一种基于信息分存的涉密点状地理要素伪装与还原方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于地理信息安全领域，具体涉及一种基于信息分存技术进行点类型的 GIS矢量数据伪装与还原的方法。
【背景技术】
[0002] 地理信息的安全防护涉及国家安全和社会利益，是当前急需解决的国家和社会重 大需求问题。在对秘密GIS矢量数据信息内容隐藏的基础上，进一步隐藏秘密信息的存在， 是当前地理信息安全研宄与应用的重点。
[0003] 目前，信息分存技术主要应用于图像领域，图像分存的含义是将图像信息分为具 有一定可视效果的η幅图像，如果知道图像信息中的m(m〈n)幅子图像，则该图像可以得到 恢复，如果图像少于m幅，则图像无法得到恢复。借鉴分存技术在图像领域的应用，将分存 技术应用到矢量地理数据信息伪装中来，将完整的矢量地理数据采用一定的方法分存到多 个分散的矢量地理数据中进行伪装，使伪装后的数据仍然是有意义的矢量地理数据。与已 有的伪装方法相比，既兼顾了精度弱化方式隐蔽性的优势，又避免了置乱方式容易引起攻 击者注意以及载体隐藏方式对容量的高要求等缺陷。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于：基于信息分存伪装技术，提出一种针对GIS点图层数据中涉 密点状地理要素的伪装与还原方法，能有效保障涉密点数据在数据传输、隐藏通信中的安 全性。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采取的技术方案主要包括：
[0006] 一种基于信息分存的涉密点状地理要素伪装与还原方法，具体步骤如下：
[0007] (一）点类型GIS矢量数据伪装过程
[0008] 步骤11 :加载一幅点图层矢量地图，并且输入伪装半径系数c，c e (〇, 1);
[0009] 步骤12 :从原始点图层数据R中选择涉密点集P = {Pi I i = 1，2，…，m}，m为涉 密点的个数；针对点集P中的每一个涉密点Pi,依次循环执行步骤13至步骤17 ;
[0010] 步骤13 :确定当前涉密点Pi拟生成伪装三角形的内角α n、a i2、a i3，
[0011] (a)采用递归生长法对当前点图层数据生成TIN数据格式的三角网集合T，从集合 T中遍历包含当前涉密点Pi的三角形集合Τ' = {T / I j = 1，2, ...，η}，其中Τ' e Τ，η为 包含Pi的三角形的个数；
[0012] (b)对集合Τ'中三角形的三个内角α n、a i2、a i3进行从小到大排序，并按角度从 小到大顺序依次存放在集合A1、A2、A3中，其中Al = UljI j = 1，2,…，η}，Α2 = {Α2」| j = 1，2,…，η}，A3 = {A3」I j = 1，2，…，η}，其中η为三角形的个数；
[0013] (c)基于公式⑴对集合AU Α2、A3分别求平均值即可得到伪装三角形的三个内 A α η、a i2、a i3:
【主权项】
1. 一种基于信息分存的设密点状地理要素伪装与还原方法，其特征在于，具体步骤如 下： (一）点类型GIS矢量数据伪装过程 步骤11 ;加载一幅点图层矢量地图，并且输入伪装半径系数C，C G (0, 1); 步骤12 ;从原始点图层数据R中选择设密点集P = (Pi I i = 1，2，…，m}，m为设密点 的个数；针对点集P中的每一个设密点Pi,依次循环执行步骤13至步骤17 ; 步骤13 ;确定当前设密点Pi拟生成伪装S角形的内角a 11、a 12、a W (a)采用递归生长法对当前点图层数据生成TIN数据格式的=角网集合T，从集合T中 遍历包含当前设密点Pi的S角形集合T' = {T/ |j = l，2，...，n}，其中T'GT，n为包 含Pi的S角形的个数； 化）对集合T'中S角形的S个内角a 11、a 12、a 13进行从小到大排序，并按角度从小 到大顺序依次存放在集合A1、A2、A3中，其中A1 = {Al^' = 1，2,…，n}，A2 = {A2山'= 1，2,…，n}，A3 = {A3j I j = 1，2，…，n}，其中n为S角形的个数； (C)基于公式（1)对集合A1、A2、A3分别求平均值即可得到伪装S角形的S个内角 a 11、a 12、a 13:
步骤14 ;确定当前设密点Pi的伪装半径r i'， (a)根据公式似计算拟生成的伪装；角形的内角比，记为l:m:n，其中n〉m〉l，
(2; 化）设拟伪装生成的S个点分别为P。、Pc、Pw当前设密点的泰森多边形记为abcdef， 伪装圆屯、为0,最大伪装半径为r，Pi与其他原始点P j.的最小距离为R，j声i，P 距离最 大值记为l，Pii点与Pi的最小距离记为1 i;根据不规则S角网的构建规则，在确保拟伪装点 在同一个S角形的前提下，基于公式（3)得到当前设密点的最大伪装半径ri:
