[发明专利]一种GIS矢量数据文件访问控制方法

摘要

本发明公开了一种GIS矢量数据文件访问控制方法，包括GIS矢量数据文件的版权标记m嵌入、版权标记m提取和数据恢复、数据应用监控与访问控制三个技术环节；版权标记m分为标志使用的版权标记和认证使用的版权标记。在发行GIS矢量数据产品时，通过可逆水印算法在发行产品中嵌入过量的版权标记，有意降低数据精度。直接下载数据，可在满足教学用户及普通用户数据共享应用的同时，由于数据精度降低而限制其对数据的商业使用。针对科研、商业等高端用户，通过安装基于过滤驱动技术的监控程序，在数据应用时，透明方式实现实时的版权标记提取和数据恢复，从而实现实时版权认证和获得无损的原始数据产品，并限制合法用户的越权操作。

主权项

1、一种GIS矢量数据文件访问控制方法，包括GIS矢量数据文件的版权标记m嵌入、版权标记m提取和数据恢复、数据应用监控与访问控制三个技术环节；所述版权标记m分为两种：标志使用的版权标记和认证使用的版权标记；标志使用的版权标记采用数字信息或英文文本信息；认证使用的版权标记采用汉字文本信息或图像信息；第一技术环节，GIS矢量数据文件的版权标记生成与嵌入：步骤一、根据要嵌入的版权标记m的类型生成相应的加密水印信息W；所述加密水印信息W分为：标志使用的水印信息Wa和认证使用的水印信息Wb；如果版权标记为汉字文本信息，则通过汉字内码转换、ASCII码转换、域值转换、加密处理对汉字文本信息处理，生成二进制加密水印信息；如果版权标记为英文文本信息，则通过ASCII码转换、域值转换、加密处理进行信息处理，生成二进制加密水印信息；如果版权标记为数字信息，则通过域值转换、加密处理，生成二进制加密水印信息；如果是图像信息，则通过图像压缩、基于Logistic映射的混沌置乱、除维处理、值域转化对图像信息处理，生成二进制加密水印信息；步骤二、在GIS矢量数据文件地理要素坐标x坐标中嵌入加密水印信息W；首先在GIS矢量数据文件地理要素坐标x坐标中嵌入标志使用的水印信息Wa，然后循环嵌入认证使用的水印信息Wb；具体嵌入过程为：2.1、读取GIS矢量数据文件中的地理要素坐标x坐标数据并将其放大10～10^N倍；2.2、将所述放大后的地理要素坐标x坐标数据按照读取先后顺序每两个分为一组，并提取每组数据的整数部分计算差值序列Dx={dxi|i∈N}]]>和整数均值序列Mx={mxi|i∈N},]]>并将Dx转换为二进制格式：dxi=x1i-x2i]]>mxi=(x1i+x2i)/2---(1)]]>2.3、计算f_i、key(j)及d_xⁱ′，其中，f_i为变换标志位序列，根据其值用于确定该载体数据d_xⁱ是基于差值扩大原理嵌入一位水印信息，还是基于LSB置换方法嵌入一位水印信息；key(j)是水印提取的密钥，其值为d_xⁱ最低位(f_i＝0)；d_xⁱ′为嵌入水印后的载体数据，具体计算方法表明，对应f_i＝1的d_xⁱ′是由原始差值d_xⁱ右移一位并在低位添加一位水印信息得到的；而对应f_i＝0的d_xⁱ′则是由水印数据直接替换d_xⁱ的最低位得到的；f_i＝1，当f_i＝0，当key(j)=dxi-2*[dxi/2],]]>当f_i＝0时，(j＝1，2，…N)dxi′=2×dxi+wi]]>f_i＝1f_i＝0(2)d_xⁱ、w_i分别是dx、W(即：Wa或Wb)的元素，i＝1，2……N；2.4、将上步计算结果d_xⁱ′转换为十进制格式后，得到含水印差值序列为D′x={dx1′,dx2′,···,dxN′};]]>通过式(3)将d_xⁱ′和m_xⁱ进行逆变换，加上原始数据的小数部分后并与步骤2.1对应缩小相应倍数，可以得到含水印的横坐标数据：x1i′=mxi+[dxi′+12]]]>x2i′=mxi-[dxi′2]---(3)]]>基于上述步骤2.1至2.4，首先嵌入一次标志使用的水印信息Wa，然后多次循环嵌入认证使用的水印信息Wb，直至地理要素坐标x坐标数据所有分组中均嵌入认证使用的水印信息；第二技术环节，GIS矢量数据的版权标记提取和数据恢复：依据水印嵌入顺序，基于差值扩大方法和LSB置换方法，首先在GIS矢量数据文件中提取标志使用的水印信息Wa，然后提取认证使用的水印Wb，并在提取水印信息的同时恢复数据；具体提取过程为：1)读取待检测数据中的x坐标信息，并将x坐标放大10～10^N倍；2)将x坐标两两分组变换，并提取每组数据的整数部分基于下式(4)进行运算，可得到差值序列D′x={dx1′,dx2′,···,dxN′}]]>和整数均值序列Mx={mxi|i∈N},]]>并将D′_x转换为二进制格式；dxi′=x1i′-x2i′]]>mxi=(x1i′+x2i′)/2---(4)]]>3)提取差值序列D′_x的最低比特位即得到隐藏的加密水印信息W(即：Wa或Wb)；4)依据下式(5)及D′_x计算f_i及d_xⁱ，并转换为十进制格式后，得到原始差值序列Dx={dxi|i∈N}]]>(N是地图所包含要素的顶点数的总和)：f_i＝1，当f_i＝0，当f_i＝1f_i＝0；(5)5)原始差值序列D_x结合整数均值序列M_x，即通过式(6)可逆整数变换完全恢复原始数据的整数据部分，加上原始数据的小数部分后并与步骤1)中对应缩小相应倍数，可以得到原始横坐标数据。x1i′=mxi+[dxi′+12]]]>x2i′=mxi-[dxi′2];---(6)]]>第三技术环节，GIS矢量数据文件的应用监控与访问控制：1)当一个用户要对文件进行读操作时，系统首先将应用程序的请求通过win32 API调用发给win32子系统；2)win32子系统将通过系统服务接口，将该命令传给内核层的I/O管理器；在I/O管理器里，该命令被构造成I/O请求包IRP，并送到设备系统驱动程序的入口点；3)将GIS矢量数据文件监控过滤驱动程序安放在整个I/O管理器驱动栈的最顶层，当设备驱动将此IRP依次向下传送并执行时，首先会遇到被安插在其中的文件过滤驱动程序，将这个请求包IRP拦截下来，并基于第二技术环节所述版权标记提取与数据还原算法，分析获取其携带的标志使用的水印信息Wa；4)根据标志使用的水印提取结果与用户输入密钥情况，选择进行以下处理：a)若未提取出标志使用的水印，则向下层驱动程序传递并处理IRP，完成正常数据操作；b)若发现是受版权保护的含水印数据，则系统会向用户索取水印密钥；等待用户正确输入密钥后，访问控制系统将在内核态基于第二技术环节所述版权标记提取与数据还原算法对数据进行实时水印提取和数据还原；等各层驱动程序传递并处理IRP，完成后向用户态提交数据使用，并激活各类监控程序，继续执行步骤5)，开始对用户的操作进行监控；c)若发现是受版权保护的含水印数据，但用户输入错误的密钥信息，则中止该操作，从而控制非法用户的使用；5)监控到用户越权操作时，将限制相应操作。