CN111461954A - 一种基于空间信息网络的图像安全分发系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于空间信息网络的图像安全分发系统及方法，属于信息网络安全领域，包括分发中心、通信卫星和用户终端，其作为空间信息网络中的节点顺次连接；采用图像数据分割方法将分层编码后的图像数据分为关键部分和公共部分；关键部分通过部署于地面的分发中心实现集中分发和传输，用户从分发中心获取的关键部分将被嵌入数字水印，以达到对分发内容的追溯，并且关键部分将通过安全信道实现安全传输；公共部分则通过空间信息网络的网内缓存自由分发，可以实现对图像内容的高效分发和传输。本发明通过对图像数据的分割，将集中分发与网内缓存分发相结合，解决分发内容难以追溯问题，提高了图像数据分发系统的安全性。

Description

一种基于空间信息网络的图像安全分发系统及方法

技术领域

本发明涉及信息网络安全领域，更为具体地，涉及一种基于空间信息网络的图像安全分发系统及方法。

背景技术

空间信息网络是未来网络体系中重要的信息基础设施，而遥感是空间信息网络中最有前途的空间服务类型之一。空间信息网络中的图像分发是指分发系统能够根据用户的需求将承载遥感信息的图像等内容发送给用户，满足用户获取图像的需要。而图像安全分发是指在分发的过程中要保证图像数据的安全，即第三方不能通过非法手段获取图像数据，无法得到图像中包含的数据信息。

为了实现对内容数据的安全分发，文献“雒江涛，何宸，王俊霞，命名数据网络中可追溯且轻量级的细粒度访问控制机制[J].电子与信息学报,2019,41(10):2428-2434.”首先使用对称密钥对内容数据进行加密，这部分加密后的内容可以通过网内缓存方式分发，然后使用所提出的一种访问控制机制以实现对内容密钥的高效分发，只有授权用户才能获取密钥，从而用户使用该密钥对网内缓存中获得的数据内容解密，实现了内容安全分发。该方法存在的不足之处是，加密的内容数据以网内缓存方式分发，任意用户都可以获取这些数据，授权用户获得解密密钥后可能泄露密钥，存在对密钥的非法再分发问题，那么非授权用户也能够轻易的获得解密的内容数据，并且该方法无法查出泄露信息的来源，即无法实现叛徒追踪。因此，上述方法因为无法实现对分发内容的追溯，存在安全风险。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于空间信息网络的图像安全分发系统及方法，用以克服现有的图像安全分发方法存在安全性差，不具备可追溯性的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种基于空间信息网络的图像安全分发系统，包括分发中心、通信卫星和用户终端，所述分发中心，用于存储分发系统全部图像数据；所述通信卫星，用于分发系统的数据传输工作，并且具有一定的存储空间；所述用户终端为分发系统的服务对象，发起图像业务请求并接收所请求的数据，通过专用软件查看所接收的图像数据；所述分发中心、通信卫星和用户终端作为空间信息网络中的节点顺次连接；所述空间信息网络包括地面网络，所述地面网络上设置有分发中心，所述分发中心与所述用户终端通过无线链路连接，所述分发中心还用于接收各用户终端的图像业务请求，并将不同业务请求的图像数据发送至所述用户终端。

