CN104063840B - 一种可识别修改类型的矢量地图水印方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可识别修改类型的矢量地图水印方法，包括水印嵌入方法和水印检测方法；水印嵌入方法包括以下子步骤：步骤1.1：标识地物并分组；步骤1.2：生成并嵌入分组弱水印；步骤1.3：生成并嵌入地物弱水印；水印检测方法包括以下子步骤：步骤2.1：标识地物并分组；步骤2.2：检测分组弱水印；步骤2.3：检测地物弱水印；步骤2.4：定位修改并识别修改类型。本发明的技术方案创造性地提出，基于弱水印检测地物修改并识别修改类型。因此，本发明具有如下优点：1.具有良好的脆弱性；2.具有精细的检测粒度；3.具有识别攻击类型的能力。

Description

一种可识别修改类型的矢量地图水印方法

技术领域

本发明属于信息安全技术领域，涉及一种水印方法，尤其是涉及一种可识别修改类型的矢量地图水印方法。

背景技术

地理信息系统(Geographic Information System，GIS)在生活中的应用越来越普及与重要。例如，路径规划、车载导航、地籍管理、基于位置的服务等应用均需GIS系统的支持。矢量地图是GIS应用的基础，其获取、构建和维护是一项复杂、工作量巨大的工程，需耗费大量的物力和财力。为了节约成本，GIS应用提供商往往需租赁地理数据以支持服务。在此过程中，应用提供商需验证数据完整性以保证服务质量。

数字水印是一种有效的数字数据完整性验证技术，它基于数据生成一个数据摘要，进而将此摘要以水印的形式嵌入至数据之中。检测时，检测算法除基于数据生成摘要外，同时从数据中检测嵌入时的摘要，进而比较此两个摘要以感知数据修改。目前，数字水印已经被广泛应用于各种多媒体数据的完整性验证，如音频文件、视频文件以及地理数据。然而，对矢量地图而言，目前的方法仅能定位修改，即地图中某部分地物遭受了增加、删除或修改攻击，却无法识别修改类型。

发明内容

本发明主要是解决现有方法所存在的上述技术问题，提供了一种可识别修改类型的矢量地图水印方法。

采用的技术方案是：一种可识别修改类型的矢量地图水印方法，其特征在于：包括水印嵌入方法和水印检测方法；

首先定义矢量地图VM＝{O₁,O₂,...,O_n}是一个包含n个地物的集合，每个地物O_i＝<p₀,p₁,...,p_li-1>由一组l_i个有序顶点组成，每个顶点p_j＝(x_j,y_j)由一对x坐标与y坐标标识；所述的每个地物O_i，均存在一个与其对应的转角函数的标准化积分值T_i可用于唯一标识该地物；

定义bs(a),hb(a,b)与bit(a,b)分别返还(a)₂的位数、(a)₂中高于b的数位以及第b位，其中，b为制定数位，(a)₂代表a的二进制数值；定义如果b≤bs(a),msb(a,b)返还(a)₂的前b位，否则msb(a,b)返还(a)₂||msb(a,b-bs(a))，其中，||代表字符串连接；

基于上述定义，所述的水印嵌入方法包括以下子步骤：

步骤1.1：标识地物并分组；

步骤1.2：生成并嵌入分组弱水印；

步骤1.3：生成并嵌入地物弱水印；

基于上述定义，所述的水印检测方法包括以下子步骤：

步骤2.1：标识地物并分组；

步骤2.2：检测分组弱水印；

步骤2.3：检测地物弱水印；

步骤2.4：定位修改并识别修改类型。

作为优选，步骤1.1中所述的标识地物并分组，其具体实现过程包括以下子步骤：

步骤1.1.1：对地物O_i，求取地物标识id_i：id_i＝hb(T_i,γ)，其中γ为用户指定参数；

步骤1.1.2：依据id_i将地物划分至分组G_j：G_j＝H(id_i||K)mod g，其中H()为加密哈希函数，K为用户密钥，mod表示求余，g为分组数，由用户给定。

