CN102254007A - 基于差值扩大的线面类型gis矢量数据伪装与还原方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于差值扩大技术进行线面类型GIS矢量数据伪装与还原的方法，属于地理信息安全领域。本发明的数据伪装处理步骤：先设置密钥文件，再逐个读取要素的数据；基于密钥选择点对进行数据的伪装；将每个要素都处理完毕后保存伪装的数据。经本发明的方法进行伪装处理后，由于坐标点位置发生了变化，导致数据本身也发生了一定变化，对于数据精度质量要求较高的GIS矢量数据来说，这一处理显著降低了数据质量和数据使用价值，限制了非法拷贝或拦截数据的正常使用，达到一定的数据保护目的。本发明的方法可以成功地应用于线、面类型GIS矢量数据的伪装与还原处理，一定程度上满足了GIS矢量数据的隐藏通信与安全传输需求。

Description

基于差值扩大的线面类型GIS矢量数据伪装与还原方法

技术领域

本发明属于地理信息安全领域，具体涉及一种基于差值扩大技术进行线面类型GIS矢量数据伪装与还原的方法。

背景技术

地理信息的安全防护涉及国家安全和社会利益，是当前急需解决的国家和社会重大需求问题。作为国家空间数据基础设施主要数据内容的GIS矢量数据，其信息安全研究更是至关重要。

目前，信息伪装已成为信息安全研究中除密码学之外的另一重要分支。国内外相关研究文献及专利检索结果分析表明，目前，在信息伪装的研究方面，所研究的载体数据类型主要包括图像、视频、遥感影像、DEM等。但是，矢量数据由于其具有无固定存储顺序的数据组织、多样的数据格式、强大的可视化表达手段、复杂的投影变换、繁多的空间分析应用，以及精度高、冗余少等诸多方面的特性，使得针对矢量数据的信息伪装研究具有一定的特殊性和较大难度。

发明内容

本发明的目的在于：基于差值扩大技术，提出一种针对线面类型GIS矢量数据的伪装与还原方法，从而有效提高GIS矢量数据在数据传输、发行过程中的安全性。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案主要包括以下过程：

(1)伪装过程：

步骤一：读取二进制格式的长度为n的随机序列信息M＝{M_i}，其中i＝1，2，…，n；

步骤二：打开一个线面类型GIS矢量数据文件，依次读取每一要素的空间数据，计算该要素中坐标点的个数m并判断该要素是否需进行伪装处理，

(a)若m＞＝2n，则按照

分为L组，转入步骤三进行伪装处理；

(b)若m＜2n，则本要素不进行数据伪装处理；

步骤三：对要素F中的每一分组F_j，将其中的数据f_i依次两两配对，形成点对集合G，其表达形式为{(f₁，f₂)，(f₃，f₄)，…，(f_2*n-1，f_2*n)}，并根据密钥循环从分组F_j中筛选需进行伪装处理的数据对G_i，其中j＝1，2，…，L；i＝1，2，…，n；筛选规则为：

i)如果M_i＝1，基于步骤四进行数据对G_i的伪装处理；

ii)如果M_i＝0，数据对G_i不进行处理；

步骤四：数据对G_i的伪装处理，

(a)将数据对中原本是小数的坐标f_i变成整数x_i，公式如下：

x_i＝f_i×K(i＝1，2)        (1)

其中，K是根据数据的小数位数计算设定的坐标扩大倍数；

(b)然后依据下式(2)、(3)分别计算两个配对点坐标值的差值d和整数平均值m；

d＝x₁-x₂                  (2)

(c)依据下式(4)将差值d扩大一倍：

d′＝2×d                 (4)

再按照式(2)、(3)的逆变换公式(5)、(6)计算差值扩大处理后的点对横坐标数据x₁′、x₂′，公式如下：

(d)依据下式(7)将数据还原为f_i′：

f_i′＝x_i′/K(i＝1，2)     (7)

