一种保护矢量地图数据版权的非对称水印方法技术

本发明专利技术涉及保护矢量地图数据版权的非对称水印方法，有效解决非对称水印的嵌入和检测，消除保密的密钥信道分送密钥的困难问题，方法是，用电脑及其软件输入矢量地图数据，然后对数据进行预处理；选择包含版权信息的二值图像，对水印图像按行进行扫描，得到一维水印编码序列，建立地图数据定位点与水印编码序列之间的映射关系；对数据执行截断操作，获得地图定位点坐标的尾部数据信息；对地图定位点坐标的尾部数据进行修改，使其方差为特定值，并替换原始尾部数据，对数据尾部信息分析判定，将得到的水印编码序列按照扫描的逆过程恢复成二值水印图像，并检测，本发明专利技术消除了经特殊保密的密钥信道分送密钥的困难，实现了非对称检测功能，安全性高。

【技术实现步骤摘要】
一种保护矢量地图数据版权的非对称水印方法
本专利技术涉及数据安全、信息隐藏领域，特别是一种保护矢量地图数据版权的非对称水印方法。
技术介绍
矢量地图数据是国家基础设施,是国家经济建设、国防建设的重要资源。随着网络的发展，其安全性受到越来越严重的威胁，数字水印技术是数字产品版权保护的一种新兴技术，已被成功应用到矢量地图数据的版权保护、完整性和真实性认证方面。在实际应用过程中，为了确保数据来源的合法性及数据的有效性，用户需要实时检测数据中的水印信息，以对数据进行验证，这就要求数据生产商将水印检测算法和检测密钥对用户公开。目前针对矢量地图数据的数字水印算法属于对称水印算法，水印嵌入过程和检测过程是一个互逆过程，一旦检测算法和密钥公开就会带来一系列安全问题：(1)非法用户可以通过检测过程和检测密钥推算出嵌入过程和嵌入密钥，进而可以去除数据中的水印信息或者嵌入自己的水印信息，非法者不仅可以获得高精度数据，还能够造成无法解决的版权纠纷；(2)数据合法用户从数据中检测到的水印信息可能是伪造信息，数据的合法来源和有效性无法得到验证,会对合法用户造成不可估量的损失；(3)对称水印机制从根本上不符合信息安全最基本的A.Kerchoffs原则，即密码系统中的算法即使为密码分析员所知，也应该无助于用来推导出明文或密钥，即“一切秘密寓于密钥之中”。由于对称水印算法存在的不足，目前，一些学者对图像等多媒体数据的非对称水印进行了研究，但在矢量地图数据中还没有出现一种有效的非对称水印机制，因此，研制一种保护矢量地图数据版权的非对称水印方法势在必行。
技术实现思路
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本专利技术之目的就是提供一种保护矢量地图数据版权的非对称水印方法，可有效解决非对称水印的嵌入和检测，确保数据的有效性和合法性，彻底消除保密的密钥信道分送密钥的困难问题。本专利技术解决的技术方案是，包括水印嵌入和水印检测，步骤如下：(1)利用电脑及其软件输入矢量地图数据，然后对数据进行预处理，数据进行预处理的方法是：标记数据中坐标值完全相同的点，确保在执行水印嵌入操作时，坐标值相同点的修改量相同；(2)选择包含版权信息的二值图像，利用扫描仪对水印图像按行进行扫描，得到一维水印编码序列，建立地图数据定位点与水印编码序列之间的映射关系；(3)利用模运算器对数据执行截断操作，获得地图定位点坐标的尾部数据信息；(4)利用“DCT”方法或“跳跃法”方法对地图定位点坐标的尾部数据进行修改，使其方差为特定值；(5)将修改后的尾部数据替换原始定位点坐标的尾部数据，得到含有版权信息的矢量地图数据，并保存为指定格式的数据文件；(6)利用水印检测器对数据尾部信息分析判定，得到对应的水印编码值，最后将水印编码序列按照扫描的逆过程恢复成二值水印图像，并对嵌入水印进行检测。所述的步骤(4)中的“DCT”方法是：①输入所要修改的数据数组M＝{m(i)|i＝1,2,…,N}，数组M的均值为μ，方差为σ2；②对输入的数组进行离散余弦变换(DCT)，得到变换系数DM＝{dm(i)|i＝1,2,…,N}；③利用伪随机序列发生器构造一个方差为σ'2、均值为0、长度为N-1且服从上均匀分布的伪随机数组SJ；④用随机数组SJ替换变换系数DM中的交流分量，得到新的变换系数DM′，然后对DM′做离散余弦逆变换(IDCT)，得到方差为σ'2的新数组M′。