适用于不规则三角网数字高程模型的信息伪装及还原方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种适用于不规则三角网数字高程模型的信息伪装及还原方法，属于 数字高程数据处理技术领域。
【背景技术】
[0002] 不规则三角网（Triangulated Irregular Netting, TIN)是数字高程模型 (Digital Elevation Model, DEM)的一种重要表现形式，通过连接离散的高程采样点，将地 形表达成不重叠的连续三角面，具有数据量小、地形细节表达详细等优点，特别适用于高精 度的地形建模与仿真，在国防和经济领域应用广泛。
[0003] 数据共享是信息时代的一个重要标志，目前用户可以在开放的网络环境中下载到 全球大部分地区的不同精度的高程数据，但是重点地区尤其是这些地区的高精度数据，仍 具有重要的保护价值。例如，美国将全球90m的SRTM数字高程数据进行共享，却将更高精度 的DEM数据列为本国的重要机密，用于更好的部署部队、研究高精确制导武器等军事目的。 我国生产的各种分辨率的DEM数据，也仅向公众开放提供I : 100万的数据，其他分辨率数据 的申领必须经过行政审批。由于代表了精确的空间定位信息，重要地区的高程数据一旦泄 露，会对国家安全和经济建设造成巨大的损失。
[0004] 目前针对TIN模型的信息保护主要有信息加密和数字水印两种。信息加密能够为 所有数据提供通用的保护模式，结果一般是无法理解的数据流，加密后数据在公开信道中 传输主要存在以下问题：（1)目标明显，特别容易受到关注。由于加密成了乱码，这些数据 更容易引起注意，受到专门攻击；(2)安全性有待提高。研究证明，没有任何一种加密算法 完全可靠，高性能计算机的出现更为密码分析提供了极大方便。即使攻击者不能在短时间 内进行破译，也可以对原始信息进行破坏和篡改数，影响数据使用。不规则三角网的数字水 印技术是在三维网格水印的基础上发展而来，近年出现了多种更具有针对性的TIN水印算 法。但是由于能够处理的数据量较小，数字水印更注重版权保护，很少直接用于保护高数数 据内容本身。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种适用于不规则三角网数字高程模型的信息伪装及还原 方法，以解决目前不规则三角网数字高程模型信息保护安全性能不高以及迷惑性不强的问 题。
[0006] 本发明为解决上述技术问题提供了一种适用于不规则三角网数字高程模型的信 息伪装方法，该信息伪装方法包括以下步骤：
[0007] 1)将TIN模型高程数据按照高程节点的横坐标大小进行排序，形成只含有高程数 据的一维序列；
[0008] 2)采用混沌映射将上述一维序列中的数据进行置乱；
[0009] 3)采用中国剩余定理在空间域上将置乱后的数据进行数值代换，代换后的数据即 为伪装后的三角网数字高程模型数据。
[0010] 所述步骤2)中的混沌映射采用Tent映射。
[0011] 所述采用Tent映射进行置乱包括以下步骤：
[0012] A.以给定Tent映射的参数和初值作为置乱密钥产生混沌序列X ;
[0013] B.将混沌序列中要素按照从小到大的顺序排列形成X，并记录其中各要素在序列 X中的原始地址，形成置换序列P ;
[0014] C.利用一维离散余弦变换将规范化后的高程数据一位序列中的各高程数值转换 到频率域中，形成频率系数序列W ;
[0015] D.将系数序列W进行分组，对每一组中的频域系数按照置换序列P进行变换，使每 组中第i个位置的数据置换到第？1个位置上，组合后得到置乱频率系数集合W' ；
[0016] E.利用一维离散余弦逆变换将W'转换到空间域上，完成数据置乱。
[0017] 所述采用中国剩余定理进行数值代换的步骤如下：
