[发明专利]一种Oracle Spatial空间数据库的数字水印嵌入与提取方法

说明书

技术领域

本发明属于地理信息版权保护领域，具体涉及一种Oracle Spatial空间数据库的数字水印方法。

背景技术

数字水印技术作为信息隐藏的一个重要分支，在版权认证方面起着关键作用。基于数据库在数据管理中发挥的重要作用，其版权认证研究正在迅速开展并形成了多种数据库水印嵌入和提取算法，如《汉明码和多数选举在关系数据库数字水印中的应用》(郑光明.湖南理工学院学报.2005，18(3)：23-25.)提出基于差错控制的关系数据库数字水印算法，在整体上把通过拉格郎日插值公式进行密钥分存的思想引入到关系数据库数字水印的分存过程中，然后在局部再与汉明码和多数选举相结合的纠错方法进行差错控制；《基于密钥分存的关系数据库数字水印技术》(胡斌，施荣华，彭沛夫.计算机应用研究，2007，24(8)：144-145.)提出的基于密钥分存的关系数据库数字水印技术，将可信中心和密钥分存的思想引入关系数据库水印算法，首先争取对水印信息分存，然后根据分存值序列，分成三元组序列，再对数据库中有效位数较多的数值型字段值进行更新，修改其最低有效位的值；《基于BIBD的数据库压缩水印技术》(栗新宇，王以刚.计算机科学.2008，25(3)：97-102)提出了基于BIBD的数据库压缩水印技术使用一维转换为二维的元组标识算法，并以此将数据库中的元组进行分组、排序，得到元组的排列方式，在每一个元组分组的内部，运用BIBD算法对数据库中的元组进行筛选，最终得到待嵌入水印信息的元组；《基于多维云模型的关系数据库数字水印算法》(徐龙琴，刘双印，沈玉利.佳木斯大学学报.2008，26(3)：330-333)提出了基于多维云模型的关系数据库数字水印算法根据关系数据库某些数值型属性允许一定误差的特点，结合云理论，将每一个数值型属性都作为一个维度，结合多维云模型，提出一种半盲测的关系数据库水印技术。

然而，数据库的结构特征是数据库水印研究的基础和前提，只有针对数据库的组织结构特点，才能设计出有效的数字水印算法。以Oracle Spatial为典型代表的对象关系空间数据库模型，与传统的数据库组织有较大不同，目前已有数据库数字水印算法也难以直接应用于Oracle Spatial空间数据库的版权认证。

发明内容

本发明的目的在于：本发明针对Oracle Spatial空间数据库的数据存储特征和结构特征，提出一种适用于Oracle Spatial空间数据库的鲁棒性水印嵌入和提取算法，根据坐标排列的不同状态来嵌入不同的水印信息，即突破了以往数据库水印算法主要针对数值型数据的使用限制，又避免了水印嵌入对数据质量的影响。同时，该方法对于格式变换操作、元组增加攻击以及数据压缩操作等诸多操作与攻击具有较好的鲁棒性。

本发明的总体思路是：利用空间数据库中要素的坐标排列顺序改变不会影响数据质量的特点，以坐标排列顺序的不同状态来表示水印信息0和1(图1所示)。该方法由于修改的只是坐标排列顺序而不是数据本身，从而不会对载体数据精度造成任何影响。并且本算法对于投影操作、几何变换以及数据压缩等诸多操作具有较好的鲁棒性。

本发明Oracle Spatial空间数据库的水印嵌入方法，步骤如下：

(1)元组分组并生成待嵌入元组序列Q

针对空间数据库中的数据表G，选择适当的单向Hash函数，与给定的密钥key结合，对待嵌入数据表的空间数据字段最小外接矩形编码计算Hash值，并对Hash值求余数，挑选余数符合条件的元组R供水印嵌入。其具体过程如下：

1)计算空间数据库G中每个元组其空间数据字段R.g的最小外接矩形，基于该最小外接矩形对角线两顶点坐标经运算，生成元组标识编码，记为R.s；

2)根据单向Hash函数以及用户事先给定的密钥key，由公式1)计算每个元组所对应的哈希值R.h；

R.h＝H(R.s，key)                        1)

3)若R.h满足R.h mod v＝w，则将元组R放入待嵌入元组序列Q。其中，除数v和余数w均由用户在满足下式2)条件的前提下事先给出。

w＜v

其中N_G为空间数据库G中元组的数量，N_m为水印信息m的长度，K为重复嵌入次数。

若R.h不满足R.h mod v＝w，则不将元组R放入待嵌入元组序列Q。

(2)将待嵌入元组序列Q中的元组，按照R.h值的大小进行从大到小或者从小到大排序，将经过排序的待嵌入元组序列记为Qs；