基于指纹特征的抗解释攻击数字水印嵌入方法技术

基于指纹特征的抗解释攻击数字水印嵌入方法，包括：设计一个基于虚拟圆的图形指纹；虚拟圆图形指纹的嵌入策略；虚拟圆图形指纹的嵌入过程，对矢量地图数据中具有2个顶点以上的坐标序列与一组虚拟同心圆中的每一个虚拟圆检测是否有交点，如果存在交点，把相关交点插入到坐标序列中；虚拟圆图形指纹的检测过程为虚拟圆图形指纹的嵌入过程的逆过程。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于地理信息系统中矢量地图数据版权保护领域，具体涉及一种针对基于指纹特征的抗解释攻击数字水印嵌入方法。
技术介绍
随着计算机技术和互联网的发展与普及，以及多媒体数据存储和传输技术的进步，数字产品的传输和共享变得非常容易，也得数字产品的非法复制变得非常容易，随之带来了一系列有关版权的问题。为了保护版权所有者的利益，迫切需要找到一种有效的方法来保护数字产品的知识产权。解释攻击被公认为是数字水印技术应用的瓶颈，它不同于软件攻击或实体攻击，解释攻击并不针对水印嵌入过程或水印信息，而是利用水印在矢量地图中的孤立存在特性，向矢量地图嵌入伪水印使得用户无法判断水印的真伪和嵌入顺序，达到版权申明错乱的目的。由此可见，研究具有抗解释攻击的矢量地图数据水印技术在矢量地图数据上的应用具有更加潜在的用途。由于地理空间数据是描述关于人类赖以生存的地球的重要信息，是国家基础性、公益性设施，是国家基础设施建设和地球科学研究的支撑性成果，是国家经济、国防建设中不可缺少的资源，对社会持续发展起着重要作用。
技术实现思路
为了克服现有的矢量地图数据的容易被非法拷贝、被逆向破解和原始数据无损恢复的不足，本专利技术提供一种能以有效解决矢量地图数据被非法拷贝、被逆向破解和原始数据无损恢复问题的基于虚拟圆的矢量地图水印嵌入方法及提取方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：基于指纹特征的抗解释攻击数字水印嵌入方法，包括以下步骤：（1）、设计一个基于虚拟圆的图形指纹；（1.1）、确定虚拟圆的基准半径，标识特征为虚拟圆的半径γ，0≤γ；（1.2）、定义一组水印信息嵌入虚拟圆组半径γn，0≤γn；（1.3）、定义虚拟圆的圆心坐标(X,Y)；（1.4）、针对圆心坐标(X,Y)、虚拟圆组半径γn这一系列变量，设计具有标识意义的特定虚拟圆组，此虚拟圆组中包含有水印信息；（1.5）、所述水印虚拟圆组允许覆盖矢量数字地图全图；（2）、虚拟圆图形指纹的嵌入策略（2.1）、当虚拟圆与矢量地图坐标序列中的线段相切，那么切点就作为特征点加入矢量地图坐标序列中；（2.2）、当虚拟圆图形指纹中的某个虚拟圆与矢量地图坐标序列的线段相交，且有两个交点时，我们只选取第一个交点，并按正常相交进行特征点的移位处理；（2.3）、当虚拟圆图形指纹中的某个虚拟圆与矢量地图坐标序列正常相交，且交点与线段的端点重合时，那么就不需要做任何的处理，直接使用端点；（2.4）、当虚拟圆图形指纹中的某个虚拟圆与矢量地图坐标序列正常相交，但交点与端点之间距离小于一个限定的误差值d时，那么就删除原来最近的端点，以新的交点代替端点；（2.5）、当虚拟圆图形指纹中的某个虚拟圆与矢量地图坐标序列中的线段(X1，Y1)-(X2，Y2)正常相交，且只有一个交点时，作为特征点插入，还需要消除三点共线因素，采用交点沿着圆弧左右移动一个限定的误差值d；那么这两个点中，如何选择那一个点插入坐标串。