CN113194319A - 一种交换密码水印加密、解密方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种交换密码水印加密、解密方法及系统。首先将矢量地理数据坐标值按照顺序进行重排列，确保在置乱加密前后该序列具有稳健性；然后基于归一化数字水印算法，在归一化的坐标值序列中根据奇偶性嵌入水印信息；最后按照常规的矢量地理数据置乱加密算法，对矢量地理数据进行加密操作。本算法将水印操作与加解密操作融合在一起，不但具有良好的不可感知性，能够满足矢量地理数据水印嵌入提取与图像加解密状态的分离，提高了矢量地理数据在全生命周期中的安全性。本发明为矢量地理数据版权与安全保护提供有效的技术手段。

Description

一种交换密码水印加密、解密方法及系统

技术领域

本发明涉及信息安全技术领域，特别是涉及一种交换密码水印加密、解密方法及系统。

背景技术

随着计算机技术、移动互联网技术的发展和普及，矢量地理数据作为国家基础设施建设和国家基础地理信息数据库的重要组成部分，正越来越多地运用到个人、集体以及国家的生产生活的方方面面。同时，数字化、网络化和信息化的发展，为矢量地理数据的分发和共享提供了极大便利，但同时也为矢量地理数据带来了无法忽视的安全问题。在信息化时代，数据是承载信息的基础，信息的交流离不开数据的传输，但是开放的网络环境却使矢量地理数据的泄密、盗版、侵权等违法行为时有发生，此类行为不但严重侵害了数据版权所有者的利益，并且涉密数据的泄露会给国家安全和社会造成重大损失。因此，使用安全技术手段对矢量地理数据进行安全保护，是对矢量地理数据进行科学管理的切实需求。矢量地理数据的共享需求和应用环境的发展，对其安全保护方案提出了更高的要求。矢量地理数据的安全需求贯彻其生产、存储、使用、流转等整体生命周期，单一环节应用密码学或者数字水印均难以实现整体的安全，其保密和版权鉴定的需求同时存在。只使用数字水印技术，无法实现矢量地理数据的安全传输和分发；只使用加密技术，无法实现矢量地理数据的版权保护、使用跟踪。因此需要结合数字水印与密码学技术，才能实现对矢量地理数据的全面保护。

传统的解决方案是对密文矢量地理数据嵌入水印，或者对于嵌入水印的矢量地理数据进行加密。这两种方法存在着可用性和安全性的不足。对密文矢量地理数据嵌入水印，则嵌入的水印会导致密文数据无法正确解密，从而影响矢量地理数据的可用性。另一方面，先嵌入水印再加密，无法直接对密文域进行水印提取，而且提取水印的过程不仅有冗余的解密步骤，更会使明文数据暴露于检测环境中，大大降低了矢量地理数据分发过程中安全性。由此可见，加密技术和数字水印技术的直接结合，难以满足矢量地理数据全生命周期安全保护的需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种交换密码水印加密、解密方法及系统，以提高矢量地理数据的安全性能。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种交换密码水印加密方法，包括：

根据水印信息，基于混沌序列置乱加密算法生成二值水印信息；

获取待加密的矢量地理数据；

根据所述待加密的矢量地理数据中每个点的坐标值生成横坐标数值序列和纵坐标数值序列；所述横坐标数值序列为按横坐标大小排序的所有点的横坐标组成的序列，所述纵坐标数值序列为按纵坐标大小排序的所有点的纵坐标组成的序列；

基于所述二值水印信息，采用归一化数字水印算法分别对所述横坐标数值序列和纵坐标数值序列嵌入水印，对应得到嵌入水印后的横坐标数据和嵌入水印后的纵坐标数据；

基于置乱加密算法，分别对所述嵌入水印后的横坐标数据和嵌入水印后的纵坐标数据进行加密，对应得到置乱加密后的横坐标数据和置乱加密后的纵坐标数据；

将所述置乱加密后的横坐标数据和所述置乱加密后的纵坐标数据顺序组合，构建地理空间要素，生成水印加密后的矢量地理数据。

可选的，所述基于所述二值水印信息，采用归一化数字水印算法分别对所述横坐标数值序列和纵坐标数值序列嵌入水印，对应得到嵌入水印后的横坐标数据和嵌入水印后的纵坐标数据，具体包括：

将所述横坐标数值序列进行归一化映射，得到归一化后的横坐标序列；

基于所述归一化后的横坐标序列，根据奇偶映射嵌入所述二值水印信息，得到嵌入水印的归一化横坐标数据，公式为：

式中，S″X_n为嵌入水印的归一化横坐标数据，S′X_n为归一化后的横坐标序列，Q为待嵌入水印位，Q＝0.1^k，k为大于零的整数，W_n为二值水印信息；

对嵌入水印的归一化横坐标数据进行逆归一化，得到嵌入水印后的横坐标数据，公式为：

AX_n＝S″X_min+(S″X_max-S″X_min)*S″X_n

式中，AX_n为嵌入水印后的横坐标数据，S″X_min为嵌入水印的归一化横坐标数据中的最小值，S″X_max为嵌入水印的归一化横坐标数据中的最大值；

将所述纵坐标数值序列进行归一化映射，得到归一化后的纵坐标序列；

基于所述归一化后的纵坐标序列，根据奇偶映射嵌入所述二值水印信息，得到嵌入水印的归一化纵坐标数据，公式为：

式中，S″Y_n为嵌入水印的归一化纵坐标数据，S′Y_n为归一化后的纵坐标序列；

对嵌入水印的归一化纵坐标数据进行逆归一化，得到嵌入水印后的纵坐标数据，公式为：

AY_n＝S″Y_min+(S″Y_max-S″Y_min)*S″Y_n

式中，AY_n为嵌入水印后的纵坐标数据，S″Y_min为嵌入水印的归一化纵坐标数据中的最小值，S″Y_max为嵌入水印的归一化纵坐标数据中的最大值。

可选的，所述基于置乱加密算法，分别对所述嵌入水印后的横坐标数据和嵌入水印后的纵坐标数据进行加密，对应得到置乱加密后的横坐标数据和置乱加密后的纵坐标数据，具体包括：

基于混沌序列加密算法，生成横坐标的置乱混沌序列和纵坐标的置乱混沌序列；所述横坐标的置乱混沌序列中的元素个数与嵌入水印后的横坐标数据中的元素个数一致，所述纵坐标的置乱混沌序列中的元素个数与嵌入水印后的纵坐标数据中的元素个数一致；