所述的步骤(4)中尾部数据方差修改“跳跃法”方法是：①输入服从均匀分布的数据数组M＝{m(i)∈(0,Td)|i＝1,2,…,N}，Td属于正实数，数组M的均值为μ，方差为σ2；②假设修改后数组的方差为σ'2，利用伪随机序列发生器构造一个服从上均匀分布的伪随机数组RAND；③对原始数据按照如下公式：修改，得到修改后的数组M′＝{m′(i)|i＝1,2,...,N}，其中，M′的均值为μ，σ'2为方差。本专利技术是一种矢量地图数据非对称数字水印版权保护方法。非对称水印的嵌入过程和检测过程不完全一致，即便非法者获取检测过程和检测密钥也无法将水印从数据中去除或者嵌入新的水印信息，一旦对数据进行强制攻击，就会造成数据精度的损失，失去实用价值；数据合法用户可以随时对数据进行认证，确保数据的有效性和合法性；与对称水印算法相比，非对称水印更大的实用价值在于，数据分发过程中密钥数量大大减少，彻底消除了经特殊保密的密钥信道分送密钥的困难，实现了非对称检测功能，在水印检测方法和检测密钥公开的情况下，使攻击者无法推算出嵌入算法，提高了水印信息的安全性，具有很强的实际应用价值。附图说明图1为本专利技术的工艺流程框示图。图2为本专利技术的水印嵌入方法流程图。图3为本专利技术的水印提取方法流程图。图4为本专利技术的矢量地图数据中定位点重合情况图。图5为本专利技术将原始数据和嵌入水印后的数据叠加显示效果图。图6为本专利技术采用不同修改方案嵌入水印对地图数据的改变量示意图。图7为本专利技术原始水印图像和水印检测结果图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式作详细说明。由图1-图7所示，其中：图5中的(a)是整幅图叠加效果图，(b)是(a)采用“DCT”修改方法嵌入水印图，(c)是(a)采用“跳跃法”修改方法嵌入水印图；图6中的(a)是采用“DCT”修改方法图，图6中的(b)采用的是“跳跃法”方法图；其中图7(a)是原始水印图像图，图7(b)是采用“DCT”修改方法嵌入水印后检测结果图，图7(c)是采用“跳跃法”修改方法嵌入水印后检测结果图；下面结合附图对本专利技术做更详细地描述：由附图给出，本专利技术是用于矢量地图数据版权保护的非对称水印方法，包括A.矢量地图数据水印嵌入；B.矢量地图数据水印检测，其中：。A.矢量地图数据水印嵌入方法，步骤是：(1)选择一幅含有版权标识的二值图像作为水印，水印图像的高和宽分别为wH和wW，利用扫描仪器对图像按行扫描，将二值图像转化为一维二值编码序列W＝{w(i)|i＝1,2,…,n}；其中n＝wH×wW；(2)输入待嵌入水印的矢量地图数据，并对数据进行预处理。在矢量地图数据中，不同的线和面在存储时可能包含相同的定位点，如图3所示，为了保证水印嵌入后地理实体之间的空间关系不发生变化，同时保证数据使用的有效性，嵌入水印时对相同的定位点进行标记，标记为相同的定位点修改强度应当相同；(3)建立定位点与水印编码序列之间的映射关系i＝f(xj,yj)。其中i是某个水印位在水印编码序列中的位置索引，(xj,yj)是第j个定位点坐标，f(·)是由定位点映射至水印位置索引的映射关系函数，定位点与水印位置索引之间是多对一的关系；(4)提取第i个水印位对应定位点的横坐标数据，并利用模运算器对横本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种保护矢量地图数据版权的非对称水印方法，其特征在于，包括水印嵌入和水印检测，步骤如下：(1)利用电脑及其软件输入矢量地图数据，然后对数据进行预处理，数据进行预处理的方法是：标记数据中坐标值完全相同的点，确保在执行水印嵌入操作时，坐标值相同点的修改量相同；(2)选择包含版权信息的二值图像，利用扫描仪对水印图像按行进行扫描，得到一维水印编码序列，建立地图数据定位点与水印编码序列之间的映射关系；(3)利用模运算器对数据执行截断操作，获得地图定位点坐标的尾部数据信息；(4)利用“DCT”方法或“跳跃法”方法对地图定位点坐标的尾部数据进行修改，使其方差为特定值；(5)将修改后的尾部数据替换原始定位点坐标的尾部数据，得到含有版权信息的矢量地图数据，并保存为指定格式的数据文件；(6)利用水印检测器对数据尾部信息分析判定，得到对应的水印编码值，最后将水印编码序列按照扫描的逆过程恢复成二值水印图像，并对嵌入水印进行检测。