（3）、虚拟圆图形指纹的嵌入过程，对矢量地图数据中具有2个顶点以上的坐标序列与一组虚拟同心圆中的每一个虚拟圆检测是否有交点，如果存在交点，把相关交点插入到坐标序列中，具体如下：（3.1）、确定虚拟圆图形指纹的同心圆圆心坐标(X,Y)；（3.2）、确定虚拟圆图形指纹的同心圆的基准半径γ；（3.3）、对坐标序列数据中的相邻两点，判断虚拟圆组中的虚拟圆(X-X0)2+(Y-Y0)2=r2线段(X1，Y1)-(X2，Y2)之间是否有交点；（3.4）、则设交点为(X,Y)，那么其一定是(X1，Y1)-(X2，Y2)线段上的一点，其(X,Y)坐标可以由(X1，Y1)-(X2，Y2)两点决定：X=X1+μX21+μY=Y1+μY21+μ---(2)]]>把公式（2）确定的交点(X,Y)代入已知的虚拟圆方程(X-X0)2+(Y-Y0)2=r2求得μ一元二次方程；根据μ的一元二次方程中的求根判别式Δ，当Δ=0时，线段与虚拟圆相切，当Δ>0时，线段与虚拟圆相交，且有两个交点；当Δ<0时，线段与圆没有交变。再求得μ一元二次方程解代入（2）式，即可求得交点(X,Y)坐标的坐标值；（3.5）、最后根据虚拟圆图形指纹信息嵌入策略，把虚拟圆图形指纹特征点插入到坐标序列中的(X1，Y1)与(X2，Y2)之间，得到虚拟圆图形指纹分布整体的矢量地图数据。(4)虚拟圆图形指纹的检测过程为虚拟圆图形指纹的嵌入过程的逆过程。（4.1）、输入具有密钥的虚拟圆定位坐标与虚拟圆基准半径；（4.2）、根据虚拟圆定位坐标与基准半径，对坐标序列数据中的相邻两点，判断虚拟圆组中的虚拟圆(X-X0)2+(Y-Y0)2=r2与线段(X1，Y1)-(X2，Y2)之间是否有交点。（4.3）、设交点为(X,Y)，那么其一定是(X1，Y1)-(X2，Y2)线段上的一点，其(X,Y)坐标可以由(X1，Y1)-(X2，Y2)两点决定：X=X1+μX21+μY=Y1+μY21+μ---(2)]]>把公式（2）确定的交点(X,Y)代入已知的虚拟圆方程(X-X0)2+(Y-Y0)2=r2求得μ一元二次方程；根据μ的一元二次方程中的求根判别式Δ，当Δ=0时，线段与虚拟圆相切，当Δ>0时，线段与虚拟圆相交，且有两个交点；当Δ<0时，线段与圆没有交变。再求得μ一元二次方程解代入（2）式，即求得交点(X,Y)坐标的坐标值；（4.4）、根据求得交点(X,Y)坐标的坐标值，线段的端点坐标的(X1，Y1)与(X2，Y2)进行比较；限差在规定范围内，即交点与端点非之间距离小于一个限定的误差值d时，此端点作为虚拟圆上的水印特征点提取出来；（4.5）、根据提取出来的特征点集，构建虚拟圆，以三点确定圆，其余点进行验证，符合虚拟圆方程的加入水印信息集，再结合统计特征达到85%以上，确认虚拟圆的存在。本专利技术的针对矢量地图数字水印抵抗解释攻击的鲁棒性能较差的特点，提出了一种基于指纹特征的抗解释攻击的数字水印嵌入方法。本专利技术的优点是：利用矢量地图数据的整体几何特点与应用特性，通过构造虚拟圆图形指纹特征信息，经过图形集合运算，把虚拟圆图形指纹特征信息以矢量地图数据特征点的形式嵌入到矢量图形数据序列中，实现了虚拟圆图形指纹特征信息与矢量地图数据的有机融合，图形的集合运算具备版权的唯一性声明条件，从而本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于指纹特征的抗解释攻击数字水印嵌入方法，包括以下步骤：（1）、设计一个基于虚拟圆的图形指纹；（1.1）、确定虚拟圆的基准半径，标识特征为虚拟圆的半径γ，0≤γ；（1.2）、定义一组水印信息嵌入虚拟圆组半径γn，0≤γn；（1.3）、定义虚拟圆的圆心坐标(X,Y)；（1.4）、针对圆心坐标(X,Y)、虚拟圆组半径γn这一系列变量，设计具有标识意义的特定虚拟圆组，此虚拟圆组中包含有水印信息；（1.5）、所述水印虚拟圆组允许覆盖矢量数字地图全图；（2）、虚拟圆图形指纹的嵌入