将所述横坐标的置乱混沌序列进行整数化处理，得到横坐标的整数序列，公式为：

式中，RcX_n为横坐标的整数序列，N为横坐标的置乱混沌序列中的元素个数，cX_n为横坐标的置乱混沌序列，

为向下取整运算；

按照嵌入水印后的横坐标数据中第i个元素与第RcX_i个元素置换的规则，依次对嵌入水印后的横坐标数据中的每个元素正向进行置换，得到置乱加密后的横坐标数据；其中，RcX_i表示横坐标的整数序列RcX_n中第i个元素的数值；

将所述纵坐标的置乱混沌序列进行整数化处理，得到纵坐标的整数序列，公式为：

式中，RcY_n为纵坐标的整数序列，N为纵坐标的置乱混沌序列中的元素个数，cY_n为纵坐标的置乱混沌序列，

为向下取整运算；

按照嵌入水印后的纵坐标数据中第i个元素与第RcY_i个元素置换的规则，依次对嵌入水印后的纵坐标数据中的每个元素正向进行置换，得到置乱加密后的纵坐标数据；其中，RcY_i表示纵坐标的整数序列RcY_n中第i个元素的数值。

本发明还提供一种交换密码水印加密系统，包括：

二值水印信息生成模块，用于根据水印信息，基于混沌序列置乱加密算法生成二值水印信息；

待加密矢量地理数据获取模块，用于获取待加密的矢量地理数据；

数值序列生成模块，用于根据所述待加密的矢量地理数据中每个点的坐标值生成横坐标数值序列和纵坐标数值序列；所述横坐标数值序列为按横坐标大小排序的所有点的横坐标组成的序列，所述纵坐标数值序列为按纵坐标大小排序的所有点的纵坐标组成的序列；

水印嵌入模块，用于基于所述二值水印信息，采用归一化数字水印算法分别对所述横坐标数值序列和纵坐标数值序列嵌入水印，对应得到嵌入水印后的横坐标数据和嵌入水印后的纵坐标数据；

置乱加密模块，用于基于置乱加密算法，分别对所述嵌入水印后的横坐标数据和嵌入水印后的纵坐标数据进行加密，对应得到置乱加密后的横坐标数据和置乱加密后的纵坐标数据；

矢量地理数据重构模块，用于将所述置乱加密后的横坐标数据和所述置乱加密后的纵坐标数据顺序组合，构建地理空间要素，生成水印加密后的矢量地理数据。

本发明还提供一种交换密码水印加密方法，包括：

获取待加密的矢量地理数据；

遍历所述待加密的矢量地理数据，得到横坐标集合序列和纵坐标集合序列；所述横坐标集合序列为所述待加密的矢量地理数据中每个点的横坐标组成的序列，所述纵坐标集合序列为所述待加密的矢量地理数据中每个点的纵坐标组成的序列；

基于置乱加密算法，分别对所述横坐标集合序列和纵坐标集合序列进行加密，对应得到置乱加密后的横坐标数据和置乱加密后的纵坐标数据；

将所述置乱加密后的横坐标数据和所述置乱加密后的纵坐标数据顺序组合，构建地理空间要素，生成置乱加密后的矢量地理数据；

根据水印信息，基于混沌序列置乱加密算法生成二值水印信息；

根据所述置乱加密后的矢量地理数据中每个点的坐标值生成横坐标数值序列和纵坐标数值序列；所述横坐标数值序列为按横坐标大小排序的所有点的横坐标组成的序列，所述纵坐标数值序列为按纵坐标大小排序的所有点的纵坐标组成的序列；

基于所述二值水印信息，采用归一化数字水印算法分别对所述横坐标数值序列和纵坐标数值序列嵌入水印，对应得到嵌入水印后的横坐标数据和嵌入水印后的纵坐标数据；

将所述嵌入水印后的横坐标数据和嵌入水印后的纵坐标数据顺序组合，生成水印加密后的矢量地理数据。

可选的，所述基于置乱加密算法，分别对所述横坐标集合序列和纵坐标集合序列进行加密，对应得到置乱加密后的横坐标数据和置乱加密后的纵坐标数据，具体包括：

基于混沌序列加密算法，生成横坐标的置乱混沌序列和纵坐标的置乱混沌序列；所述横坐标的置乱混沌序列中的元素个数与横坐标集合序列中的元素个数一致，所述纵坐标的置乱混沌序列中的元素个数与纵坐标集合序列中的元素个数一致；

将所述横坐标的置乱混沌序列进行整数化处理，得到横坐标的整数序列，公式为：

式中，RcX_n为横坐标的整数序列，N为横坐标的置乱混沌序列中的元素个数，cX_n为横坐标的置乱混沌序列，

为向下取整运算；

按照横坐标集合序列中第i个元素与第RcX_i个元素置换的规则，依次对横坐标集合序列中的每个元素正向进行置换，得到置乱加密后的横坐标数据；其中，RcX_i表示横坐标的整数序列RcX_n中第i个元素的数值；

将所述纵坐标的置乱混沌序列进行整数化处理，得到纵坐标的整数序列，公式为：

式中，RcY_n为纵坐标的整数序列，N为纵坐标的置乱混沌序列中的元素个数，cY_n为纵坐标的置乱混沌序列，

为向下取整运算；

按照纵坐标集合序列中第i个元素与第RcY_i个元素置换的规则，依次对纵坐标集合序列中的每个元素正向进行置换，得到置乱加密后的纵坐标数据；其中，RcY_i表示纵坐标的整数序列RcY_n中第i个元素的数值。

可选的，所述基于所述二值水印信息，采用归一化数字水印算法分别对所述横坐标数值序列和纵坐标数值序列嵌入水印，对应得到嵌入水印后的横坐标数据和嵌入水印后的纵坐标数据，具体包括：