进一步的，所述通信卫星，还用于根据用户需求动态缓存数据。

进一步的，当用户请求与所述通信卫星缓存的数据恰好对应时，所述通信卫星用于根据请求将缓存中的数据按照目标地址转发至所述用户终端。

一种基于空间信息网络的图像安全分发方法，所述方法是基于上述所述系统实现的，包括以下步骤：

S1，分发中心采用图像分层编码对原始图像数据进行处理后，采用图像数据分割方法将图像数据分为关键部分和公共部分，开启图像数据分发服务；

S2，用户根据自己的业务需求，发起图像数据请求，首先需要向分发中心请求图像的关键部分；

S3，分发中心接收到用户终端的业务请求，对请求用户执行身份验证，通过授权验证后执行步骤S4，否则回复用户无法响应请求；

S4，分发中心使用数字水印技术将请求用户的身份信息和授权信息嵌入到图像数据的关键部分中，并通过安全信道传输给用户终端；

S5，用户终端接收到关键部分之后，需要获得对应的公共部分才能观看完整的图像，此时用户向通信卫星发起对应的数据请求；

S6，通信卫星确认缓存数据中是否有用户请求的对应图像数据，如果有则发送给用户终端，执行步骤S8；如果没有则将请求转发给分发中心，执行步骤S7；

S7，分发中心收到通信卫星的数据请求，将图像的公共部分发送给通信卫星，通信卫星将其存储到缓存中，并发送给请求的用户终端；

S8，用户终端收到图像数据的公共部分后，将关键部分和公共部分重组形成完整的图像数据，在专用软件中进行查看；

S9，结束该业务的图像数据分发。

进一步的，在所述步骤S1中，所述图像数据分割方法包括以下步骤：

S11，获取原始输入图像；

S12，采用图像分层编码，对任意一个图像编码数据获得k+1组不同重要性的分层数据，l₀，l₁，l₂，……l_k，其重要性依次递减；

S13，选择将分层编码后最重要的第一层数据l₀作为关键部分，剩余的分层信息成为公共部分，公共部分的数据量大于关键部分，并且任何用户只有在获得关键部分的基础上将两部分结合才能恢复出原始图像；

S14，完成图像数据分割。

本发明的有益效果是：

本发明基于分发中心、通信卫星和用户终端等，通过图像数据分割方法将分层编码后的图像数据分为关键部分和公共部分；关键部分通过部署于地面的分发中心实现集中分发和传输，用户从分发中心获取的关键部分将被嵌入数字水印，达到了对分发内容的追溯，并且关键部分将通过安全信道实现安全传输；公共部分则通过空间信息网络的网内缓存自由分发，可以实现对图像内容的高效分发和传输。

本发明通过对图像数据的分割，将集中分发与网内缓存分发相结合，解决分发内容难以追溯问题，提高了图像数据分发系统的安全性，同时保持了分发的高效。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供基于空间信息网络的图像安全分发系统的结构示意图；

图2是本发明提供基于空间信息网络的图像安全分发方法的流程图；

图3是本发明提供基于空间信息网络的图像安全分发方法中图像数据分割方法的流程图；

图4是本发明提供基于空间信息网络的图像安全分发系统的用户终端软件查看的流程图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在对实施例进行描述之前，需要对一些必要的术语进行解释。例如：

若本申请中出现使用“第一”、“第二”等术语来描述各种元件，但是这些元件不应当由这些术语所限制。这些术语仅用来区分一个元件和另一个元件。因此，下文所讨论的“第一”元件也可以被称为“第二”元件而不偏离本发明的教导。应当理解的是，若提及一元件“连接”或者“联接”到另一元件时，其可以直接地连接或直接地联接到另一元件或者也可以存在中间元件。相反地，当提及一元件“直接地连接”或“直接地联接”到另一元件时，则不存在中间元件。

在本申请中出现的各种术语仅仅用于描述具体的实施方式的目的而无意作为对本发明的限定，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式意图也包括复数形式。

当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包括有”时，这些术语指明了所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是也不排除一个以上其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在和/或附加。

如图1所示，一种基于空间信息网络的图像安全分发系统，包括分发中心、通信卫星和用户终端，分发中心，用于存储分发系统全部图像数据；通信卫星，用于分发系统的数据传输工作，并且具有一定的存储空间；用户终端为分发系统的服务对象，发起图像业务请求并接收所请求的数据，通过专用软件查看所接收的图像数据；分发中心、通信卫星和用户终端作为空间信息网络中的节点顺次连接，不同节点之间能够实现互联互通，空间信息网络具备点到点的通信能力并能够满足数据传输要求；其中，空间信息网络包括地面网络，地面网络上设置有分发中心，分发中心与用户终端通过无线链路连接，分发中心还用于接收各用户终端的图像业务请求，并将不同业务请求的图像数据发送至用户终端。