作为优选，步骤1.2中所述的生成并嵌入分组弱水印，其具体实现过程包括以下子步骤：

步骤1.2.1：根据步骤1.1所求取的地物分组，对每个分组求取分组种子S_i：其中m_i为组内地物数，id_j≤id_j+1；

步骤1.2.2：对每个地物O_j∈G_i，生成该地物的分组水印

步骤1.2.3：将的第k位嵌入至O_j的第k个顶点的x坐标之中，即， 其中τ为地图的二进制精度位。

作为优选，步骤1.3中所述的生成并嵌入地物弱水印，其具体实现过程包括以下子步骤：

步骤1.3.1：对每个地物O_i，生成地物弱水印W_j ^o：

步骤1.3.2：将W_j ^o的第k位嵌入至O_j的第k个顶点的y坐标之中，即，bit(y_k,τ)＝bit(W_j ^o,k)。

作为优选，步骤2.1中所述的标识地物并分组，其具体实现过程包括以下子步骤：

步骤2.1.1：对地物O_i，求取地物标识id_i：id_i＝hb(T_i,γ)，其中γ为用户指定参数；

步骤2.1.2：依据id_i将地物划分至分组G_j：G_j＝H(id_i||K)mod g，其中H()为加密哈希函数，K为用户密钥，mod表示求余，g为分组数，由用户给定。

作为优选，步骤2.2中所述的检测分组弱水印，其具体实现过程包括以下子步骤：

步骤2.2.1：根据步骤2.1所求取的地物分组，对每个分组求取分组种子S_i：其中m_i为组内地物数，id_j≤id_j+1；

步骤2.2.2：对每个地物O_j∈G_i，生成该地物的分组弱水印

步骤2.2.3：定义检测分组弱水印为从O_j的第k个顶点的x坐标之中检测的第k位，即，

步骤2.2.4：比较与若二者相同，则地物O_j的分组弱水印检测结果为True，否则为False。

作为优选，步骤2.3中所述的检测地物弱水印，其具体实现过程包括以下子步骤：

步骤2.3.1：对每个地物O_i，生成地物弱水印W_j ^o：

步骤2.3.2：定义检测地物弱水印为W_j ^od，从O_j的第k个顶点的y坐标之中检测W_j ^od的第k位，即，bit(W_j ^od,k)＝bit(y_k,τ)；

步骤2.3.3：比较W_j ^o与W_j ^od，若二者相同，则地物O_j的地物弱水印检测结果D_j ^o为True，否则D_j ^o为False。

作为优选，步骤2.4中所述的定位修改并识别修改类型，其具体实现过程为依据步骤2.2与步骤2.3中的检测结果，遭受了地物删除攻击的分组G_del可定位为增加的地物O_add可定位为其中，G^T _i＝{O_j|O_j∈G_i,v^o _j＝True}，代表着地物水印检测结果为True的地物的集合；修改的地物O_mod可定位为其中argG(O_i)返还O_i所在分组。

本发明的技术方案创造性地提出，基于弱水印检测地物修改并识别修改类型。因此，本发明具有如下优点：

1.具有良好的脆弱性；

2.具有精细的检测粒度；

3.具有识别攻击类型的能力。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明所采用的技术方案是：一种可识别修改类型的矢量地图水印方法，包括水印嵌入方法和水印检测方法；

首先定义矢量地图VM＝{O₁,O₂,...,O_n}是一个包含n个地物的集合，每个地物O_i＝<p₀,p₁,...,p_li-1>由一组l_i个有序顶点组成，每个顶点p_j＝(x_j,y_j)由一对x坐标与y坐标标识；每个地物O_i，均存在一个与其对应的转角函数的标准化积分值T_i可用于唯一标识该地物；

定义bs(a),hb(a,b)与bit(a,b)分别返还(a)₂的位数、(a)₂中高于b的数位以及第b位，其中，b为制定数位，(a)₂代表a的二进制数值；定义如果b≤bs(a),msb(a,b)返还(a)₂的前b位，否则msb(a,b)返还(a)₂||msb(a,b-bs(a))，其中，||代表字符串连接；

