一种定位篡改区域的矢量地图完整性认证方法技术

一种定位篡改区域的矢量地图完整性认证方法，包括图元顶点分类、基于模拟退火方法的数据单元划分、关联数据单元、构建定位信息、生成认证水印、嵌入定位信息和认证水印、标记图元、水印认证和篡改区域定位。本发明专利技术利用模拟退火方法将矢量地图图元划分为不同的数据单元，在每个图元中添加标记以指示其所属数据单元，为每个数据单元分配关联数据单元并构建其定位信息，并利用基于量化的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，确保篡改数据单元和其原始区域的准确定位，保证矢量地图的可靠应用；同时能够容忍旋转、均匀缩放和平移操作，有效控制信息嵌入给矢量地图带来的扰动，有效控制含水印矢量地图的质量。

A vector map integrity authentication method for locating tampered area

Vector map authentication method for locating the tampered area, including primitive vertex classification, data element division, simulated annealing method, the related data of construction unit, location information, produce watermark, embedding location information and authentication watermark, watermark mark primitives, authentication and tamper localization based on. The invention uses simulated annealing method to partition the vector map data for primitive cells, adding labeled to indicate the data unit in each primitive, for each unit of data distribution association data unit and construct its location information, and the use of quantitative methods to achieve information hidden hidden embedding and positioning information authentication watermark embedded in the based on the data association unit, to ensure accurate positioning of tampering with the data unit and its original area, ensure the reliable application of vector map; at the same time can tolerate rotation, zoom and uniform translation operation, effectively control the disturbance information embedding brings to the vector map, effectively control the quality of the watermarked vector map.

【技术实现步骤摘要】
一种定位篡改区域的矢量地图完整性认证方法
本专利技术涉及地理信息科学、信息隐藏领域，具体讲是一种定位篡改区域的矢量地图完整性认证方法。
技术介绍
通信技术和地理信息处理技术的快速发展，使得矢量地图在国民经济各领域得到了广泛应用。利用公共网络和地理信息处理工具，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。同时，这也使得矢量地图面临着被非法篡改、传播的危险。如何有效认证矢量地图数据的真实性和完整性，确保矢量地图的可靠应用已成为当前迫切需要解决的问题。脆弱水印方法是认证数据完整性的有效方法。与传统的数字签名技术相比，脆弱水印方法不仅能够检测数据是否发生篡改，而且还能够定位篡改数据。通过判定发生篡改的数据的重要性，有效使用没有被篡改的数据，能够避免重新传输数据造成的时间与资源的浪费。这对于需要确保二维矢量地图数据真实、及时使用的应用场景，有重要意义。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提出的定位篡改图元分组、容忍低幅度噪声的脆弱水印算法，以及面向高保真应用场景提出的定位篡改顶点分组、定位顶点分块、定位篡改图元分组和定位图元分块的可逆脆弱水印算法。这些成果能够检测并定位篡改后的数据单元，但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。专利技术内容本专利技术目的在于提供一种定位篡改区域的矢量地图完整性认证方法，确保篡改数据单元和其原始区域的准确定位，保证矢量地图的可靠应用；同时能够有效控制信息嵌入给矢量地图带来的扰动，有效控制含水印矢量地图的质量。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定位篡改区域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；该步骤中，将矢量地图(线或面)图元的顶点划分为三类：信息顶点、标记顶点和参照顶点。信息顶点用于嵌入该图元所在数据单元的认证水印和其被关联数据单元的定位信息；标记顶点用于标记图元所在的数据单元；参照顶点用于辅助每个图元的标记及其所在数据单元的认证水印和其被关联数据单元的定位信息的嵌入。将每个线图元的第一个顶点和最后一个顶点视为其参照顶点，第二个顶点视为其标记顶点，其他顶点视为信息顶点；将每个面图元的第二个顶点和倒数第二个顶点视为参照顶点，第一个顶点视为其标记顶点，其他顶点视为信息顶点。(2)基于模拟退火方法的数据单元划分；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，利用模拟退火方法，将原始矢量地图划分为若干数据单元。假设Sbest为得到的最优数据单元划分方法，将由Sbest划分的数据单元视为待嵌入水印的数据单元，将Sbest划分的数据单元数目记为u(Sbest)，Sbest的第i(i＝1,2,…,u(Sbest))个数据单元记为中图元的数目记为中第个图元记为数据单元序列记为(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＝1,2,…,u(Sbest))，通过交换序列中元素和的位置，实现序列的置乱，得到置乱后的序列依据序列和建立数据单元的一一映射。对于每一个映射关系将数据单元视为数据单元的关联数据单元，将视为的被关联数据单元，的定位信息将存储于中。(4)构建定位信息；该步骤中，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。假设的最小外接矩形为MERi＝{vi,0,vi,1,vi,2,vi,3}，vi,j(xi,j,yi,j)(j＝0,1,2,3)为MERi的第j个顶点，选取MERi的3个顶点构造数据单元的定位信息。假设为数据单元的定位信息，为数据单元的被关联数据单元的定位信息。(5)生成认证水印；该步骤中，利用散列算法，生成步骤(2)中每个数据单元的认证水印。将数据单元的认证水印记为Hi其中，I(·)表示获取空间数据和属性数据的方法，k表示生成hash(·)输入参数的私钥，Vi表示数据单元的顶点数目，Min表示该矢量地图的索引值，hash(·)表示一个已有的加密哈希算法，unithash(Hia,La,K)表示在私钥K的控制下从比特序列Hia中选择La比特的方法。(6)嵌入定位信息和认证水印；该步骤中，对于每个数据单元利用基于量化的方法，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个信息顶点中。在数据单元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；该步骤中，对于含水印数据单元的每个图元依据该图元的两个参照顶点，利用步骤(6)的信息嵌入方法，在该标记顶点中嵌入图元所在数据单元的索引信息i，在数据单元的每个图元中嵌入标记后，得到含标记数据单元在每个图元中嵌入标记后，得到含标记矢量地图。(8)水印认证和篡改区域定位；该步骤中，依据图元标记及信息隐藏方法，认证数据单元完整性并定位篡改区域，具体步骤如下：a.识别原始数据单元；从每个图元的标记顶点中提取嵌入的标记，利用标记识别每个数据单元的图元，得到含标记数据单元b.提取定位信息和认证水印；对于每个含标记数据单元从含嵌入信息顶点中提取其被关联数据单元的定位信息Qi″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。c.生成认证水印；利用步骤(5)的方法，生成每个含标记数据单元的认证水印。假设为生成的认证水印为d.水印认证；依据含标记数据单元中提取出的认证水印和生成的认证水印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，认为该数据单元发生了篡改，并转入步骤e定位篡改区域。e.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覆盖区域视为篡改区域。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。本专利技术一方面该方法利用模拟退火方法将矢量地图(线或面)图元划分为不同的数据单元，在每个图元中添加标记以指示其所属数据单元，为每个数据单元分配关联数据单元并构建其定位信息，并利用基于量化的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，确保篡改数据单元和其原始区域的准确定位，保证矢量地图的可靠应用；另一方面，该方法能够容忍旋转、均匀缩放和平移操作，而且通过设计嵌入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种定位篡改区域的矢量地图完整性认证方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，对图元顶点进行分类；步骤二，基于模拟退火方法划分数据单元；步骤三，关联数据单元；步骤四，构建定位信息；步骤五，利用散列算法生成生成步骤二中每个数据单元的认证水印；步骤六，嵌入定位信息和认证水印；步骤七，标记图元；步骤八，水印认证和篡改区域定位。

