[发明专利]一种矢量地理数据选择性认证半脆弱水印方法

说明书

技术领域

本发明属于地理信息完整性认证的技术领域，特别涉及一种矢量地理数据选择性认证半脆弱水印方法。

背景技术

矢量地理数据是国家基础地理数据的重要组成部分，是国家基础设施建设和地球科学研究的支撑性成果，在国家经济、国防建设中占有十分重要的地位，保护矢量地理数据的安全具有重要意义。数字水印作为保护数字产品版权的前沿技术，在矢量地理数据版权保护方面得到了广泛的重视和研究。

数字水印包括鲁棒水印和脆弱水印，鲁棒水印主要用于数据的版权保护，脆弱数字水印主要用于数据的真伪辨别和完整性鉴定，又称为认证（杨义先，钮心忻．数字水印理论与技术[M]．北京：高等教育出版社，2006，20）。随着矢量地理数据应用的深入，尤其是网络化应用的普及，矢量地理数据认证方面的要求也日趋增多。如何保障矢量地理数据传输过程的安全？如何在矢量地理数据遭到破坏后能够及时发现并有效检测破坏信息？这些都是数据认证需要研究的问题。认证分为精确认证和选择性认证，精确认证就是数据只要有改变就认为数据被篡改，选择性认证是对数据一些改变可以接受，不可接受的改变则认为是篡改。

精确认证适用于很多场合，但是对于输入计算机中的矢量地理数据，有时因为比例尺不符，或为了实现数据的合成与排版，特别是矢量地理数据拼接时的接边处理，需要对这些数据进行几何变换(线性变换)，以便满足矢量地理数据使用或地理信息系统应用的要求。矢量地理数据的几何变换主要包括平移、旋转、缩放变换。由于缩放变换对数据精度改变很大，而且对矢量地理数据而言实际意义不大，因此，在矢量地理数据需要进行几何变换的应用中，对数据进行平移、旋转几何变换是允许的，这种情况下就需要选择性认证。

半脆弱水印是指不受合法失真影响却会被不合法失真破坏的水印，它提供了一种实现选择性认证的方法。对于矢量数据，特别是矢量地理数据的脆弱水印研究还很少。Han-ling Zhang等（Han-ling Zhang, Ming-ming Gao. A Semi-fragile Digital Watermarking Algorithm for 2D Vector Graphics Tamper Localization[C]. Multimedia Information Networking and Security, 2009. MINES '09. 2009: 549–552）对矢量图形数据的半脆弱水印进行研究，虽然可以对平移、旋转、缩放几何变换实现一定的抵抗能力，但是对数据的篡改只能定位到数据块上。矢量地理数据与图像数据不同，图像数据很多情况下都是一些像素点组成数据块才能表达一个信息，所以针对数据块的认证在图像认证中比较实用，但是矢量地理数据是由数据点组成的，每一个数据点都具有独立的地理信息，因此需要研究针对矢量地理数据点的半脆弱水印算法。

发明内容

本发明的目的在于：目前矢量地理数据选择性认证缺乏有效的方法，尤其在针对平移、旋转这一类矢量地理数据常用的几何变换方面，一些针对二维图形的半脆弱水印算法也只是能具有一定的抵抗能力，而且只能将篡改定位到矢量地理数据块上，针对这一问题，提出一种矢量地理数据选择性认证半脆弱水印方法，在控制水印嵌入不影响数据精度的同时，使得水印能够不受矢量地理数据平移、旋转几何变换的影响，实现对其它篡改的检测，并能够将篡改定位到矢量地理数据的数据点上。

为了实现上述发明目的，本发明所采取的技术方案为：

一种矢量地理数据选择性认证半脆弱水印方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）水印嵌入位置选择

步骤一：数据的读取和处理，读取待嵌入水印信息的矢量地理数据；

步骤二：对前后两个数据点                                               和，，为矢量地理数据中数据点的个数，根据距离函数计算它们之间的距离值；

步骤三：基于模糊聚类方法对距离函数值进行分类分级，根据不同的类别确定对距离函数值的水印嵌入位置。

（2）水印信息生成

步骤一：提取函数在嵌入位置之前的数值记为；

步骤二：设水印信息范围为，其中为任意设定的整数，使用阶模2本原多项式生成随机序列，然后根据二进制到十进制的转换器将序列转换为十进制整数后关于取模，生成水印信息；

步骤三：针对生成的水印信息，根据转化为{0,1}格式的最终水印信息。

（3）水印信息嵌入