步骤五：循环步骤二至四，直至每一要素处理完毕后，保存伪装后的数据文件；

(2)还原过程：

步骤一：读取二进制格式的长度为n的随机序列信息M＝{M_i}，其中i＝1，2，…，n；

步骤二：打开一个线面类型GIS矢量数据文件，依次读取每一要素的空间数据，计算该要素中坐标点的个数m并判断该要素是否需进行还原处理，

(a)若m＞＝2n，则按照

分为L组，转入步骤三进行还原处理；

(b)若m＜2n，则本要素不进行数据还原处理；

步骤三：对要素F中的每一分组F_j，将其中的数据f_i依次两两配对，形成点对集合G，其表达形式为{(f₁，f₂)，(f₃，f₄)，…，(f_2*n-1，f_2*n)}，并根据密钥循环从分组F_j中筛选需进行伪装处理的数据对G_i，其中j＝1，2，…，L；i＝1，2，…，n；筛选规则为：

i)如果M_i＝1，基于步骤四进行数据对G_i的还原处理；

ii)如果M_i＝0，数据对G_i不进行处理；

步骤四：数据对G_i的还原处理，

(a)将数据对中原本是小数的坐标f_i′变成整数x_i′，公式如下：

x_i′＝f_i′×K    (i＝1，2)    (8)

其中，K是根据数据的小数位数计算设定的坐标扩大倍数；

(b)然后依据下式(9)、(10)分别计算每两个配对点坐标值的差值d′和整数平均值m′；

d′＝x₁′-x₂′                (9)

(c)依据下式(11)将差值d′缩小一倍：

再按照下式(12)、(14)计算处理后点对x₁、x₂的横坐标数据，公式如下：

(d)依据下式(14)将数据还原为f_i：

f_i＝x_i/K(i＝1，2)             (14)

步骤五：循环步骤二至四，直至每一要素处理完毕后，保存还原后的数据文件。

在上述伪装过程的步骤四中，由于同一地图内一要素前后相邻点之间距离相对比较近，其差值扩大一倍不会产生溢出，所以本方法中不进行容限条件判别。

本发明根据GIS矢量数据的数据组织特点与差值扩大原理，提出了一种针对线面类型GIS矢量数据的伪装与还原方法，通过本发明的方法能够限制非法拷贝或拦截数据的正常使用，达到一定的数据保护目的，可应用于线面类型GIS矢量数据的隐藏通信与安全传输方面。

附图说明

图1本发明实施例选取的实验数据。

图2是本发明方法的数据伪装流程图。

图3是本发明方法的数据还原流程图。

图4是本发明实施例中原始数据与伪装数据的局部对比图(灰色部分为二者不一致部分)。

具体实施方式

下面结合附图和实施例做进一步详细说明。

本实例选择一典型的shp面图层数据，针对数据的读取、伪装处理、数据还原的整个过程，进一步详细说明本发明。本实施例选择全国1∶400万的省界图层数据(如图1)作为实验数据。密钥序列为：“1001010111100001”。

(1)针对GIS矢量数据的差值扩大伪装处理。

步骤一：读取随机序列信息“1001010111100001”。

步骤二：打开省界图层数据文件，依次读取每一要素的空间数据，计算当前处理要素中坐标点的个数m并判断该要素是否需进行伪装处理。

所读取第一个要素的坐标点个数为923。因为m＞2n，按照

分为28组。该要素转入步骤三进行伪装处理。

步骤三：对要素F中的每一分组F_j，将其中的横坐标数据f_i依次两两配对，形成点对集合G，其表达形式为{(f₁，f₂)，(f₃，f₄)，…，(f_2*n-1，f_2*n)}，并根据密钥筛选分组F_j中需进行伪装处理的数据对G_i(i＝1，2，…，n)。在本实施例中，28个分组中每组的第1、4、6、8、9、10、11、16等相关点对数据进行需进行伪装数据处理。