通信卫星，还用于根据用户需求动态缓存数据。当用户请求与通信卫星缓存的数据恰好对应时，通信卫星用于根据请求将缓存中的数据按照目标地址转发至用户终端。此时，用户终端不再需要从分发中心获取所请求的数据。

如图2所示，一种基于空间信息网络的图像安全分发方法，所述方法是基于上述所述系统实现的，包括以下步骤：

S1，分发中心采用图像分层编码对原始图像数据进行处理后，采用图像数据分割方法将图像数据分为关键部分和公共部分，开启图像数据分发服务；

S2，用户根据自己的业务需求，发起图像数据请求，首先需要向分发中心请求图像的关键部分；

S3，分发中心接收到用户终端的业务请求，对请求用户执行身份验证，通过授权验证后执行步骤S4，否则回复用户无法响应请求；

S4，分发中心使用数字水印技术将请求用户的身份信息和授权信息嵌入到图像数据的关键部分中，并通过安全信道传输给用户终端；

S5，用户终端接收到关键部分之后，需要获得对应的公共部分才能观看完整的图像，此时，用户向通信卫星发起对应的数据请求；

S6，通信卫星确认缓存数据中是否有用户请求的对应图像数据，如果有则发送给用户终端，执行步骤S8；如果没有则将请求转发给分发中心，执行步骤S7；

S7，分发中心收到通信卫星的数据请求，将图像的公共部分发送给通信卫星，通信卫星将其存储到缓存中，并发送给请求的用户终端；

S8，用户终端收到图像数据的公共部分后，将关键部分和公共部分重组形成完整的图像数据，在专用软件中进行查看；

S9，结束该业务的图像数据分发。

本发明通过对图像数据的分割，将集中分发与网内缓存分发相结合，解决分发内容难以追溯问题，提高了图像数据分发系统的安全性，同时保持了分发的高效。

如图3所示，在所述步骤S1中，所述图像数据分割方法包括以下步骤：

S11，获取原始输入图像；

S12，采用图像分层编码，对任意一个图像编码数据获得k+1组不同重要性的分层数据，l₀，l₁，l₂，……l_k，其重要性依次递减；

S13，选择将分层编码后最重要的第一层数据l₀作为关键部分，剩余的分层信息成为公共部分，公共部分的数据量大于关键部分，并且任何用户只有在获得关键部分的基础上将两部分结合才能恢复出原始图像；

S14，完成图像数据分割。

本发明基于分发中心、通信卫星和用户终端等，通过图像数据分割方法将分层编码后的图像数据分为关键部分和公共部分；关键部分通过部署于地面的分发中心实现集中分发和传输，用户从分发中心获取的关键部分将被嵌入数字水印，达到了对分发内容的追溯，并且关键部分将通过安全信道实现安全传输；公共部分则通过空间信息网络的网内缓存自由分发，可以实现对图像内容的高效分发和传输。

如图4所示，作为较佳的实施例，当用户成功获取图像的关键部分和公共部分时，通过终端软件执行查看业务，其中，终端软件查看图像的流程包括以下步骤：

S71，提取关键部分中嵌入的水印信息；

S72，判断水印信息中包含的用户信息是否对应当前用户，如果是则执行步骤403；否则将泄露信息通知分发中心并提示用户查看失败；

S73，判断水印中包含的授权信息是否有效，如果是则执行步骤S74，否则提示用户查看失败；

S74，将关键部分和公共部分重组，之后正确显示图像；

S75，结束该次图像查看业务。

在本实施例中的其余技术特征，本领域技术人员均可以根据实际情况进行灵活选用以满足不同的具体实际需求。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的组成，结构或部件，均在本发明的权利要求书请求保护的技术方案限定技术保护范围之内。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”均是广义含义，本领域技术人员应作广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是活动连接，或整体地连接，或局部地连接，可以是机械连接，也可以是电性连接，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，还可以是两个元件内部的连通等，对于本领域的技术人员来说，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义，即，文字语言的表达与实际技术的实施可以灵活对应，本发明的说明书的文字语言(包括附图)的表达不构成对权利要求的任何单一的限制性解释。