基于上述定义，水印嵌入方法包括以下子步骤：

步骤1.1：标识地物并分组；其具体实现过程包括以下子步骤：

步骤1.1.1：对地物O_i，求取地物标识id_i：id_i＝hb(T_i,γ)，其中γ为用户指定参数；

步骤1.1.2：依据id_i将地物划分至分组G_j：G_j＝H(id_i||K)mod g，其中H()为加密哈希函数，K为用户密钥，mod表示求余，g为分组数，由用户给定。

步骤1.2：生成并嵌入分组弱水印；其具体实现过程包括以下子步骤：

步骤1.2.1：根据步骤1.1所求取的地物分组，对每个分组求取分组种子S_i：其中m_i为组内地物数，id_j≤id_j+1；

步骤1.2.2：对每个地物O_j∈G_i，生成该地物的分组水印

步骤1.2.3：将的第k位嵌入至O_j的第k个顶点的x坐标之中，即， 其中τ为地图的二进制精度位。

步骤1.3：生成并嵌入地物弱水印；其具体实现过程包括以下子步骤：

步骤1.3.1：对每个地物O_i，生成地物弱水印W_j ^o：

步骤1.3.2：将W_j ^o的第k位嵌入至O_j的第k个顶点的y坐标之中，即，bit(y_k,τ)＝bit(W_j ^o,k)。

基于上述定义，水印检测方法包括以下子步骤：

步骤2.1：标识地物并分组；其具体实现过程包括以下子步骤：

步骤2.1.1：对地物O_i，求取地物标识id_i：id_i＝hb(T_i,γ)，其中γ为用户指定参数；

步骤2.1.2：依据id_i将地物划分至分组G_j：G_j＝H(id_i||K)mod g，其中H()为加密哈希函数，K为用户密钥，mod表示求余，g为分组数，由用户给定。

步骤2.2：检测分组弱水印；其具体实现过程包括以下子步骤：

步骤2.2.1：根据步骤2.1所求取的地物分组，对每个分组求取分组种子S_i：其中m_i为组内地物数，id_j≤id_j+1；

步骤2.2.2：对每个地物O_j∈G_i，生成该地物的分组弱水印

步骤2.2.3：定义检测分组弱水印为从O_j的第k个顶点的x坐标之中检测的第k位，即，

步骤2.2.4：比较与若二者相同，则地物O_j的分组弱水印检测结果为True，否则为False。

步骤2.3：检测地物弱水印；其具体实现过程包括以下子步骤：

步骤2.3.1：对每个地物O_i，生成地物弱水印W_j ^o：

步骤2.3.2：定义检测地物弱水印为W_j ^od，从O_j的第k个顶点的y坐标之中检测W_j ^od的第k位，即，bit(W_j ^od,k)＝bit(y_k,τ)；

步骤2.3.3：比较W_j ^o与W_j ^od，若二者相同，则地物O_j的地物弱水印检测结果D_j ^o为True，否则D_j ^o为False。

步骤2.4：定位修改并识别修改类型；其具体实现过程为依据步骤2.2与步骤2.3中的检测结果，遭受了地物删除攻击的分组G_del可定位为 增加的地物O_add可定位为其中，G^T _i＝{O_j|O_j∈G_i,v^o _j＝True}，代表着地物水印检测结果为True的地物的集合；修改的地物O_mod可定位为其中argG(O_i)返还O_i所在分组。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (2)

1.一种可识别修改类型的矢量地图水印方法，其特征在于：包括水印嵌入方法和水印检测方法；

首先定义矢量地图VM＝{O₁,O₂,...,O_n}是一个包含n个地物的集合，每个地物O_i＝<p₀,p₁,...,p_li-1>由一组l_i个有序顶点组成，每个顶点p_j＝(x_j,y_j)由一对x坐标与y坐标标识；所述的每个地物O_i，均存在一个与其对应的转角函数的标准化积分值T_i可用于唯一标识该地物；

定义bs(a),hb(a,b)与bit(a,b)分别返还(a)₂的位数、(a)₂中高于b的数位以及第b位，其中，b为制定数位，(a)₂代表a的二进制数值；定义如果b≤bs(a),msb(a,b)返还(a)₂的前b位，否则msb(a,b)返还(a)₂||msb(a,b-bs(a))，其中，||代表字符串连接；