(3) (c) 根据公式（4)计算当前设密点的伪装半径r/，其中，c为用户参数： r/ = c*ri，c G (0, 1) (4) 步骤15 ;拟伪装点坐标值的计算，当前设密点Pi坐标记为（X。yi)， (a)伪装S角形各边对应的圆屯、角按照从小到大的顺序依次记为01、0 2、0 3,计算公 式如妨所示：
C5) 化）第一个伪装点；在伪装圆上任意取一点作为第一个伪装点如公式化） 所示：
(6) (C)第二个伪装点Pi2(Xi2，yn)，假设Pi2与Pu形成的弦长对应的圆屯、角为0 1，基于Pil 按顺时针方向旋转0 1，Pi2的坐标计算公式如（7)所示：
(7) (d) 第^个伪装点Pi3(x。，心）；根据TINS角网的构建规则化及伪装S角形的内角比 为1 ;m:n两个条件在伪装圆上遍历第=个伪装点，按照逆时针方向可W找到第=个伪装 点，计算公式如（8)所示；
(8) 步骤16 ;将生成的S个伪装点Pii、Pi2、Pi3替代当前设密点P i更新到原始点图层数据R 中； 步骤17 ;将当前设密点Pi的伪装半径r 做加密变换后生成的密钥信息ki添加到密 钥文件KeyFile中； 步骤18 ;重复步骤13至步骤17,直到实现对每个设密点要素的伪装处理，保存伪装后
的数据文件为R'; (二）针对点类型GIS矢量数据还原过程 步骤21 ;打开伪装后的数据文件R'，打开密钥文件KeyFile ;针对每一个设密点Pi的 还原，依次循环执行步骤22至步骤26 : 步骤22 ;对当前伪装后的矢量点图层数据按照递归生长法构建TIN数据格式的=角网 集合T ; 步骤23 ;对伪装S角形Si的识别，S角网集合T中由伪装后的S个点形成的S角形称 为伪装立角形； (a)读取密钥文件KeyFile中当前第i组密钥ki，解密还原后可得到当前伪装S角形 Si的外接圆半径r/ ; 化）对集合T中每个S角形求其外接圆圆屯、〇i坐标（X。yi)，记每个S角形S个顶点坐 标分别为PilUii, y^i), Pi2(Xi2, yi2)，Pi3(Xi3, yi3)，计算公式如（9)所示；在已知外接圆圆屯、〇i 坐标的基础上，根据公式（10)计算外接圆半径ri:
(C)遍历T中的每个S角形，查找其外接圆半径与r/相等的所有S角形，记为集 合A = (Ail i = 1，2,…，n}，其中n为符合该条件的S角形个数； (d) 如果n为1，那么该S角形为伪装S角形Si，该S角形的S个顶点即为伪装点；如 果n大于1，则转入步骤（e); (e) 根据内角比进一步筛选伪装S角形Si; 步骤24 ;伪装目标还原，遍历得到的伪装=角形Si的=个顶点点坐标分别为P。、Pc、 Pu，按公式（9)可计算得到原始设密点坐标Pi(Xi，yi); 步骤25 ;将还原后的原始设密点坐标Pi替代伪装点P 11、Pi2、Pu更新到矢量数据文件 R'中； 步骤26 ;重复步骤22-25,依次完成每个设密点的还原处理。
2.根据权利要求1所述的一种基于信息分存的设密点状地理要素伪装与还原方法，其 特征在于，步骤23(e)中，进一步筛选伪装=角形Si的具体过程如下；对当前=角形Ai依次 循环执行W下操作： (i) 分别计算当前S角形Ai的S个内角，并且按照从小到大的顺序分别记为a。、a 12、 a i3； (ii) 创建临时数据Rtmp，并将数据文件R'赋值给数据Rtmp; (iii) 将当前S角形Ai对应的外接圆圆屯、〇i代替该S角形的S个顶点更新到临时数 据Rtmp中，重新生成TIN数据格式的S角网集合T'; (iV)在集合T'中遍历包含〇i点的S角形集合B =巧i|i = 1，2,…，m}，m为包含〇i 点的S角形个数；对于集合B中的所有S角形按照所述步骤13的规则求得平均内角值，并
按从小到大的顺序依次记为01、0 2、0 3; (V)如果内角平均值01、0 2、0 3与曰曰。、曰。分别相等，那么当前；角形A i为伪 装；角形；如果内角平均值01、0 2、0 3与a 11、a 12、a U不等，循环执行步骤a)至（V)， 直到遍历到符合条件的伪装=角形。
【专利摘要】本发明公开了一种基于信息分存的点类型GIS矢量数据伪装与还原方法，包括如下过程：(1)针对点类型GIS矢量数据伪装过程，包括伪装范围的确定、伪装点的生成等步骤；(2)针对点类型GIS矢量数据还原过程，包括伪装目标的识别、伪装点的还原等过程。本发明的方法具有较高的隐蔽性和不受容量限制的优势，为矢量地理数据的信息伪装提供了新思路，在隐藏秘密信息存在性的基础上有效保障秘密点数据在数据传输、隐藏通信中的安全性。
【IPC分类】G06T1-00
【公开号】CN104599224
【申请号】CN201510038934
【发明人】吴雪荣, 李安波, 蒋伟, 杨孝丽
【申请人】南京师范大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年1月26日