【技术特征摘要】
1.一种定位篡改区域的矢量地图完整性认证方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，对图元顶点进行分类；步骤二，基于模拟退火方法划分数据单元；步骤三，关联数据单元；步骤四，构建定位信息；步骤五，利用散列算法生成生成步骤二中每个数据单元的认证水印；步骤六，嵌入定位信息和认证水印；步骤七，标记图元；步骤八，水印认证和篡改区域定位。2.根据权利要求1所述的定位篡改区域的矢量地图完整性认证方法，其特征在于：步骤一图元顶点的分类方法为：将矢量地图图元的顶点划分为信息顶点、标记顶点和参照顶点；信息顶点用于嵌入该图元所在数据单元的认证水印和其被关联数据单元的定位信息；标记顶点用于标记图元所在的数据单元；参照顶点用于辅助每个图元的标记及其所在数据单元的认证水印和其被关联数据单元的定位信息的嵌入；将每个线图元的第一个顶点和最后一个顶点视为其参照顶点，第二个顶点视为其标记顶点，其他顶点视为信息顶点；将每个面图元的第二个顶点和倒数第二个顶点视为参照顶点，第一个顶点视为其标记顶点，其他顶点视为信息顶点；步骤二基于模拟退火方法划分数据单元的方法为：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，定义利用模拟退火方法自适应划分数据单元所需的解、评价函数和新解生成函数；步骤三关联数据单元的方法为：不断生成随机数对(r1,r2)(r1,r2＝1,2,…,u(Sbest))，通过交换序列中元素和的位置，实现序列的置乱，得到置乱后的序列依据序列和建立数据单元的一一映射；步骤四构建定位信息的方法为：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；步骤五利用散列算法生成生成步骤二中每个数据单元的认证水印，将数据单元的认证水印记为Hi其中，I(·)表示获取空间数据和属性数据的方法，k表示生成hash(·)输入参数的私钥，Vi表示数据单元的顶点数目...

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