一种顾及地形特征的dem脆弱水印完整性认证方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于地理信息安全技术领域，具体设及一种顾及地形特征的DEM脆弱水印 完整性认证方法。
【背景技术】
[0002] 数字高程模型值igitalElevationModel,简称呢M)是通过有限的地形高程数据 实现对地形曲面的数字化模拟，它是地学分析的基础数据，在国民经济和国防建设中占有 十分重要的地位。在计算机技术、数字化技术和网络技术都日益精进的现代化背景下，DEM 数据在存储、使用、传播、复制等整个流通过程中均受到来自不同方面、不同程度的安全威 胁。因此，如何有效地保护DEM数据的版权、认证其完整性，已经成为了一个迫切需要解决 的现实问题。
[0003] 脆弱水印技术是指在保证一定数据质量的前提下，将水印信息嵌入到数据中，当 数据内容受到怀疑时，提取该水印来鉴别数据内容的真伪，并指出篡改位置，甚至攻击类型 等。传统密码学的完整性认证主要使用数字签名技术，但需要另外的安全介质和可信通道， 而脆弱水印技术则很好地弥补了该些不足。
[0004] 具体来说，将脆弱水印技术用于DEM数据的完整性认证具有W下S个方面的优 势；①水印信息与数据本身融为一体，无需密码学认证所必需的数字摘要等其他信息；② 水印与含水印数据同时经历相同的变化，认证时不仅可W判断出是否变化，还能推测出变 化位置甚至类型、方式等；⑨在进行完整性认证时，无需原始数据或其他数据的辅助，通过 待检测数据自身中所含脆弱水印信息即可完成自认证。该些都是传统的数字签名技术所无 法企及的。
[0005] 目前，使用脆弱水印技术对地理数据进行完整性认证的研究尚处于兴起阶段，针 对DEM数据的脆弱水印完整性认证研究更是鲜少见刊。由于规则格网DEM数据在数据结构、 数据组织等方面与图像数据有着诸多相似之处，现阶段国内外对于图像脆弱水印完整性认 证的研究要充分、广泛得多。因此，对于DEM数据脆弱水印完整性认证的研究可W借鉴其在 图像方面的相关进展。
[0006] 图像脆弱水印完整性认证的研究主要分为W下两大类；①空间域脆弱水印方法， 指将水印信息直接嵌入到图像的像素中，通过直接从空间域中提取出的水印信息来判断 数据的完整性，目前已得到了非常广泛的研究。例如，了科（电子学报，Vol. 32,No. 6， 1009-1012, 2004年）等使用混浊序列来对原始待嵌入信息进行置乱加密，得到最终的水印 信息嵌入到图像的LSB位平面中，算法篡改定位准确且安全性较高。②变换域脆弱水印方 法，是指通过首先对图像进行某种变换，然后修改变换域系数来实现水印的嵌入，主要有离 散余弦变换和离散小波变换。例如，李赵红（电子学报，Vol. 34,No. 12, 2134-2137, 2006年） 等提出了一种使用Logistic混浊系统和块不相关水印技术的DCT域脆弱水印算法，算法使 用Logistic混浊系统将图像的DCT次高频系数和水印密钥映射生成水印信息，然后将水印 嵌入到图像的DCT高频系数中，实现了对图像数据的完整性认证。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于；针对DEM数据在流通过程中可能存在的被非法获取、篡改，且 DEM数据因有其专属特征而无法直接移植其他数据类型的脆弱水印算法的问题，提出一种 针对DEM地形特征的脆弱水印算法，解决DEM数据的完整性认证问题。
[0008] 为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案为： 一种顾及地形特征的DEM脆弱水印完整性认证方法，包括W下过程： (1)脆弱水印信息生成 步骤一：根据待嵌入水印DEM载体数据S的精度，选取数据不受水印影响部分的数值， 使用D8算法提取数据的地形特征点，得到数据的特征区域Si，数据的剩余部分构成数据的 非特征区域S2,两者符合如下关系式：
【主权项】
1. 一种顾及地形特征的DEM脆弱水印完整性认证方法，其特征在于包括以下三个过 程： (1) 脆弱水印信息生成； (2) 脆弱水印信息嵌入； (3) 脆弱水印信息检测。