将所述横坐标数值序列进行归一化映射，得到归一化后的横坐标序列；

基于所述归一化后的横坐标序列，根据奇偶映射嵌入所述二值水印信息，得到嵌入水印的归一化横坐标数据，公式为：

式中，S″X_n为嵌入水印的归一化横坐标数据，S′X_n为归一化后的横坐标序列，Q为待嵌入水印位，Q＝0.1^k，k为大于零的整数，W_n为二值水印信息；

对嵌入水印的归一化横坐标数据进行逆归一化，得到嵌入水印后的横坐标数据，公式为：

AX_n＝S″X_min+(S″X_max-S″X_min)*S″X_n

式中，AX_n为嵌入水印后的横坐标数据，S″X_min为嵌入水印的归一化横坐标数据中的最小值，S″X_max为嵌入水印的归一化横坐标数据中的最大值；

将所述纵坐标数值序列进行归一化映射，得到归一化后的纵坐标序列；

基于所述归一化后的纵坐标序列，根据奇偶映射嵌入所述二值水印信息，得到嵌入水印的归一化纵坐标数据，公式为：

式中，S″Y_n为嵌入水印的归一化纵坐标数据，S′Y_n为归一化后的纵坐标序列；

对嵌入水印的归一化纵坐标数据进行逆归一化，得到嵌入水印后的纵坐标数据，公式为：

AY_n＝S″Y_min+(S″Y_max-S″Y_min)*S″Y_n

式中，AY_n为嵌入水印后的纵坐标数据，S″Y_min为嵌入水印的归一化纵坐标数据中的最小值，S″Y_max为嵌入水印的归一化纵坐标数据中的最大值。

本发明还提供一种交换密码水印加密系统，包括：

待加密矢量地理数据获取模块，用于获取待加密的矢量地理数据；

坐标集合序列生成模块，用于遍历所述待加密的矢量地理数据，得到横坐标集合序列和纵坐标集合序列；所述横坐标集合序列为所述待加密的矢量地理数据中每个点的横坐标组成的序列，所述纵坐标集合序列为所述待加密的矢量地理数据中每个点的纵坐标组成的序列；

置乱加密模块，用于基于置乱加密算法，分别对所述横坐标集合序列和纵坐标集合序列进行加密，对应得到置乱加密后的横坐标数据和置乱加密后的纵坐标数据；

矢量地理数据重构模块，用于将所述置乱加密后的横坐标数据和所述置乱加密后的纵坐标数据顺序组合，构建地理空间要素，生成置乱加密后的矢量地理数据；

二值水印信息生成模块，用于根据水印信息，基于混沌序列置乱加密算法生成二值水印信息；

数值序列生成模块，用于根据所述置乱加密后的矢量地理数据中每个点的坐标值生成横坐标数值序列和纵坐标数值序列；所述横坐标数值序列为按横坐标大小排序的所有点的横坐标组成的序列，所述纵坐标数值序列为按纵坐标大小排序的所有点的纵坐标组成的序列；

水印嵌入模块，用于基于所述二值水印信息，采用归一化数字水印算法分别对所述横坐标数值序列和纵坐标数值序列嵌入水印，对应得到嵌入水印后的横坐标数据和嵌入水印后的纵坐标数据；

水印加密后的矢量地理数据生成模块，用于将所述嵌入水印后的横坐标数据和嵌入水印后的纵坐标数据顺序组合，生成水印加密后的矢量地理数据。

本发明还提供一种交换密码水印解密方法，所述解密方法应用于前述的加密方法，所述解密方法包括：

遍历水印加密后的矢量地理数据中每个点的坐标值生成横坐标解密集合、纵坐标解密集合、横坐标解密数值序列和纵坐标解密数值序列；所述横坐标解密数值序列为按横坐标大小排序横坐标解密集合中的元素生成的序列，所述纵坐标解密数值序列为按纵坐标大小排序纵坐标解密集合中的元素生成的序列；

对所述横坐标解密数值序列进行归一化映射，得到归一化后的横坐标解密序列；基于所述归一化后的横坐标解密序列，根据奇偶映射提取嵌入水印的二值化序列，公式为：

式中，W_n为嵌入水印的二值化序列，S′X_n为归一化后的横坐标解密序列，k为大于零的整数，嵌入水印位 Q＝0.1^k；或者，对所述纵坐标解密数值序列进行归一化映射，得到归一化后的纵坐标解密序列；基于所述归一化后的纵坐标解密序列，根据奇偶映射提取嵌入水印的二值化序列，公式为：

式中，S′Y_n为归一化后的纵坐标解密序列；

将所述嵌入水印的二值化序列还原为水印信息，得到初始嵌入水印；

基于混沌序列加密算法，生成横坐标置乱混沌序列和纵坐标置乱混沌序列；

将所述横坐标置乱混沌序列进行整数化处理，得到横坐标整数序列，公式为：

式中，RcX_n为横坐标整数序列，N为横坐标置乱混沌序列中的元素个数，cX_n为横坐标置乱混沌序列，

为向下取整运算；

按照横坐标解密集合中第i个元素与第RcX_i个元素置换的规则，依次对横坐标解密集合中的每个元素逆向进行置换，得到还原后的横坐标数据；其中， RcX_i表示横坐标整数序列RcX_n中第i个元素的数值；

将所述纵坐标置乱混沌序列进行整数化处理，得到纵坐标整数序列，公式为：

式中，RcY_n为纵坐标整数序列，N为纵坐标置乱混沌序列中的元素个数，cY_n为纵坐标置乱混沌序列，

为向下取整运算；

按照纵坐标解密集合中第i个元素与第RcY_i个元素置换的规则，依次对纵坐标解密集合中的每个元素逆向进行置换，得到还原后的纵坐标数据；其中， RcY_i表示纵坐标整数序列RcY_n中第i个元素的数值；

将所述还原后的横坐标数据和所述还原后的纵坐标数据顺序组合，构建地理空间要素，生成解密后的矢量地理数据。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明针对普通数字水印技术与数字加密技术难以保证加密时数字水印信息的提取以及传统加密技术会破坏水印信息的不足，首先，结合矢量地理数据以及置乱加密的特征，构建以坐标集合为基础的特征不变量，进行顺序坐标重排列；然后，对重排列后的坐标数据进行归一化；最后，在归一化后的数据中嵌入水印信息，实现水印信息嵌入，实现将水印操作与加解密操作融合在一起，不但具有良好的不可感知性，能够满足矢量地理数据水印嵌入提取与图像加解密状态的分离，提高了矢量地理数据在全生命周期中的安全性。本发明为矢量地理数据版权与安全保护提供有效的技术手段。

在水印信息检测中，只需要重新按照顺序排列坐标值，对其归一化，并按序检测对应的水印信息。本方法充分利用矢量地理数据置乱加密中的坐标集合不变性，并与矢量数据归一化水印技术相结合，使得本方法能够对嵌入水印信息的图像在加密后实现水印信息的检测。此外，由于本方法将水印信息与加密技术有机结合，水印操作与加解密操作具有可交换性，即本方法在使用时水印操作与加解密操作可以无视先后顺序。

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为本发明实施例1的流程示意图；

图2为本发明实施例2的流程示意图；

图3是本发明具体实施例案例的实验数据；

图4是本发明具体实施例案例完成水印加密后的数据；

图5是本发明具体实施例案例对嵌入水印后的数据进行攻击后提取的数据部分和检测结果。

具体实施方式

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做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。

