定位篡改图元组的矢量地图完整性认证方法技术

本发明专利技术提供一种定位篡改图元组的矢量地图完整性认证方法。包括如下步骤：图元顶点分类；基于模拟退火方法的图元组自适应划分；生成认证水印；嵌入认证水印；标记图元；水印认证及原始数据无损恢复。本发明专利技术将利用模拟退火方法，将矢量地图图元自适应地划分为不同的组，考虑矢量地图的精度误差容限的前提下，采用可逆信息隐藏方法实现认证水印和图元组别信息的嵌入，确保准确定位篡改图元的同时，具有较好不可见性，而且无需额外存储空间；另一方面该算法在水印认证阶段，不仅能够准确定位篡改图元组，还能够在认证完整性后，无损恢复矢量地图原始数据，保证矢量地图数据的可靠应用。

Vector map integrity authentication method for locating tampered primitive set

The present invention provides a vector map integrity authentication method for locating tampered primitive set. It includes the following steps: classification of primitive vertices; adaptive partitioning of primitive groups based on simulated annealing method; generating authentication watermark; embedding authentication watermark; marking primitive elements; watermark authentication and lossless restoration of raw data. In the invention, the simulated annealing method, the adaptive vector map elements into different groups, considering the error tolerance of the vector map, using information to realize the authentication watermarking and reversible information hiding methods embed primitive groups, to ensure accurate positioning of tampering primitives at the same time, has good invisibility, and no extra storage space; on the other hand the algorithm in the watermark authentication stage, not only can accurately locate the tampered pixel group, but also in the integrity certification, lossless recovery of vector map data, ensure the reliable application of vector map data.

【技术实现步骤摘要】
定位篡改图元组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图元组的矢量地图完整性认证方法。
技术介绍
随着地理信息处理技术和通信技术的快速发展，矢量地图在导航、城市规划、交通运输、地籍管理等领域得到了广泛应用。获取高精度的矢量地图数据需耗费大量的人力物力，而借助于强大的地理信息处理工具和公共网络，人们可以方便快捷地复制、修改并发布这些矢量数据。如何认证矢量地图的完整性和真实性，保障矢量地图的安全应用是当前迫切需要解决的问题。矢量地图脆弱水印方法是认证数据完整性的有效方法。通过将原始矢量地图划分为若干数据单元(如顶点分组、图元分组)，为每个数据单元生成相应的认证水印(如数字签名、消息摘要)并嵌入在其中，篡改发生后，通过对比每个数据单元中提取的认证水印同再次生成的认证水印，矢量地图脆弱水印方法能够检测并定位发生篡改的数据单元。当前，人们在矢量地图脆弱水印方面的研究已经取得了一些研究成果。邵承永等人于2005年首先给出了一种定位篡改顶点的可逆脆弱水印算法。该算法能检测矢量地图是否发生篡改，但定位增加/删除顶点攻击的能力还有待加强。Zheng和Yo本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种定位篡改图元组的矢量地图完整性认证方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)图元顶点分类；将矢量地图图元的顶点划分为两类：标记顶点和非标记顶点，标记顶点用于嵌入其所在图元所属图元组的组别信息(即标记)，非标记顶点可嵌入认证水印，将每个线图元的第一个顶点和最后一个顶点视为其标记顶点，其他顶点视为非标记顶点；(2)基于模拟退火方法的图元组自适应划分；依据每个图元的非标记顶点数目，将矢量地图的图元划分为若干组，将得到的最优图元组划分方法记为Sbest，假设Sbest划分的图元组数目为g(Sbest)，Sbest的第i(j＝1,2,…,g(Sbest))个图元组为