2. 根据权利要求1所述的顾及地形特征的DEM脆弱水印完整性认证方法，其特征在于： 所述过程（1)包括以下步骤： 步骤一：根据待嵌入水印DEM载体数据S的精度，选取数据不受水印影响部分的数值， 使用D8算法提取数据的地形特征点，得到数据的特征区域S1，数据的剩余部分构成数据的 非特征区域S 2，两者符合如下关系式：
步骤二：根据数据非特征区域S2的栅格数η 2计算待嵌入水印序列段数N : N = I nj 64~]： 步骤三：根据数据特征区域栅格数n JP水印序列段数Ν，计算用于生成每段水印 序列的原始输入数目M . W =「叫/ iV]; 步骤四：以M为单位（不足M则直接使用实际数目），对数据特征区域S1的高程值Z1 ={Zil;i = 1，2,. . .，n J进行分段MD5Hash运算，得到DEM数据的哈希序列，亦即待嵌入的 脆弱水印序列W，共N段： Wi - MD5 (Z ((卜加+山，Z((H)1^2)1, ···，Z((H)iwi)1) ;i - I, 2,. . . , N 其中，每段水印序列的长度恒为128位，可表示为：W= Iwi, 1彡i彡128 ;Wie {〇, 1}}。
3. 根据权利要求1所述的顾及地形特征的DEM脆弱水印完整性认证方法，其特征在于： 所述过程（2)包括以下步骤： 步骤一：对于数据高程值&= {Z i2;i = 1，2,. . .，η 2}，其中Z2i根据数据组成可表示为： Zi2= Z i2.a+Zi2.bX 10_2+Zi2.。，其中，Zi2.^示数据的整数部分，Z i2.b表示数据的小数点 后两位数值，Zi2 .。表示数据的其余部分； 步骤二：依次将数据非特征区域S2的高程数据Z i2.b部分转换成二进制序列，得到待嵌 入水印的数据序列 Zi2.b:Z i2.b= {z i2.b, i = 1，2,...，n2;z i2.be {〇, 1}}; 步骤三：假设~表示二进制序列Z i2.b的最后一位值，z 2表示二进制序列Z i2.^倒数 第二位值，其中，Zl，z2e {0，1};根据步骤二生成得到的水印信息序列，依次替换待嵌入水 印数据序列Zi2.b的低两位平面，得到嵌入水印后的数据序列Z' i2.b，具体的嵌入规则为：
步骤四：将数据序列Z' i2.b恢复为十进制，并与数值的其他部分合并，得到嵌入水印 后的非特征区域高程值t i2= Zi2.a+Z< i2.bXl(T2+Zi2.。，进一步得到嵌入水印后的DEM非 特征区域 S' 2:S' 2={Xi2，Y i2，Z' i2};i = l，2，...，n2; 步骤五：将原始特征区域数据S1与已嵌入水印的非特征区域数据S' 2合并，得到已嵌 入脆弱水印的DEM数据S'，完成水印嵌入操作：S' = Si? S' 2，其中，田表示合并运算。
4.根据权利要求1所述的顾及地形特征的DEM脆弱水印完整性认证方法，其特征在于： 所述过程（3)包括以下步骤： 步骤一：与水印信息生成时相同，使用D8算法提取待检测水印DEM数据S'的地形特征 点，得到数据的特征区域S' i，数据的剩余部分为数据的非特征区域S' 2:
步骤二：使用与水印信息生成时相同的方法对待检测水印DEM的特征区域S' 1进行 MD5Hash运算，组成用于验证的脆弱水印序列W1; 步骤三：按照水印嵌入时的方法对DEM非特征区域S' 2进行二进制转换，并提取出数 据的低两位平面信息，组成待验证的水印序列W2; 步骤四：比较WgW2，得出认证结果： ① 当W1= W 2时，表示DEM数据未被修改，内容完整，认证通过； ② 当W1^ W 2时，表示DEM数据被修改，内容不完整，认证不通过。
【专利摘要】本发明公开了一种顾及地形特征的DEM脆弱水印完整性认证方法，包括脆弱水印信息生成、脆弱水印信息嵌入、脆弱水印信息检测等过程。本发明的方法基于脆弱水印理论，充分顾及DEM的地形特征，实现DEM数据的完整性认证。本发明在准确认证DEM数据完整性的同时，有效降低了水印嵌入对DEM载体数据的影响。
【IPC分类】G06F21-64, G06F21-10
【公开号】CN104866737
【申请号】CN201510297971
【发明人】朱长青, 许惠, 任娜, 邹秀珍
【申请人】南京吉印信息科技有限公司
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年6月3日