交换密码水印将加解密技术和数字水印技术进行了有机融合，通过研究具有可交换性质的加密算法和水印嵌入算法、解密算法和水印提取算法，能够解决加密和数字水印相互影响的问题，从而保证数据在分发管理时，数据版权所有者和管理者的加密、水印嵌入操作不受先后顺序的限制，实现了无论是在明文域还是在密文域下水印的直接提取，直接克服了加密技术和数字水印技术直接结合带来的安全性和可用性问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

本实施例先对矢量地理数据嵌入水印，然后再进行置乱加密，进而得到水印加密后的矢量地理数据。图1为本发明实施例1的流程示意图，如图1所示，具体过程如下：

步骤101：根据水印信息，基于混沌序列置乱加密算法生成二值水印信息。具体的：首先，根据水印信息，按照计算机编码生成水印信息的二值序列；然后，基于混沌序列的迭代次数N，采用混沌序列置乱加密算法，生成置乱后的二值水印信息{W_n|n＝1，2，...，n}，W_i＝0或1，W_i表示二值水印信息W_n中的第i个元素的数值。

步骤102：获取待加密的矢量地理数据。矢量地理数据由点、线、面等要素构成，每个要素都由点组成。

步骤103：根据待加密的矢量地理数据中每个点的坐标值生成横坐标数值序列和纵坐标数值序列。本步骤为坐标重排列过程，按照坐标值本身大小进行顺序排列即可获得横坐标数值序列SX_n和纵坐标数值序列SY_n，即横坐标数值序列为按横坐标大小排序的所有点的横坐标组成的序列，纵坐标数值序列为按纵坐标大小排序的所有点的纵坐标组成的序列。

步骤104：基于二值水印信息，采用归一化数字水印算法分别对横坐标数值序列和纵坐标数值序列嵌入水印，对应得到嵌入水印后的横坐标数据和嵌入水印后的纵坐标数据。以横坐标数值序列为例具体水印嵌入过程如下：

Step1：对重排列后的横坐标数值序列SX_n通过式(1)归一化映射为在区间[0，1]中的值，得到归一化后的横坐标序列S′X_n

式中，SX_min为横坐标数值序列中的最小值，SX_max为横坐标数值序列中的最大值。

Step2：在矢量地理数据坐标值的待嵌入水印位Q＝0.1^k中按式(2)根据奇偶映射嵌入二值水印信息；

式中，S″X_n为嵌入水印的归一化横坐标数据，k为大于零的整数，W_n为二值水印信息。

Step3：对嵌入水印的横坐标数据按照式(3)进行逆归一化获得嵌入水印后的地理横坐标数据；

AX_n＝S″X_min+(S″X_max-S″X_min)*S″X_n (3)

式中，AX_n为嵌入水印后的横坐标数据，S″X_min为嵌入水印的归一化横坐标数据中的最小值，S″X_max为嵌入水印的归一化横坐标数据中的最大值。

同理，按照Step1～Step3可以获得嵌入水印后的地理纵坐标数据AY_n。

步骤105：基于置乱加密算法，分别对嵌入水印后的横坐标数据和嵌入水印后的纵坐标数据进行加密，对应得到置乱加密后的横坐标数据和置乱加密后的纵坐标数据。本步骤为置乱加密过程，置乱加密过程如下：

Step1：遍历嵌入水印后的地理坐标集合，获取X坐标集合序列{PX_n|n＝ 1，2，...，N}(即嵌入水印后的横坐标数据)和Y坐标集合序列{PY_n|n＝ 1，2，...，N}(即嵌入水印后的纵坐标数据)。

Step2：基于混沌序列的迭代次数N_x和N_y，类似生成置乱后的二值水印信息的过程，基于混沌序列置乱加密算法进行迭代后分别生成横坐标的置乱混沌序列{cX_n|n＝1，2，...，N}和纵坐标的置乱混沌序列{cY_n|n＝1，2，...，N}。

Step3：分别对置乱混沌序列进行整数化处理，将其转化为(0，N]的整数序列，式中

表示向下取整；

横坐标的整数序列为：

同理，可得纵坐标的整数序列为：

Step4：按照嵌入水印后的横坐标数据中第i个元素与第RcX_i个元素置换的规则，依次对嵌入水印后的横坐标数据中的每个元素正向进行置换，得到置乱加密后的横坐标数据P′X_n。其中，RcX_i表示横坐标的整数序列RcX_n中第i个元素的数值，例如，i＝5时，横坐标的整数序列第i个元素的数值为m＝RcX₅，则将嵌入水印后的横坐标数据中第5个元素与第m个元素置换。

同理，按照嵌入水印后的纵坐标数据中第i个元素与第RcY_i个元素置换的规则，依次对嵌入水印后的纵坐标数据中的每个元素正向进行置换，得到置乱加密后的纵坐标数据P′X_n。

步骤106：将置乱加密后的横坐标数据和置乱加密后的纵坐标数据顺序组合，构建地理空间要素，生成水印加密后的矢量地理数据。即将置乱加密后的横坐标数据和置乱加密后的纵坐标数据重新组合，以(P′X_n，P′Y_n)的顺序重新构建地理空间要素，得到水印加密后的矢量地理空间数据，完成交换密码水印加密过程。

基于上述方案，本发明还提供一种交换密码水印加密系统，包括：

二值水印信息生成模块，用于根据水印信息，基于混沌序列置乱加密算法生成二值水印信息。

待加密矢量地理数据获取模块，用于获取待加密的矢量地理数据。

数值序列生成模块，用于根据所述待加密的矢量地理数据中每个点的坐标值生成横坐标数值序列和纵坐标数值序列；所述横坐标数值序列为按横坐标大小排序的所有点的横坐标组成的序列，所述纵坐标数值序列为按纵坐标大小排序的所有点的纵坐标组成的序列。

水印嵌入模块，用于基于所述二值水印信息，采用归一化数字水印算法分别对所述横坐标数值序列和纵坐标数值序列嵌入水印，对应得到嵌入水印后的横坐标数据和嵌入水印后的纵坐标数据。

置乱加密模块，用于基于置乱加密算法，分别对所述嵌入水印后的横坐标数据和嵌入水印后的纵坐标数据进行加密，对应得到置乱加密后的横坐标数据和置乱加密后的纵坐标数据。

矢量地理数据重构模块，用于将所述置乱加密后的横坐标数据和所述置乱加密后的纵坐标数据顺序组合，构建地理空间要素，生成水印加密后的矢量地理数据。

实施例2

与实施例1不同的是本实施例先对矢量地理数据进行置乱加密，再对加密后的矢量地理数据嵌入水印，进而得到水印加密后的矢量地理数据。相同的是关于水印嵌入与置乱加密采用的方法与实施例1相同。图2为本发明实施例2 的流程示意图，如图2所示，包括以下步骤：

