[发明专利]一种顾及地形特征的DEM脆弱水印完整性认证方法

说明书

技术领域

本发明属于地理信息安全技术领域，具体涉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

数字高程模型(Digital Elevation Model，简称DEM)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。

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这些不足。

具体来说，将脆弱水印技术用于DEM数据的完整性认证具有以下三个方面的优势：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，认证时不仅可以判断出是否变化，还能推测出变化位置甚至类型、方式等；③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。这些都是传统的数字签名技术所无法企及的。

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以借鉴其在图像方面的相关进展。

图像脆弱水印完整性认证的研究主要分为以下两大类：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，丁科(电子学报，Vol.32，No.6，1009-1012，2004年)等使用混沌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混沌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混沌系统将图像的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

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。

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，包括以下过程：

(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S₁，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：

步骤二：根据数据非特征区域S₂的栅格数n₂计算待嵌入水印序列段数N：

步骤三：根据数据特征区域S₁的栅格数n₁和水印序列段数N，计算用于生成每段水印序列的原始输入数目M：

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＝{Z_i1；i＝1,2,...,n₁}进行分段MD5 Hash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：