基于上述定义，所述的水印嵌入方法包括以下子步骤：

步骤1.1：标识地物并分组；其具体实现过程包括以下子步骤：

步骤1.1.1：对地物O_i，求取地物标识id_i：id_i＝hb(T_i,γ)，其中γ为用户指定参数；

步骤1.1.2：依据id_i将地物划分至分组G_j：G_j＝H(id_i||K)mod g，其中H()为加密哈希函数，K为用户密钥，mod表示求余，g为分组数，由用户给定；

步骤1.2：生成并嵌入分组弱水印；其具体实现过程包括以下子步骤：

步骤1.2.1：根据步骤1.1所求取的地物分组，对每个分组求取分组种子S_i：其中m_i为组内地物数，id_j≤id_j+1；

步骤1.2.2：对每个地物O_j∈G_i，生成该地物的分组水印W_j ^g：W_j ^g＝msb(H(id_j||S_i||K),l_j)；

步骤1.2.3：将W_j ^g的第k位嵌入至O_j的第k个顶点的x坐标之中，即，bit(x_k,τ)＝bit(W_j ^g,k)，其中τ为地图的二进制精度位；

步骤1.3：生成并嵌入地物弱水印；

基于上述定义，所述的水印检测方法包括以下子步骤：

步骤2.1：标识地物并分组；其具体实现过程包括以下子步骤：

步骤2.1.1：对地物O_i，求取地物标识id_i：id_i＝hb(T_i,γ)，其中γ为用户指定参数；

步骤2.1.2：依据id_i将地物划分至分组G_j：G_j＝H(id_i||K)mod g，其中H()为加密哈希函数，K为用户密钥，mod表示求余，g为分组数，由用户给定；

步骤2.2：检测分组弱水印；其具体实现过程包括以下子步骤：

步骤2.2.1：根据步骤2.1所求取的地物分组，对每个分组求取分组种子S_i：其中m_i为组内地物数，id_j≤id_j+1；

步骤2.2.2：对每个地物O_j∈G_i，生成该地物的分组弱水印W_j ^g：W_j ^g＝msb(H(id_j||S_i||K),l_j)；

步骤2.2.3：定义检测分组弱水印为W_j ^gd，从O_j的第k个顶点的x坐标之中检测W_j ^gd的第k位，即，bit(W_j ^gd,k)＝bit(x_k,τ)；

步骤2.2.4：比较W_j ^g与W_j ^gd，若二者相同，则地物O_j的分组弱水印检测结果D_j ^g为True，否则D_j ^g为False；

步骤2.3：检测地物弱水印；其具体实现过程包括以下子步骤：

步骤2.3.1：对每个地物O_i，生成地物弱水印W_j ^o：

步骤2.3.2：定义检测地物弱水印为W_j ^od，从O_j的第k个顶点的y坐标之中检测W_j ^od的第k位，即，bit(W_j ^od,k)＝bit(y_k,τ)；

步骤2.3.3：比较W_j ^o与W_j ^od，若二者相同，则地物O_j的地物弱水印检测结果D_j ^o为True，否则D_j ^o为False；

步骤2.4：定位修改并识别修改类型；其具体实现过程为依据步骤2.2与步骤2.3中的检测结果，遭受了地物删除攻击的分组G_del可定位为 增加的地物O_add可定位为其中，G^T _i＝{O_j|O_j∈G_i,v^o _j＝True}，代表着地物水印检测结果为True的地物的集合；修改的地物O_mod可定位为其中argG(O_i)返还O_i所在分组。

2.根据权利要求1所述的可识别修改类型的矢量地图水印方法，其特征在于：步骤1.3中所述的生成并嵌入地物弱水印，其具体实现过程包括以下子步骤：

步骤1.3.1：对每个地物O_i，生成地物弱水印W_j ^o：

步骤1.3.2：将W_j ^o的第k位嵌入至O_j的第k个顶点的y坐标之中，即，bit(y_k,τ)＝bit(W_j ^o,k)。