步骤四：数据对G_i的伪装处理。下面以数据对(121.518409707072，121.499542250004)为例进行说明：

(a)基于公式(1)将数据对中原本是小数的坐标f_i变成整数x_i。在本实施例中K取值为10¹²。经处理后，x₁＝121518409707072，x₂＝121499542250004。

(b)然后依据公式(2)、(3)分别计算出两个配对点坐标值的差值d＝18867457068和整数平均值m＝121508975978538；

(c)依据公式(4)将差值扩大一倍，为37734914136。按照变换公式(5)、(6)计算差值扩大处理后点对x₁′、x₂′的横坐标数据，分别为121527843435606、121490108521470。

(d)依据公式(7)将数据伪装为f_i，分别为：121.527843435606、121.490108521470。

步骤五：循环步骤二至四，直至每一要素处理完毕后，保存伪装后的数据文件。

(2)针对shape面矢量数据的数据还原处理。

步骤一：读取随机序列信息“1001010111100001”。

步骤二：打开省界图层伪装后的数据文件，依次读取每一要素的空间数据，计算当前处理要素中坐标点的个数m并判断该要素是否需进行还原处理。

所读取第一个要素的坐标点个数为923。因为m＞2n，按照

分为28组。该要素转入步骤三进行还原处理。

步骤三：对要素F中的每一分组F_j，将其中的横坐标数据f_i依次两两配对，形成点对集合G，其表达形式为{(f₁，f₂)，(f₃，f₄)，…，(f_2*n-1，f_2*n)}，并根据密钥筛选分组F_j中需进行还原处理的数据对G_i(i＝1，2，…，n)。在本实施例中，28个分组中每组的第1、4、6、8、9、10、11、16等相关点对数据进行需进行还原处理。

步骤四：数据对G_i的还原处理。下面以数据对(121.527843435606、121.490108521470)为例进行说明：

(a)基于公式(8)将数据对中原本是小数的坐标f_i′变成整数x_i′。在本实施例中K取值为10¹²。经处理后，x₁′＝121527843435606，x₂′＝121490108521470。

(b)然后依据公式(9)、(10)分别计算出两个配对点坐标值的差值d′＝37734914136和整数平均值m′＝121508975978538；

(c)依据公式(11)将差值缩小一倍，为18867457068。按照变换公式(12)、(13)计算点对x₁、x₂的横坐标数据，分别为121518409707072，121499542250004。

(d)依据公式(14)将数据还原为f_i′，分别为：121.518409707072，121.499542250004。

步骤五：循环步骤二至四，直至每一要素处理完毕后，保存还原后的数据文件。

由上述实施例的效果图(图4)可知：数据经伪装处理后，虽仍为正确的shp数据，但灰色的部分(代表原始数据与伪装后数据之间的差别)可以显示出，由于坐标点位置发生了变化，数据本身也发生了一定变化，对于数据精度质量要求较高的GIS矢量数据来说，这一处理显著降低了数据质量和数据使用价值，限制了非法拷贝或拦截数据的正常使用，达到一定的数据保护目的。只有合法用户获取到密钥文件，才能正确、无误地还原数据。

本发明实施例中仅以shp格式的面图层数据的横坐标进行数据伪装与还原处理，该方法也可以适用于针对纵坐标进行数据伪装与还原处理。该方法也可以同时对横坐标、纵坐标进行数据伪装与还原处理。

本发明实施例中仅以面图层数据进行数据伪装与还原处理，该方法也可以适用于线图层数据。

本发明实施例中仅以shp格式的GIS矢量数据进行数据伪装与还原处理，该方法也适用于GML、E00、MIF等其它格式GIS矢量数据的数据伪装与还原处理。

Claims (2)