【技术特征摘要】
1.一种保护矢量地图数据版权的非对称水印方法，其特征在于，包括水印嵌入和水印检测，步骤如下：(1)利用电脑及其软件输入矢量地图数据，然后对数据进行预处理，数据进行预处理的方法是：标记数据中坐标值完全相同的点，确保在执行水印嵌入操作时，坐标值相同点的修改量相同；(2)选择包含版权信息的二值图像，利用扫描仪对水印图像按行进行扫描，得到一维水印编码序列，建立地图数据定位点与水印编码序列之间的映射关系；(3)利用模运算器对数据执行截断操作，获得地图定位点坐标的尾部数据信息；(4)利用“DCT”方法或“跳跃法”方法对地图定位点坐标的尾部数据进行修改，使其方差为特定值；(5)将修改后的尾部数据替换原始定位点坐标的尾部数据，得到含有版权信息的矢量地图数据，并保存为指定格式的数据文件；(6)利用水印检测器对地图定位点坐标的尾部数据信息分析判定，得到对应的水印编码值，最后将水印编码序列按照扫描的逆过程恢复成二值水印图像，并对嵌入水印进行检测；所述的“DCT”方法是：①输入所要修改的数据数组M＝{m(i)|i＝1,2,…,N}，数组M的均值为μ，方差为σ2；②对输入的数组进行离散余弦变换(DCT)，得到变换系数DM＝{dm(i)|i＝1,2,…,N}；③利用伪随机序列发生器构造一个方差为σ'2、均值为0、长度为N-1且服从上均匀分布的伪随机数组SJ；④用随机数组SJ替换变换系数DM中的交流分量，得到新的变换系数DM′，然后对DM′做离散余弦逆变换(IDCT)，得到方差为σ'2的新数组M′；所述的尾部数据方差修改“跳跃法”方法是：①输入服从均匀分布的数据数组M＝{m(i)∈(0,Td)|i＝1,2,…,N}，Td属于正实数，数组M的均值为μ，方差为σ2；②假设修改后数组的方差为σ'2，利用伪随机序列发生器构造一个服从上的均匀分布的伪随机数组RAND；③对原始数据按照如下公式：修改，得到修改后的数组M′＝{m′(i)|i＝1,2,...,N}，其中，M′的均值为μ，σ'2为方差。2.根据权利要求1所述的保护矢量地图数据版权的非对称水印方法，其特征在于：包括矢量地图数据水印嵌入和矢量地图数据水印检测，其中：A.矢量地图数据水印嵌入方法是：(1)选择一幅含有版权标识的二值图像作为水印，水印图像的高和宽分别为wH和wW，利用扫描仪器对图像按行扫描，将二值图像转化为一维二值编码序列W＝{w(i)|i＝1,2,…,n}；其中n＝wH×wW；(2)输入待嵌入水印的矢量地图数据，并对数据进行预处理，在矢量地图数据中，不同的线和面在存储时可能包含相同的定位点，为了保证水印嵌入后地理实体之间的空间关系不发生变化，同时保证数据使用的有效性，嵌入水印时对相同的定位点进行标记，标记为相同的定位点修改强度应当相同；(3)建立定位点与水印编码序列之间的映射关系i＝f(xj,yj)，其中i是某个水印位在水印编码序列中的位置索引，(xj,yj)是第j个定位点坐标，f(·)是由定位点映射至水印位置索引的映射关系函数，定位点与水印位置索引之间是多对一的关系；(4)提取第i个水印位对应定位点的横坐标数据，并利用模运算器对横坐标执行截断操作，获得定位点坐标的尾部数据：MA(i){maik＝xikmodTd}其中,mod是取模运算符号，k＝1,2,...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨辉，闵连权，侯翔，
申请(专利权)人：中国人民解放军信息工程大学，
类型：发明
国别省市：河南;41