【技术特征摘要】
1.一种定位篡改图元组的矢量地图完整性认证方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)图元顶点分类；将矢量地图图元的顶点划分为两类：标记顶点和非标记顶点，标记顶点用于嵌入其所在图元所属图元组的组别信息(即标记)，非标记顶点可嵌入认证水印，将每个线图元的第一个顶点和最后一个顶点视为其标记顶点，其他顶点视为非标记顶点；(2)基于模拟退火方法的图元组自适应划分；依据每个图元的非标记顶点数目，将矢量地图的图元划分为若干组，将得到的最优图元组划分方法记为Sbest，假设Sbest划分的图元组数目为g(Sbest)，Sbest的第i(j＝1,2,…,g(Sbest))个图元组为中图元的数目为中第个图元为(3)生成认证水印；生成步骤(2)中每个图元组的认证水印；将图元组的认证水印记为Hj＝{hj,i∈{0,1},i＝0,1,...,L-1}，其中，L表示Hj中比特的数目，hj,i(i＝0,1,…,L–1)表示Hj的第i个比特，将Hj转换为待嵌入水印序列Wj＝{wj,i|wj,i＝0,1,…,2c–1,i＝0,1,…,Nr–1}，wj,i＝hj,i×c×2c-1+hj,i×c+1×2c-2+…+hj,(i+1)×c-1×20；(4)嵌入认证水印；利用基于量化的可逆信息隐藏方法，将步骤(3)中生成的待嵌入水印序列Wj(j＝1,2,…,g(Sbest))嵌入到图元组的前个非标记顶点中；在图元组中嵌入其对应的认证水印Hj后，得到含水印图元组将的含水印线图元记为(5)标记图元；利用步骤(4)的信息嵌入方法，在含水印图元组的每个线图元的标记顶点的坐标中嵌入组别信息(即该组的索引值j)，在每个图元中嵌入标记后，得到含标记矢量地图；(6)水印认证及原始数据恢复；依据图元标记及可逆信息隐藏方法，恢复矢量地图数据并定位篡改，具体步骤如下：(6.1)识别原始图元组；从每个线图元的标记顶点中提取嵌入的标记，并将标记顶点恢复至嵌入标记前的状态，利用标记识别每个图元组的图元，得到含水印图元组(6.2)水印提取及原始数据恢复；从每个含水印图元组中提取认证水印并恢复矢量地图原始数据，将恢复数据后的含水印图元组记为从中提取出的水印序列记为Wj'＝{wj,i'|wj,i'＝0,1,…,2c–1,i＝0,1,…,Nr–1}，利用以下公式，将Wj'转化为二进制序列Hj'＝{hj,i'|hj,i'∈{0,1},i＝0,1,…,L–1}，(6.3)生成认证水印；利用步骤(3)的方法，生成每个恢复数据后的图元组的认证水印，假设为图元组生成的认证水印为Hj”＝{hj,i”|hj,i”∈{0,1},i＝0,1,…,L–1}；(6.4)水印认证；依据图元组中提取出的水印Hj'和生成的水印Hj”，判定该图元组是否发生篡改，若Hj'＝Hj”，则该组未发生篡改；否则，该组发生了篡改，验证完每个图元组的完整性后，显示所有被篡改的图元。2.根据权利要求1所述的定位篡改图元组的矢量地图完整性认证方法，其特征在于：定义利用模拟退火方法自适应划分图元组所需的解为：将矢量地图M的所有线图元的一种排列视为一个解，假设矢量地图M包含N个线图元，将Sr＝{P1,P2,…,PN}视为一个解，Pi(i＝1,2,…,N)表示解Sr中第i(j＝1,2,…,N)个线图元。3.根据权利要求1所述的定位篡改图元组的矢量地图完整性认证方法，其特征在于：定义利用模拟退火方法自适应划分图元组所需的评价函数为：Cost(Sr)＝N-g(Sr)，其中，Cost(Sr)为解Sr的评价函数值，其中，g(Sr)表示解Sr能够划分的图元组数目，计算g(Sr)的具体方法如下：(2.1)设定每个图元组需满足的条件，假设每个图元组需嵌入的认证水印的比特数目为L(L≥1)，每个非标记顶点坐标可隐藏的信息比特数目为c，则每个图元组至少包含个非标记顶点，才能完全嵌入L比特的认证水印，假设一个图元组中非标记顶点的数目为Nc(Nc≥0)，则该图元组需满足如下条件：Nc≥Nr(2.2)选取解Sr的第一个图元组，将线图元Pi的非标记顶点数目记为解Sr的第j(j>0)个图元组记为Gj，将解Sr的前个线图元划分至第一个图元组G1中，其中为满足如下关系的最小正整数(2.3)将余下的解Sr的线图元划分为各个图元组，对于每个图元组Gj(j>1)，将解Sr余下的解Sr的前个线图元划分给该组，为满足如下关系的最小正整数

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