步骤201：获取待加密的矢量地理数据。

步骤202：遍历待加密的矢量地理数据，得到横坐标集合序列和纵坐标集合序列。步骤202-步骤203位置乱加密过程。本步骤主要是遍历数据中的地理坐标集合，获取横坐标集合序列{PX_n|n＝1，2，...，N}和纵坐标集合序列 {PY_n|n＝1，2，...，N}，即横坐标集合序列为待加密的矢量地理数据中每个点的横坐标组成的序列，纵坐标集合序列为待加密的矢量地理数据中每个点的纵坐标组成的序列。

步骤203：基于置乱加密算法，分别对横坐标集合序列和纵坐标集合序列进行加密，对应得到置乱加密后的横坐标数据和置乱加密后的纵坐标数据。置乱加密过程与实施例1中的置乱加密过程相同，具体如下：

Step1：使用N_x和N_y作为混沌序列的迭代次数，基于混沌序列置乱加密算法进行迭代后生成横坐标的置乱混沌序列{cX_n|n＝1，2，...，N}和纵坐标的置乱混沌序列{cY_n|n＝1，2，...，N}。

Step2：对置乱混沌序列进行整数化处理，将其转化为(0，N]的整数序列，式中

表示向下取整；

横坐标的整数序列：

同理，可得纵坐标的整数序列

Step3：按照横坐标集合序列中第i个元素与第RcX_i个元素置换的规则，依次对横坐标集合序列中的每个元素正向进行置换，得到置乱加密后的横坐标数据P′X_n，其中，RcX_i表示横坐标的整数序列RcX_n中第i个元素的数值。同理按照纵坐标集合序列中第i个元素与第RcY_i个元素置换的规则，依次对纵坐标集合序列中的每个元素正向进行置换，得到置乱加密后的纵坐标数据P′X_n，其中， RcY_i表示纵坐标的整数序列RcY_n中第i个元素的数值。

步骤204：将置乱加密后的横坐标数据和置乱加密后的纵坐标数据顺序组合，构建地理空间要素，生成置乱加密后的矢量地理数据。即以(P′X_n，P′Y_n)的顺序重新构建地理空间要素，得到置乱加密后的矢量地理空间数据。

步骤205：根据水印信息，基于混沌序列置乱加密算法生成二值水印信息。具体的，首先根据水印信息，按照计算机编码生成水印信息的二值序列；然后使用N作为混沌序列的迭代次数，基于混沌序列置乱加密算法，生成置乱后的二值水印信息{W_n|n＝1，2，...，n}(W_n＝0或1)。

步骤206：根据置乱加密后的矢量地理数据中每个点的坐标值生成横坐标数值序列和纵坐标数值序列。此步骤为坐标重排列过程，具体的，读取置乱加密后的地理空间数据，按照坐标值本身进行顺序排列即可获得横坐标数值序列 SX_n和纵坐标数值序列SY_n，即横坐标数值序列为按横坐标大小排序的所有点的横坐标组成的序列，纵坐标数值序列为按纵坐标大小排序的所有点的纵坐标组成的序列。

步骤207：基于二值水印信息，采用归一化数字水印算法分别对横坐标数值序列和纵坐标数值序列嵌入水印，对应得到嵌入水印后的横坐标数据和嵌入水印后的纵坐标数据。此步骤为水印嵌入过程，与步骤104相同，具体过程如下：

Step1：对重排列后的SX_n通过式(1)归一化映射为在区间[0，1]中的值S′X_n

Step2：在矢量地理数据坐标值的待嵌入水印位Q＝0.1^k中按式(2)根据奇偶映射嵌入水印；

Step3：对嵌入水印的归一化数据按照式(3)进行逆归一化获得嵌入水印后的地理坐标数据；

Step4：同理，按照Step1～Step3可以获得嵌入水印后的地理坐标数据AY_n。

步骤208：将嵌入水印后的横坐标数据和嵌入水印后的纵坐标数据顺序组合，生成水印加密后的矢量地理数据。

基于上述方案，本发明还提供一种交换密码水印加密系统，包括：

待加密矢量地理数据获取模块，用于获取待加密的矢量地理数据。

坐标集合序列生成模块，用于遍历所述待加密的矢量地理数据，得到横坐标集合序列和纵坐标集合序列；所述横坐标集合序列为所述待加密的矢量地理数据中每个点的横坐标组成的序列，所述纵坐标集合序列为所述待加密的矢量地理数据中每个点的纵坐标组成的序列。

置乱加密模块，用于基于置乱加密算法，分别对所述横坐标集合序列和纵坐标集合序列进行加密，对应得到置乱加密后的横坐标数据和置乱加密后的纵坐标数据。

矢量地理数据重构模块，用于将所述置乱加密后的横坐标数据和所述置乱加密后的纵坐标数据顺序组合，构建地理空间要素，生成置乱加密后的矢量地理数据。

二值水印信息生成模块，用于根据水印信息，基于混沌序列置乱加密算法生成二值水印信息。

数值序列生成模块，用于根据所述置乱加密后的矢量地理数据中每个点的坐标值生成横坐标数值序列和纵坐标数值序列；所述横坐标数值序列为按横坐标大小排序的所有点的横坐标组成的序列，所述纵坐标数值序列为按纵坐标大小排序的所有点的纵坐标组成的序列。

水印嵌入模块，用于基于所述二值水印信息，采用归一化数字水印算法分别对所述横坐标数值序列和纵坐标数值序列嵌入水印，对应得到嵌入水印后的横坐标数据和嵌入水印后的纵坐标数据。

水印加密后的矢量地理数据生成模块，用于将所述嵌入水印后的横坐标数据和嵌入水印后的纵坐标数据顺序组合，生成水印加密后的矢量地理数据。

基于上述加密方法，本发明还提供一种解密方法，以实现水印的提取和矢量地理数据的解密。具体过程如下：

步骤1：遍历要素中的坐标集合，获取置乱加密后的X坐标集合序列 {P′X_n|n＝1，2，...，N}和Y坐标集合序列{P′Y_n|n＝1，2，...，N}。

步骤2：根据密钥中记录的参数以TSD算法进行N_x和N_y次迭代后生成X 与Y坐标序列的置乱混沌序列{cX_n|n＝1，2，...，N}和{cY_n|n＝1，2，...，N}。