策略（2.1）、当虚拟圆与矢量地图坐标序列中的线段相切，那么切点就作为特征点加入矢量地图坐标序列中；（2.2）、当虚拟圆图形指纹中的某个虚拟圆与矢量地图坐标序列的线段相交，且有两个交点时，我们只选取第一个交点，并按正常相交进行特征点的移位处理；（2.3）、当虚拟圆图形指纹中的某个虚拟圆与矢量地图坐标序列正常相交，且交点与线段的端点重合时，那么就不需要做任何的处理，直接使用端点；（2.4）、当虚拟圆图形指纹中的某个虚拟圆与矢量地图坐标序列正常相交，但交点与端点之间距离小于一个限定的误差值d时，那么就删除原来最近的端点，以新的交点代替端点；（2.5）、当虚拟圆图形指纹中的某个虚拟圆与矢量地图坐标序列中的线段(X1，Y1)‑(X2，Y2)正常相交，且只有一个交点时，作为特征点插入，还需要消除三点共线因素，采用交点沿着圆弧左右移动一个限定的误差值d；那么这两个点中，如何选择那一个点插入坐标串。（3）、虚拟圆图形指纹的嵌入过程，对矢量地图数据中具有2个顶点以上的坐标序列与一组虚拟同心圆中的每一个虚拟圆检测是否有交点，如果存在交点，把相关交点插入到坐标序列中，具体如下：（3.1）、确定虚拟圆图形指纹的同心圆圆心坐标(X,Y)；（3.2）、确定虚拟圆图形指纹的同心圆的基准半径γ；（3.3）、对坐标序列数据中的相邻两点，判断虚拟圆组中的虚拟圆(X‑X0)2+(Y‑Y0)2=r2线段(X1，Y1)‑(X2，Y2)之间是否有交点；（3.4）、则设交点为(X,Y)，那么其一定是(X1，Y1)‑(X2，Y2)线段上的一点，其(X,Y)坐标可以由(X1，Y1)‑(X2，Y2)两点决定：X=X1+μX21+μY=Y1+μY21+μ---(2)]]>把公式（2）确定的交点(X,Y)代入已知的虚拟圆方程(X‑X0)2+(Y‑Y0)2=r2求得μ一元二次方程；根据μ的一元二次方程中的求根判别式Δ，当Δ=0时，线段与虚拟圆相切，当Δ>0时，线段与虚拟圆相交，且有两个交点；当Δ<0时，线段与圆没有交变；再求得μ一元二次方程解代入（2）式，即可求得交点(X,Y)坐标的坐标值；（3.5）、最后根据虚拟圆图形指纹信息嵌入策略，把虚拟圆图形指纹特征点插入到坐标序列中的(X1，Y1)与(X2，Y2)之间，得到虚拟圆图形指纹分布整体的矢量地图数据；(4)虚拟圆图形指纹的检测过程为虚拟圆图形指纹的嵌入过程的逆过程；（4.1）、输入具有密钥的虚拟圆定位坐标与虚拟圆基准半径；（4.2）、根据虚拟圆定位坐标与基准半径，对坐标序列数据中的相邻两点，判断虚拟圆组中的虚拟圆(X‑X0)2+(Y‑Y0)2=r2与线段(X1，Y1)‑(X2，Y2)之间是否有交点；（4.3）、设交点为(X,Y)，那么其一定是(X1，Y1)‑(X2，Y2)线段上的一点，其(X,Y)坐标可以由(X1，Y1)‑(X2，Y2)两点决定：X=X1+μX21+μY=Y1+μY21+μ---(2)]]>把公式（2）确定的交点(X,Y)代入已知的虚拟圆方程(X‑X0)2+(Y‑Y0)2=r2求得μ一元二次方程；根据μ的一元二次方程中的求根判别式Δ，当Δ=0时，线段与虚拟圆相切，当Δ>0时，线段与虚拟圆相交，且有两个交点；当Δ<0时，线段与圆没有交变。再求得μ一元二次方程解代入（2）式，即求得交点(X,Y)坐标的坐标值；（4.4）、根据求得交点(X,Y)坐标的坐标值，线段的端点坐标的(X1，Y1)与(X2，Y2)进行比较；限差在规定范围内，即交点与端点非之间距离小于一个限定的误差值d时，此端点作为虚拟圆上的水印特征点提取出来；（4.5）、根据提取出来的特征点集，构建虚拟圆，以三点确定圆，其余点进行验证，符合虚拟圆方程的加入水印信息集，再结合统计特征达到85%以上，确认虚拟圆的存在。...

