[发明专利]一种定位篡改区域的矢量地图完整性认证方法

权利要求书

1.一种定位篡改区域的矢量地图完整性认证方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)图元顶点分类；

该步骤中，将矢量地图图元的顶点划分为三类：信息顶点、标记顶点和参照顶点；信息顶点用于嵌入该图元所在数据单元的认证水印和其被关联数据单元的定位信息；标记顶点用于标记图元所在的数据单元；参照顶点用于辅助每个图元的标记及其所在数据单元的认证水印和其被关联数据单元的定位信息的嵌入；将每个线图元的第一个顶点和最后一个顶点视为其参照顶点，第二个顶点视为其标记顶点，其他顶点视为信息顶点；将每个面图元的第二个顶点和倒数第二个顶点视为参照顶点，第一个顶点视为其标记顶点，其他顶点视为信息顶点；

(2)基于模拟退火方法的数据单元划分；

该步骤中，依据每个数据单元需嵌入的定位信息长度和认证水印长度，利用模拟退火方法，将原始矢量地图划分为若干数据单元；假设S_best为得到的最优数据单元划分方法，将由S_best划分的数据单元视为待嵌入水印的数据单元，将S_best划分的数据单元数目记为u(S_best)，S_best的第i个数据单元记为中图元的数目记为中第j个图元记为数据单元序列记为

(3)关联数据单元；

该步骤中，实现数据单元间的一一映射，使每个数据单元都有唯一存储其定位信息的关联数据单元和在此数据单元中存储定位信息的被关联数据单元， 具体方法为：不断地生成随机数对(r1,r2)，r1,r2＝1,2,…,u(S_best)，通过交换序列中元素和的位置，实现序列的置乱，得到置乱后的序列依据序列和建立数据单元的一一映射，i＝1,2,...,u(S_best)；对于每一个映射关系将数据单元视为数据单元的关联数据单元，将视为的被关联数据单元，的定位信息将存储于中；

(4)构建定位信息；

该步骤中，对于每个数据单元依据其最小外接矩形的顶点信息，构建其定位信息；假设的最小外接矩形为MER_i＝{v_i,0,v_i,1,v_i,2,v_i,3}，v_i,j(x_i,j,y_i,j)为MER_i的第j个顶点，选取MER_i的3个顶点构造数据单元的定位信息；i＝1,2,...,u(S_best)，j＝0,1,2,3；假设为数据单元的定位信息，为数据单元的被关联数据单元的定位信息；

(5)生成认证水印；

该步骤中，利用散列算法，生成步骤(2)中每个数据单元的认证水印；将数据单元的认证水印记为H_i，i＝1,2,...,u(S_best)；

其中，I(·)表示获取空间数据和属性数据的方法，k表示生成hash(·)输入参数的私钥，V_i表示数据单元的顶点数目，M_in表示该矢量地图的索引值，hash(·)表示一个已有的加密哈希算法，unithash(H_i^a，L_a，K)表示在私钥K的控制下从比特序列H_i^a中选择L_a比特的方法；

(6)嵌入定位信息和认证水印；

该步骤中，对于每个数据单元利用基于量化的方法，将步骤(4)生成的其被关联数据单元的定位信息Q_i”和步骤(5)生成的该数据单元的认证水印H_i嵌入其前N_r个信息顶点中；在数据单元中嵌入其被关联数据单元的定位信息Q_i”和其认证水印H_i后，得到含水印数据单元将的含水印图元记为

(7)标记图元；

该步骤中，对于含水印数据单元的每个图元依据该图元的两个参照顶点，利用步骤(6)的信息嵌入方法，在该标记顶点中嵌入图元所在数据单元的索引信息i，在数据单元的每个图元中嵌入标记后，得到含标记数据单元在每个图元中嵌入标记后，得到含标记矢量地图；

(8)水印认证和篡改区域定位；

该步骤中，依据图元标记及信息隐藏方法，认证数据单元完整性并定位篡改区域，具体步骤如下：

a.识别原始数据单元；

从每个图元的标记顶点中提取嵌入的标记，利用标记识别每个数据单元的图元，得到含标记数据单元

b.提取定位信息和认证水印；

对于每个含标记数据单元从含嵌入信息顶点中提取其被关联数据单元的定位信息Q_i”和其认证水印以备其被关联数据单元的原始区域定位和本数据单元的水印认证；i＝1,2,...,u(S_best)；

c.生成认证水印；

利用步骤(5)的方法，生成每个含标记数据单元的认证水印；i＝1,2,...,u(S_best)；假设为生成的认证水印为

d.水印认证；

依据含标记数据单元中提取出的认证水印和生成的认证水印判定该数据单元是否发生篡改；i＝1,2,...,u(S_best)；若则该数据单元未发生篡改；否则，认为该数据单元发生了篡改，并转入步骤e定位篡改区域；

e.定位篡改区域；

检测数据单元的关联数据单元是否发生了篡改，若其关联数据单元未发生篡改，则利用其关联数据单元中提取的该数据单元的定位信息，计算该数据单元的原始最小外接矩形MER_i，并结合该数据单元当前最小外接矩形计算MER_i和的并集，得到最终的篡改区域定位结果；否则，仅将该数据单元当前的覆盖区域视为篡改区域， 验证完每个数据单元的完整性后，显示所有被篡改的数据单元区域。