[0018] a.将经过置乱的所有高程数值进行规范化处理，并将每个高程值Ill分为两部分：
[0019] b,= [h./lOOO]
[0020] Ci= h ； (modlOOO)
[0021] 形成数据集合：
[0022] Bi= {b 土 I i = 1，2, 3, · · ·，L}和 Ci= {c 土 I i = 1，2, 3, · · ·，L}
[0023] 其中L表示TIN中高程结点的数量；
[0024] b.选择四个的正的素数Iii1, m2，m3，m4> 1000作为代换密钥，利用m JPIm2依次转换 B2n i和C 2n i得到D 2n i，利用叫和m 4依次转换B 2n和C 2n得到D 2n，将集合D2n i和D 2n合并形成 集合 D，其中 n= 1，2,3，···，[L/2];
[0025] c.将集合D内的数据归化到原始数据的取值范围内：
[0026]
[0027] 其中，!1_和Η_分别表示原始高程数据的最大值和最小值，d i为集合D内的数据， 〇_和D_表示经中国剩余定理处理后得到代换数组中的最大值和最小值；
[0028] d.将得到的(^形成最终的数据集合D'，即得到了经过中国剩余定理伪装的三角 网数字高程数据。
[0029] 本发明还提供了一种数据还原方法，该数据还原方法包括代换还原和置乱还原，
[0030] 所述代换还原是将伪装数据在空间域上利用中国剩余定理还原到代换伪装之前 的状态，是伪装代换的逆过程；
[0031] 所述置乱还原是将伪装数据在频率域中利用Tent映射还原到原始位置，是伪装 置乱的逆过程。
[0032] 所述代换还原包括以下步骤：
[0033] 1)将伪装数据进行规范化处理；
[0034] 2)利用密钥0_和D _，将伪装数据中所有的高程数值利用下式进行转换：
[0035]
[0036] 其中，Η'_和Η' _分别表示伪装数据中的最大值和最小值，得到转换后的数据集 合D ;
[0037] 3)利用代换密钥叫、m2、m3、m4，按照中国剩余定理，对得到的集合D中的每一个元 素进行处理，每一个元素解密可以得到两个原始数据，依次加入数据集合E ;
[0038] 4)对E中的元素，作如下处理
[0039]
[0040] 组合得到集合F，为TIN伪装数据进行数据代换前、高程置乱后的结果。
[0041] 所述置乱还原包括以下步骤：
[0042] (1)利用置乱密钥a、X。和N，根据式1生成混沌序列X，按照置乱方法得到置乱序 列P ;
[0043] (2)利用一维离散余弦变换将代换还原后的高程集合F转换到频率域中，得到频 率系数集合W'，利用P对其进行反置乱，得到原始频率系数集合W ;
[0044] (3)利用一维离散余弦逆变换将W转换到空间域上，完成置换还原，得到原始的高 程数据集合，并将其一一对应于原始的空间坐标，得到最终结果即为还原后的三角网数字 高程模型数据。
[0045] 本发明的有益效果是：本发明的信息伪装方法主要包括空间置乱和数值代换两 个部分，其中空间置乱采用Tent混沌映射的方式实现，数值代换采用中国剩余定理进行。 与传统的信息保护方法相比，本发明采用上述信息伪装的方式进行信息保护具有迷惑性 强，安全性能高的突出优点，能够为不规则三角网数字高程模型中的重要高程信息提供安 全防护，可以有效保障不规则三角网数字高程模型数据的存储和传输。
【附图说明】
[0046] 图1是本发明适用于不规则三角网数字高程模型信息伪装方法的原理示意图；
[0047] 图2是Tent映射的分叉图；
[0048] 图3是原始不规则三角网数字高程模型规范化后的结果；
[0049] 图4是采用Tent映射空间置乱后的结果图；
[0050] 图5是采用中国剩余定理代换后的最终伪装数据的示意图；
[0051] 图6是代换还原后的数据示意图；
[0052] 图7是经置乱还原后的最终还原数据示意图；
[0053] 图8是选取不同初值得到的置乱