本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。在以上描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的技术，例如具体的施工细节，作业条件和其他的技术条件等。

Claims (5)

1.一种基于空间信息网络的图像安全分发系统，其特征在于：包括分发中心、通信卫星和用户终端，所述分发中心，用于存储分发系统全部图像数据；所述通信卫星，用于分发系统的数据传输工作，并且具有一定的存储空间；所述用户终端为分发系统的服务对象，发起图像业务请求并接收所请求的数据，通过专用软件查看所接收的图像数据；所述分发中心、通信卫星和用户终端作为空间信息网络中的节点顺次连接；所述空间信息网络包括地面网络，所述地面网络上设置有分发中心，所述分发中心与所述用户终端通过无线链路连接，所述分发中心还用于接收各用户终端的图像业务请求，并将不同业务请求的图像数据发送至所述用户终端。

2.根据权利要求1所述的基于空间信息网络的图像安全分发系统，其特征在于：所述通信卫星，还用于根据用户需求动态缓存数据。

3.根据权利要求1或2所述的基于空间信息网络的图像安全分发系统，其特征在于：当用户请求与所述通信卫星缓存的数据恰好对应时，所述通信卫星用于根据请求将缓存中的数据按照目标地址转发至所述用户终端。

4.一种基于空间信息网络的图像安全分发方法，其特征在于，所述方法是基于权利要求1-3所述系统实现的，包括以下步骤：

S1，分发中心采用图像分层编码对原始图像数据进行处理后，采用图像数据分割方法将图像数据分为关键部分和公共部分，开启图像数据分发服务；

S2，用户根据自己的业务需求，发起图像数据请求，首先需要向分发中心请求图像的关键部分；

S3，分发中心接收到用户终端的业务请求，对请求用户执行身份验证，通过授权验证后执行步骤S4，否则回复用户无法响应请求；

S4，分发中心使用数字水印技术将请求用户的身份信息和授权信息嵌入到图像数据的关键部分中，并通过安全信道传输给用户终端；

S5，用户终端接收到关键部分之后，需要获得对应的公共部分才能观看完整的图像，此时用户向通信卫星发起对应的数据请求；

S6，通信卫星确认缓存数据中是否有用户请求的对应图像数据，如果有则发送给用户终端，执行步骤S8；如果没有则将请求转发给分发中心，执行步骤S7；

S7，分发中心收到通信卫星的数据请求，将图像的公共部分发送给通信卫星，通信卫星将其存储到缓存中，并发送给请求的用户终端；

S8，用户终端收到图像数据的公共部分后，将关键部分和公共部分重组形成完整的图像数据，在专用软件中进行查看；

S9，结束该业务的图像数据分发。

5.根据权利要求4所述的基于空间信息网络的图像安全分发方法，其特征在于：在所述步骤S1中，所述图像数据分割方法包括以下步骤：

S11，获取原始输入图像；

S12，采用图像分层编码，对任意一个图像编码数据获得k+1组不同重要性的分层数据，l₀，l₁，l₂，……l_k，其重要性依次递减；

S13，选择将分层编码后最重要的第一层数据l₀作为关键部分，剩余的分层信息成为公共部分，公共部分的数据量大于关键部分，并且任何用户只有在获得关键部分的基础上将两部分结合才能恢复出原始图像；

S14，完成图像数据分割。

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