步骤3：对置乱混沌序列进行整数化处理，按照前述步骤105中式(4)将其转化为(0，N]的整数序列，同理可得RcY_n。

步骤4：基于步骤3中的整数序列按照X坐标集合序列中的第i个值与第 RcX_i个值进行置换的规则，根据i的顺序逆向依次进行置换，得到还原后的X 坐标集合PX_n，同理可获得还原后的Y坐标集合PX_n。

步骤5：将还原后的X与Y坐标集合重新组合，以(PX_n，PY_n)的顺序重新构建地理空间要素，得到解密后的矢量地理空间数据。

下面提供一个具体实施案例进一步验证本发明的安全性能。

图3是本发明具体实施例案例的实验数据，如图3所示，本实施例选择共计179824个点的标准图像处理的经典图像为实验数据，数据格式为shp。针对水印信息的生成、嵌入和检测等整个过程，，进一步详细说明本发明。

1.水印信息生成：

步骤一：构建水印信息，本实施例嵌入的版权信息为“数字水印”；

步骤二：以水印秘钥为种子，基于伪随机数发生器生成长度为32位的混沌序列加密嵌入的水印信息W；

2.水印信息的嵌入：

步骤一：读取实验数据，获取X、Y坐标值；

步骤二：根据坐标值本身进行顺序排列，获得加解密前后稳健的数值序列 SX_n和SY_n，同时记录每个位置本身原本的位置序列PX_n和PY_n；

步骤三：对重排列后的SX_n通过归一化映射为在区间[0，1]中的值S′X_n；

步骤四：在待嵌入水印位Q＝0.1⁶中根据奇偶映射嵌入水印；

步骤五：对嵌入水印的归一化数据进行逆归一化获得嵌入水印后的地理坐标数据；

步骤六：将逆归一化获得的嵌入水印信息的地理坐标数据按照原本的位置序列PX_n和PY_n进行还原；

步骤七：将还原后的已嵌入水印的信息重新写入shp文件中，完成嵌入：

3.置乱加密：基于置乱加密算法对嵌入水印后的地理坐标数据进行加密，得到水印加密后的数据，如图4所示。

4.水印信息的提取：

步骤一：读取实验数据，获取X、Y坐标值；

步骤二：根据坐标值本身进行顺序排列，获得加解密前后稳健的数值序列 SX_n和SY_n；

步骤三：对重排列后的SX_n通过归一化映射为在区间[0，1]中的值S′X_n；

步骤四：在待嵌入水印位Q＝0.1⁶中根据奇偶映射获取二值水印序列；

步骤五：以水印秘钥为种子，基于伪随机数发生器生成长度为32位的混沌序列将获取的二值水印序列还原为原始水印信息；

4.本方法的特点与技术优势

本方法中最为关键的有：交换密码水印技术，基于矢量地理数据特征寻找矢量地理数据在置乱加密过程中的不变特征，很好的实现了水印操作与加解密操作相互间顺序可交换的交换密码算法。

5.测试与分析

本发明所提出的方法是针对常规矢量地理数据的交换密码算法，采用该方法可以将数字水印与加密算法相融合，并且对常规的几何攻击具有一定的鲁棒性。

(1)平移攻击

将嵌入水印信息的矢量地理数据在系统中进行平移操作并保存，该过程会导致图像中坐标值的整体偏移。实验中平移结果如图5(a)部分所示。然后，对平移后的数据进行水印信息提取。实验结果表明，该方法可以有效抵抗平移攻击。

(2)缩放攻击

将嵌入水印信息的矢量地理数据在系统中进行缩放操作并保存，该过程会导致图像中部分坐标值发生不同程度的偏移，并造成一定的程度精度损失。实验中缩放结果如图5(b)部分所示。然后，对缩放后的数据进行水印信息提取。实验结果表明，该方法可以有效抵抗缩放攻击。

(3)裁剪攻击

将嵌入水印信息的矢量地理数据在系统中进行裁剪操作并保存，该过程会导致图像中部分坐标数据的损失。实验中裁剪结果如图5(c)部分所示。然后，对裁剪后的数据进行水印信息提取。实验结果表明，该方法可以有效抵抗裁剪攻击。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种交换密码水印加密方法，其特征在于，包括：

根据水印信息，基于混沌序列置乱加密算法生成二值水印信息；

获取待加密的矢量地理数据；

根据所述待加密的矢量地理数据中每个点的坐标值生成横坐标数值序列和纵坐标数值序列；所述横坐标数值序列为按横坐标大小排序的所有点的横坐标组成的序列，所述纵坐标数值序列为按纵坐标大小排序的所有点的纵坐标组成的序列；

基于所述二值水印信息，采用归一化数字水印算法分别对所述横坐标数值序列和纵坐标数值序列嵌入水印，对应得到嵌入水印后的横坐标数据和嵌入水印后的纵坐标数据；

基于置乱加密算法，分别对所述嵌入水印后的横坐标数据和嵌入水印后的纵坐标数据进行加密，对应得到置乱加密后的横坐标数据和置乱加密后的纵坐标数据；

将所述置乱加密后的横坐标数据和所述置乱加密后的纵坐标数据顺序组合，构建地理空间要素，生成水印加密后的矢量地理数据。

2.根据权利要求1所述的交换密码水印加密方法，其特征在于，所述基于所述二值水印信息，采用归一化数字水印算法分别对所述横坐标数值序列和纵坐标数值序列嵌入水印，对应得到嵌入水印后的横坐标数据和嵌入水印后的纵坐标数据，具体包括：

将所述横坐标数值序列进行归一化映射，得到归一化后的横坐标序列；

基于所述归一化后的横坐标序列，根据奇偶映射嵌入所述二值水印信息，得到嵌入水印的归一化横坐标数据，公式为：

式中，S”X_n为嵌入水印的归一化横坐标数据，S'X_n为归一化后的横坐标序列，Q为待嵌入水印位，Q＝0.1^k，k为大于零的整数，W_n为二值水印信息；

对嵌入水印的归一化横坐标数据进行逆归一化，得到嵌入水印后的横坐标数据，公式为：

AX_n＝S″X_min+(S″X_max-S″X_min)*S″X_n

式中，AX_n为嵌入水印后的横坐标数据，S″X_min为嵌入水印的归一化横坐标数据中的最小值，S″X_max为嵌入水印的归一化横坐标数据中的最大值；

将所述纵坐标数值序列进行归一化映射，得到归一化后的纵坐标序列；

基于所述归一化后的纵坐标序列，根据奇偶映射嵌入所述二值水印信息，得到嵌入水印的归一化纵坐标数据，公式为：

式中，S″Y_n为嵌入水印的归一化纵坐标数据，S′Yn为归一化后的纵坐标序列；

对嵌入水印的归一化纵坐标数据进行逆归一化，得到嵌入水印后的纵坐标数据，公式为：

AY_n＝S″Y_min+(S″Y_max-S″Y_min)*S″Y_n

式中，AY_n为嵌入水印后的纵坐标数据，S″Y_min为嵌入水印的归一化纵坐标数据中的最小值，S″Y_max为嵌入水印的归一化纵坐标数据中的最大值。

3.根据权利要求1所述的交换密码水印加密方法，其特征在于，所述基于置乱加密算法，分别对所述嵌入水印后的横坐标数据和嵌入水印后的纵坐标数据进行加密，对应得到置乱加密后的横坐标数据和置乱加密后的纵坐标数据，具体包括：

