlnteger (R),計算grpNum=firstlnteger (R)modm, grpNum為該驗證向量對所屬的分組號；
[0029]步驟B2.3，按驗證向量分組提取版權(quán)信息，
[0030]設(shè)第j個驗證向量分組VVGj包含V’個驗證向量對，j=l, 2，…，m,設(shè)VVGj中有某驗證向量對(bjv, aJv),相應(yīng)隱藏的版權(quán)信息twjv通過兩個驗證向量的驗證位串bjv.bs、aJv.bs的異或操作求取如下，
【權(quán)利要求】
1.一種用于公開驗證所有權(quán)的魯棒地理數(shù)據(jù)水印方法，其特征在于:包括水印嵌入過程和水印檢測過程， 所述水印嵌入過程包括以下步驟， 步驟Al，設(shè)地理數(shù)據(jù)集D中包括η個地物P1, P2,…，Pn，對于原始的地理數(shù)據(jù)集D中每個地物Pi, i的取值為1，2，…，η,分別計算出一個相應(yīng)的地物標(biāo)識PIDi ； 步驟Α2，將地理數(shù)據(jù)集D中所有地物劃分為m個分組(G1, G2,…，Gj， 劃分實現(xiàn)方式為，對于任意地物Pi,以相應(yīng)地物標(biāo)識PIDi作為種子構(gòu)造偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器R，取其整數(shù)序列的第一個整數(shù)，記為firstlnteger (R),對分組數(shù)m取模劃分如下，grpNum = firstlnteger(R)modm (式一) 其中，PIDi為地物標(biāo)識，地物Pi被劃分到第grpNum個分組中，每個分組中平均包含V=n/m個地物； 步驟A3，設(shè)版權(quán)信息W= (W1, W2,…，WJ，將版權(quán)信息塊％分別隱藏到分組中，j=l，2，…，m,為各分組G1, G2,…，Gffl分別生成一個對應(yīng)的驗證向量集，最終生成與地理數(shù)據(jù)集對應(yīng)的驗證向量集BOd1, b2,…匕),hv b2,…比是與地物P1, P2,…，Pn分別相應(yīng)的驗證向量,將B^b2,…心作為公鑰隨同地理數(shù)據(jù)集D的產(chǎn)品一起發(fā)布； 隱藏方式為，設(shè)對某分組Gj中任意地物Pjv,將生成一個對應(yīng)的驗證向量bjv ;驗證向量bjv包括向量標(biāo)識和驗證位串，其中向量標(biāo)識bjv.1D和地物Pjv的地物標(biāo)識PIDjv相同,地物Pjv的驗證位串b>.bs根據(jù)地物標(biāo)識PID>和版權(quán)信息塊I計算如下，hjv.bs = hash(PID；v, len) ?1/1/；(式二) 其中，Ien為哈希值長度； 所述水印檢測過程包括以下步驟， 步驟BI，設(shè)有待驗證版權(quán)的地理數(shù)據(jù)集D’中包括η’個地物，生成臨時公鑰A(&1，a2,…，an，)，Spa2, "^an，是與地理數(shù)據(jù)集D ’中η’個地物分別相應(yīng)的臨時驗證向量， 生成臨時驗證向量的實現(xiàn)方式為，對于地理數(shù)據(jù)集D’中每個地物Pi, i的取值為1，2，…，η’，分別計算出一個相應(yīng)的地物標(biāo)識PIDi ;令臨時驗證向量Si中向量標(biāo)識at.1D=PIDi,臨時驗證向量Si中驗證位串a(chǎn)” bs=hash (PIDi, len)； 步驟B2,依據(jù)臨時公鑰A (&1，a2,...，an,)和公鑰BO^，b2,...bn)計算用戶版權(quán)信息W，，包括以下子步驟，
步驟B2.1，找出臨時公鑰A (a” a2,...，an’)和公鑰B (b” b2,...bn)中向量標(biāo)識相同的相應(yīng)向量，構(gòu)造驗證向量對； 步驟B2.2,將驗證向量對進(jìn)行分組， 分組實現(xiàn)方式為，設(shè)有驗證向量對O^ai),以向量對的一個向量標(biāo)識作為種子構(gòu)造偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器R，取其整數(shù)序列中第一個整數(shù)記為firstlnteger (R),計算grpNum=firstInteger (R) modm, grpNum為該驗證向量對所屬的分組號； 步驟B2.3，按驗證向量分組提取版權(quán)信息， 設(shè)第j個驗證向量分組VVGj包含V’個驗證向量對，j=l, 2，…，m,設(shè)VVGj中有某驗證向量對(bjv, aJv),相應(yīng)隱藏的版權(quán)信息twjv通過兩個驗證向量的驗證位串bjv.bs、ajv.bs的異或操作求取如下，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于公開驗證所有權(quán)的魯棒地理數(shù)據(jù)水印方法，其特征在于:步驟Al和步驟BI中，計算地物Pi的相應(yīng)地物標(biāo)識PIDi的實現(xiàn)方式如下， 1)對于任意地物Pi,i的取值為1，2，...，!!，首先計算地物Pi起點與終點之間的距離Li,
【文檔編號】G06T1/00GK103903218SQ201410156498
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月17日
【發(fā)明者】汪傳建, 隋莉莉, 程莉, 趙慶展, 尹小君, 李偉 申請人:石河子大學(xué)