1.基于差值扩大的线面类型GIS矢量数据伪装与还原方法，包括以下过程：

(1)伪装过程：

步骤一：读取二进制格式的长度为n的随机序列信息M＝{M_i}，其中i＝1，2，…，n；

步骤二：打开一个线面类型GIS矢量数据文件，依次读取每一要素的空间数据，计算该要素中坐标点的个数m并判断该要素是否需进行伪装处理，

(a)若m＞＝2n，则按照

分为L组，转入步骤三进行伪装处理；

(b)若m＜2n，则本要素不进行数据伪装处理；

步骤三：对要素F中的每一分组F_j，将其中的数据f_i依次两两配对，形成点对集合G，其表达形式为{(f₁，f₂)，(f₃，f₄)，…，(f_2*n-1，f_2*n)}，并根据密钥循环从分组F_j中筛选需进行伪装处理的数据对G_i，其中j＝1，2，…，L；i＝1，2，…，n，筛选规则为：

i)如果M_i＝1，基于步骤四进行数据对G_i的伪装处理；

ii)如果M_i＝0，数据对G_i不进行处理；

步骤四：数据对G_i的伪装处理，

(a)将数据对中原本是小数的坐标f_i变成整数x_i，公式如下：

x_i＝f_i×K(i＝1，2)    (1)

其中，K是根据数据的小数位数计算设定的坐标扩大倍数；

(b)然后依据下式(2)、(3)分别计算两个配对点坐标值的差值d和整数平均值m；

d＝x₁-x₂              (2)

(c)依据下式(4)将差值d扩大一倍：

d′＝2×d             (4)

再按照式(2)、(3)的逆变换公式(5)、(6)计算差值扩大处理后的点对横坐标数据x₁′、x₂′，公式如下：

(d)依据下式(7)将数据还原为f_i′：

f_i′＝x_i′/K  (i＝1，2)        (7)

步骤五：循环步骤二至四，直至每一要素处理完毕后，保存伪装后的数据文件；

(2)还原过程：

步骤一：读取二进制格式的长度为n的随机序列信息M＝{M_i}，其中i＝1，2，…，n；

步骤二：打开一个线面类型GIS矢量数据文件，依次读取每一要素的空间数据，计算该要素中坐标点的个数m并判断该要素是否需进行还原处理，

(a)若m＞＝2n，则按照

分为L组，转入步骤三进行还原处理；

(b)若m＜2n，则本要素不进行数据还原处理；

步骤三：对要素F中的每一分组F_j，将其中的数据f_i依次两两配对，形成点对集合G，其表达形式为{(f₁，f₂)，(f₃，f₄)，…，(f_2*n-1，f_2*n)}，并根据密钥循环从分组F_j中筛选需进行伪装处理的数据对G_i，其中j＝1，2，…，L；i＝1，2，…，n；筛选规则为：

i)如果M_i＝1，基于步骤四进行数据对G_i的还原处理；

ii)如果M_i＝0，数据对G_i不进行处理；

步骤四：数据对G_i的还原处理，

(a)将数据对中原本是小数的坐标f_i′变成整数x_i′，公式如下：

x_i′＝f_i′×K    (i＝1，2)    (8)

其中，K是根据数据的小数位数计算设定的坐标扩大倍数；

(b)然后依据下式(9)、(10)分别计算每两个配对点坐标值的差值d′和整数平均值m′；

d′＝x₁′-x₂′                (9)

(c)依据下式(11)将差值d′缩小一倍：

再按照下式(12)、(14)计算处理后点对x₁、x₂的横坐标数据，公式如下：

(d)依据下式(14)将数据还原为f_i：

f_i＝x_i/K(i＝1，2)        (14)

步骤五：循环步骤二至四，直至每一要素处理完毕后，保存还原后的数据文件。

2.根据权利要求1所述的基于差值扩大的线面类型GIS矢量数据伪装与还原方法，其特征在于，所述的伪装过程和还原过程同样适用于对数据纵坐标的处理，或者同时对数据的横坐标、纵坐标进行处理。

Images