基于混沌序列加密算法，生成横坐标的置乱混沌序列和纵坐标的置乱混沌序列；所述横坐标的置乱混沌序列中的元素个数与嵌入水印后的横坐标数据中的元素个数一致，所述纵坐标的置乱混沌序列中的元素个数与嵌入水印后的纵坐标数据中的元素个数一致；

将所述横坐标的置乱混沌序列进行整数化处理，得到横坐标的整数序列，公式为：

式中，RcX_n为横坐标的整数序列，N为横坐标的置乱混沌序列中的元素个数，cX_n为横坐标的置乱混沌序列，

为向下取整运算；

按照嵌入水印后的横坐标数据中第i个元素与第RcX_i个元素置换的规则，依次对嵌入水印后的横坐标数据中的每个元素正向进行置换，得到置乱加密后的横坐标数据；其中，RcX_i表示横坐标的整数序列RcXn中第i个元素的数值；

将所述纵坐标的置乱混沌序列进行整数化处理，得到纵坐标的整数序列，公式为：

式中，RcY_n为纵坐标的整数序列，N为纵坐标的置乱混沌序列中的元素个数，cY_n为纵坐标的置乱混沌序列，

为向下取整运算；

按照嵌入水印后的纵坐标数据中第i个元素与第RcY_i个元素置换的规则，依次对嵌入水印后的纵坐标数据中的每个元素正向进行置换，得到置乱加密后的纵坐标数据；其中，RcY_i表示纵坐标的整数序列RcY_n中第i个元素的数值。

4.一种交换密码水印加密系统，其特征在于，包括：

二值水印信息生成模块，用于根据水印信息，基于混沌序列置乱加密算法生成二值水印信息；

待加密矢量地理数据获取模块，用于获取待加密的矢量地理数据；

数值序列生成模块，用于根据所述待加密的矢量地理数据中每个点的坐标值生成横坐标数值序列和纵坐标数值序列；所述横坐标数值序列为按横坐标大小排序的所有点的横坐标组成的序列，所述纵坐标数值序列为按纵坐标大小排序的所有点的纵坐标组成的序列；

水印嵌入模块，用于基于所述二值水印信息，采用归一化数字水印算法分别对所述横坐标数值序列和纵坐标数值序列嵌入水印，对应得到嵌入水印后的横坐标数据和嵌入水印后的纵坐标数据；

置乱加密模块，用于基于置乱加密算法，分别对所述嵌入水印后的横坐标数据和嵌入水印后的纵坐标数据进行加密，对应得到置乱加密后的横坐标数据和置乱加密后的纵坐标数据；

矢量地理数据重构模块，用于将所述置乱加密后的横坐标数据和所述置乱加密后的纵坐标数据顺序组合，构建地理空间要素，生成水印加密后的矢量地理数据。

5.一种交换密码水印加密方法，其特征在于，包括：

获取待加密的矢量地理数据；

遍历所述待加密的矢量地理数据，得到横坐标集合序列和纵坐标集合序列；所述横坐标集合序列为所述待加密的矢量地理数据中每个点的横坐标组成的序列，所述纵坐标集合序列为所述待加密的矢量地理数据中每个点的纵坐标组成的序列；

基于置乱加密算法，分别对所述横坐标集合序列和纵坐标集合序列进行加密，对应得到置乱加密后的横坐标数据和置乱加密后的纵坐标数据；

将所述置乱加密后的横坐标数据和所述置乱加密后的纵坐标数据顺序组合，构建地理空间要素，生成置乱加密后的矢量地理数据；

根据水印信息，基于混沌序列置乱加密算法生成二值水印信息；

根据所述置乱加密后的矢量地理数据中每个点的坐标值生成横坐标数值序列和纵坐标数值序列；所述横坐标数值序列为按横坐标大小排序的所有点的横坐标组成的序列，所述纵坐标数值序列为按纵坐标大小排序的所有点的纵坐标组成的序列；

基于所述二值水印信息，采用归一化数字水印算法分别对所述横坐标数值序列和纵坐标数值序列嵌入水印，对应得到嵌入水印后的横坐标数据和嵌入水印后的纵坐标数据；

将所述嵌入水印后的横坐标数据和嵌入水印后的纵坐标数据顺序组合，生成水印加密后的矢量地理数据。

6.根据权利要求5所述的交换密码水印加密方法，其特征在于，所述基于置乱加密算法，分别对所述横坐标集合序列和纵坐标集合序列进行加密，对应得到置乱加密后的横坐标数据和置乱加密后的纵坐标数据，具体包括：

基于混沌序列加密算法，生成横坐标的置乱混沌序列和纵坐标的置乱混沌序列；所述横坐标的置乱混沌序列中的元素个数与横坐标集合序列中的元素个数一致，所述纵坐标的置乱混沌序列中的元素个数与纵坐标集合序列中的元素个数一致；

将所述横坐标的置乱混沌序列进行整数化处理，得到横坐标的整数序列，公式为：

式中，RcX_n为横坐标的整数序列，N为横坐标的置乱混沌序列中的元素个数，cX_n为横坐标的置乱混沌序列，

为向下取整运算；

按照横坐标集合序列中第i个元素与第RcX_i个元素置换的规则，依次对横坐标集合序列中的每个元素正向进行置换，得到置乱加密后的横坐标数据；其中，RcX_i表示横坐标的整数序列RcX_n中第i个元素的数值；

将所述纵坐标的置乱混沌序列进行整数化处理，得到纵坐标的整数序列，公式为：

式中，RcY_n为纵坐标的整数序列，N为纵坐标的置乱混沌序列中的元素个数，cY_n为纵坐标的置乱混沌序列，

为向下取整运算；

按照纵坐标集合序列中第i个元素与第RcY_i个元素置换的规则，依次对纵坐标集合序列中的每个元素正向进行置换，得到置乱加密后的纵坐标数据；其中，RcY_i表示纵坐标的整数序列RcY_n中第i个元素的数值。