【技术特征摘要】
1.基于指纹特征的抗解释攻击数字水印嵌入方法，包括以下步骤：
（1）、设计一个基于虚拟圆的图形指纹；
（1.1）、确定虚拟圆的基准半径，标识特征为虚拟圆的半径γ，0
≤γ；
（1.2）、定义一组水印信息嵌入虚拟圆组半径γn，0≤γn；
（1.3）、定义虚拟圆的圆心坐标(X,Y)；
（1.4）、针对圆心坐标(X,Y)、虚拟圆组半径γn这一系列变量，设
计具有标识意义的特定虚拟圆组，此虚拟圆组中包含有水印信息；
（1.5）、所述水印虚拟圆组允许覆盖矢量数字地图全图；
（2）、虚拟圆图形指纹的嵌入策略
（2.1）、当虚拟圆与矢量地图坐标序列中的线段相切，那么切点
就作为特征点加入矢量地图坐标序列中；
（2.2）、当虚拟圆图形指纹中的某个虚拟圆与矢量地图坐标序列
的线段相交，且有两个交点时，我们只选取第一个交点，并按正常相
交进行特征点的移位处理；
（2.3）、当虚拟圆图形指纹中的某个虚拟圆与矢量地图坐标序列
正常相交，且交点与线段的端点重合时，那么就不需要做任何的处理，
直接使用端点；
（2.4）、当虚拟圆图形指纹中的某个虚拟圆与矢量地图坐标序列
正常相交，但交点与端点之间距离小于一个限定的误差值d时，那么就
删除原来最近的端点，以新的交点代替端点；
（2.5）、当虚拟圆图形指纹中的某个虚拟圆与矢量地图坐标序列
中的线段(X1，Y1)-(X2，Y2)正常相交，且只有一个交点时，作为特征点
插入，还需要消除三点共线因素，采用交点沿着圆弧左右移动一个限
定的误差值d；那么这两个点中，如何选择那一个点插入坐标串。
（3）、虚拟圆图形指纹的嵌入过程，对矢量地图数据中具有2个顶
点以上的坐标序列与一组虚拟同心圆中的每一个虚拟圆检测是否有交
点，如果存在交点，把相关交点插入到坐标序列中，具体如下：
（3.1）、确定虚拟圆图形指纹的同心圆圆心坐标(X,Y)；
（3.2）、确定虚拟圆图形指纹的同心圆的基准半径γ；
（3.3）、对坐标序列数据中的相邻两点，判断虚拟圆组中的虚拟
圆(X-X0)2+(Y-Y0)2=r2线段(X1，Y1)-(X2，Y2)之间是否有交点；
（3.4）、则设交点为(X,Y)，那么其一定是(X1，Y1)-(X2，Y2)线段上

\t的一点，其(X,Y)坐标可以由(X1，Y1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱文忠，杨曦，朱龙泽，李岩，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33