[发明专利]应对切割和拼接攻击的数字交通地图水印保护方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种计算机数据安全、信息隐藏方面的技术，具体是一种应对切割和拼接攻击的数字交通地图水印保护方法。

背景技术

数字水印是用于数字产品，例如图像、音频、视频等，知识产权保护的一种重要的技术。数字水印是添加到数字产品中的一段冗余信息。这些信息不会被产品用户察觉，因而不会影响产品的正常使用。而通过在数字产品中添加的一段水印信息就可以标记该产品的产权。而盗用者则会试图破坏水印以盗用地图。所以通过设计特定的策略来嵌入数字水印以应对盗用者的攻击就十分重要。

本项技术被用于数字交通地图的数字水印保护方面。数字交通地图是一种表示交通线路网络的矢量图。矢量交通地图使用包括点、多边折线和多边形等矢量元素来表示地理元素。在图1中，每一条路都是有一条多边折线表示的，正如方框中所示，多边折线是一系列相互连接的线段组成的。每一个线段有两个端点，都由两个方向的坐标x,y，分别表示经度和纬度。这类地图被广泛地应用在地理位置系统（GPS）和地理信息系统（GIS）以及其他基于位置的应用等方面，例如著名的线上地图应用Openstreetmap就是使用矢量地图的。

传统的数字水印保护方法通常将保护的地图对象作为一个整体，不论是加水印的过程还是水印检测的过程都需要将地图作为一个整体进行信息的提取。这种方法在处理普通的随机噪声攻击、旋转等简单攻击时比较有效，在诸如图像、音频、视频和软件等方面被广泛采用。但是，由于矢量数字地图的特殊性，局部的地图仍然具有很高的使用价值，所以即使只从目标地图中切割出一部分仍然可以进行二次发布；另一方面，矢量地图的拼接也十分方便，盗用者可以轻易地从不同的地图数据源中获得同一区域地图的不同部分，并将它们拼接起来形成一个“新”的矢量地图，从而实现对水印的破坏，如图2所示。这就使得对矢量地图的切割和拼接攻击的保护变得十分重要。在处理切割或者拼接等攻击方法时由于地图对象的整体性被破坏，原始的水印信息只有部分会保留在被盗用的地图中，造成传统的水印检测的失败。

而按照水印检测过程中是否需要原始的地图又将传统的水印保护方法分为独立检测类方法和依赖原始地图类方法。实际应用中不论是从可行性还是操作成本上考虑，都需要水印检测方法不依赖原始地图。

发明内容

针对现有技术中的不足，在处理切割或者拼接等攻击方法时由于地图对象的整体性被破坏，原始的水印信息只有部分会保留在被盗用的地图中，如果对水印的检测还是要用到整个地图整体信息，就会造成信息缺失以及水印检测的失败。要想实现对切割和拼接等攻击方法的保护，必须提出一种只依靠局部地图数据信息进行数字水印的添加与检测的方法。另一方面，这种方法必须是自适应地图信息的，即只要被检测数字地图中盗用了被保护的地图的一定量的数据信息，都需要被检测报告出来。最后，作为一种实用方法，这种方法必须是可独立检测的,即不需要与原始的被保护地图进行对比。本发明要实现的就是针对数字交通地图的切割和拼接攻击的水印保护方法。这种方法不依赖于原始的被保护地图，可以独立检测。其工作流程如图3所示。

目前为止尚没有一种技术方法能够很好地解决数字地图的剪切与拼接攻击，针对切割攻击，在地图中大部分信息被切割时，现有的方法都不能很好地处理；而对于拼接攻击，目前尚没有水印保护的方法提出，已有方法都无法处理这种情况。

本发明提出的这种利用局部信息进行数字水印的嵌入和检测的方法，能够十分有效地应对大规模的切割以及拼接方法对数字交通的图的攻击。通过我们的实验表明，在切割比例为50%时，本方法检测的准确率可以达到100%，即便是当切割比例达到95%时，本方法仍能以80%的准确率将水印检出。

本发明在对数字地图进行水印嵌入的过程中引入的误差非常小。数字地图在嵌入水印的过程中，本方法可以根据需要对数字地图进行划分。我们使用一个比特的数字水印来表示一个子区域是否嵌入过水印。

本发明提供一种应对切割和拼接攻击的数字交通地图水印保护方法，包括如下步骤：

步骤1：数字地图自适应划分步骤，具体为：根据密钥a,b(见方法步骤中的密钥说明“a)”、b)”)找出包含目标地图的最小矩形作为划分的初始区域，然后采用改进型四叉树结构根据地图中道路的密度自适应地将需要保护的目标地图划分成若干小矩形区域，划分结果对应改进型四叉树的层次结构，其中，密钥a为坐标网格G，G={原点（x,y）,步长}，密钥b为最小包含矩形，最小包含矩形为矩形边全部落在网格线上、且形区域完全包含整个地图的最小矩形；