7.根据权利要求5所述的交换密码水印加密方法，其特征在于，所述基于所述二值水印信息，采用归一化数字水印算法分别对所述横坐标数值序列和纵坐标数值序列嵌入水印，对应得到嵌入水印后的横坐标数据和嵌入水印后的纵坐标数据，具体包括：

将所述横坐标数值序列进行归一化映射，得到归一化后的横坐标序列；

基于所述归一化后的横坐标序列，根据奇偶映射嵌入所述二值水印信息，得到嵌入水印的归一化横坐标数据，公式为：

式中，S″X_n为嵌入水印的归一化横坐标数据，S′X_n为归一化后的横坐标序列，Q为待嵌入水印位，Q＝0.1^k，k为大于零的整数，W_n为二值水印信息；

对嵌入水印的归一化横坐标数据进行逆归一化，得到嵌入水印后的横坐标数据，公式为：

AX_n＝S″X_min+(S″X_max-S″X_min)*S″X_n

式中，AX_n为嵌入水印后的横坐标数据，S″X_min为嵌入水印的归一化横坐标数据中的最小值，S″X_max为嵌入水印的归一化横坐标数据中的最大值；

将所述纵坐标数值序列进行归一化映射，得到归一化后的纵坐标序列；

基于所述归一化后的纵坐标序列，根据奇偶映射嵌入所述二值水印信息，得到嵌入水印的归一化纵坐标数据，公式为：

式中，S″Y_n为嵌入水印的归一化纵坐标数据，S′Y_n为归一化后的纵坐标序列；

对嵌入水印的归一化纵坐标数据进行逆归一化，得到嵌入水印后的纵坐标数据，公式为：

AY_n＝S″Y_min+(S″Y_max-S″Y_min)*S″Y_n

式中，AY_n为嵌入水印后的纵坐标数据，S″Y_min为嵌入水印的归一化纵坐标数据中的最小值，S″Y_max为嵌入水印的归一化纵坐标数据中的最大值。

8.一种交换密码水印加密系统，其特征在于，包括：

待加密矢量地理数据获取模块，用于获取待加密的矢量地理数据；

坐标集合序列生成模块，用于遍历所述待加密的矢量地理数据，得到横坐标集合序列和纵坐标集合序列；所述横坐标集合序列为所述待加密的矢量地理数据中每个点的横坐标组成的序列，所述纵坐标集合序列为所述待加密的矢量地理数据中每个点的纵坐标组成的序列；

置乱加密模块，用于基于置乱加密算法，分别对所述横坐标集合序列和纵坐标集合序列进行加密，对应得到置乱加密后的横坐标数据和置乱加密后的纵坐标数据；

矢量地理数据重构模块，用于将所述置乱加密后的横坐标数据和所述置乱加密后的纵坐标数据顺序组合，构建地理空间要素，生成置乱加密后的矢量地理数据；

二值水印信息生成模块，用于根据水印信息，基于混沌序列置乱加密算法生成二值水印信息；

数值序列生成模块，用于根据所述置乱加密后的矢量地理数据中每个点的坐标值生成横坐标数值序列和纵坐标数值序列；所述横坐标数值序列为按横坐标大小排序的所有点的横坐标组成的序列，所述纵坐标数值序列为按纵坐标大小排序的所有点的纵坐标组成的序列；

水印嵌入模块，用于基于所述二值水印信息，采用归一化数字水印算法分别对所述横坐标数值序列和纵坐标数值序列嵌入水印，对应得到嵌入水印后的横坐标数据和嵌入水印后的纵坐标数据；

水印加密后的矢量地理数据生成模块，用于将所述嵌入水印后的横坐标数据和嵌入水印后的纵坐标数据顺序组合，生成水印加密后的矢量地理数据。

9.一种交换密码水印解密方法，其特征在于，所述解密方法应用于权利要求1-3、5-7任一项所述的加密方法，所述解密方法包括：

遍历水印加密后的矢量地理数据中每个点的坐标值生成横坐标解密集合、纵坐标解密集合、横坐标解密数值序列和纵坐标解密数值序列；所述横坐标解密数值序列为按横坐标大小排序横坐标解密集合中的元素生成的序列，所述纵坐标解密数值序列为按纵坐标大小排序纵坐标解密集合中的元素生成的序列；

对所述横坐标解密数值序列进行归一化映射，得到归一化后的横坐标解密序列；基于所述归一化后的横坐标解密序列，根据奇偶映射提取嵌入水印的二值化序列，公式为：

式中，W_n为嵌入水印的二值化序列，S′X_n为归一化后的横坐标解密序列，k为大于零的整数，嵌入水印位Q＝0.1^k；或者，对所述纵坐标解密数值序列进行归一化映射，得到归一化后的纵坐标解密序列；基于所述归一化后的纵坐标解密序列，根据奇偶映射提取嵌入水印的二值化序列，公式为：

式中，S′Y_n为归一化后的纵坐标解密序列；

将所述嵌入水印的二值化序列还原为水印信息，得到初始嵌入水印；

基于混沌序列加密算法，生成横坐标置乱混沌序列和纵坐标置乱混沌序列；

将所述横坐标置乱混沌序列进行整数化处理，得到横坐标整数序列，公式为：

式中，RcX_n为横坐标整数序列，N为横坐标置乱混沌序列中的元素个数，cX_n为横坐标置乱混沌序列，

为向下取整运算；

按照横坐标解密集合中第i个元素与第RcX_i个元素置换的规则，依次对横坐标解密集合中的每个元素逆向进行置换，得到还原后的横坐标数据；其中，RcX_i表示横坐标整数序列RcX_n中第i个元素的数值；

将所述纵坐标置乱混沌序列进行整数化处理，得到纵坐标整数序列，公式为：

式中，RcY_n为纵坐标整数序列，N为纵坐标置乱混沌序列中的元素个数，cY_n为纵坐标置乱混沌序列，

为向下取整运算；

按照纵坐标解密集合中第i个元素与第RcY_i个元素置换的规则，依次对纵坐标解密集合中的每个元素逆向进行置换，得到还原后的纵坐标数据；其中，RcY_i表示纵坐标整数序列RcY_n中第i个元素的数值；

将所述还原后的横坐标数据和所述还原后的纵坐标数据顺序组合，构建地理空间要素，生成解密后的矢量地理数据。

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