[發明專利]一種定位篡改區域的矢量地圖完整性認證方法

有效

• 申請號: 201710168807.X
• 申請日: 2017-03-21
• 公開（公告）號: CN106886973B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 趙向軍;王娜娜;郭小薈
• 申請（專利權）人: 江蘇師范大學
• 主分類號: G06T1/00
• 分類號: G06T1/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

1.一種定位篡改區域的矢量地圖完整性認證方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)圖元頂點分類；

該步驟中，將矢量地圖圖元的頂點劃分為三類：信息頂點、標記頂點和參照頂點；信息頂點用于嵌入該圖元所在數據單元的認證水印和其被關聯數據單元的定位信息；標記頂點用于標記圖元所在的數據單元；參照頂點用于輔助每個圖元的標記及其所在數據單元的認證水印和其被關聯數據單元的定位信息的嵌入；將每個線圖元的第一個頂點和最后一個頂點視為其參照頂點，第二個頂點視為其標記頂點，其他頂點視為信息頂點；將每個面圖元的第二個頂點和倒數第二個頂點視為參照頂點，第一個頂點視為其標記頂點，其他頂點視為信息頂點；

(2)基于模擬退火方法的數據單元劃分；

該步驟中，依據每個數據單元需嵌入的定位信息長度和認證水印長度，利用模擬退火方法，將原始矢量地圖劃分為若干數據單元；假設S_best為得到的最優數據單元劃分方法，將由S_best劃分的數據單元視為待嵌入水印的數據單元，將S_best劃分的數據單元數目記為u(S_best)，S_best的第i個數據單元記為中圖元的數目記為中第j個圖元記為數據單元序列記為

(3)關聯數據單元；

該步驟中，實現數據單元間的一一映射，使每個數據單元都有唯一存儲其定位信息的關聯數據單元和在此數據單元中存儲定位信息的被關聯數據單元， 具體方法為：不斷地生成隨機數對(r1,r2)，r1,r2＝1,2,…,u(S_best)，通過交換序列中元素和的位置，實現序列的置亂，得到置亂后的序列依據序列和建立數據單元的一一映射，i＝1,2,...,u(S_best)；對于每一個映射關系將數據單元視為數據單元的關聯數據單元，將視為的被關聯數據單元，的定位信息將存儲于中；

(4)構建定位信息；

該步驟中，對于每個數據單元依據其最小外接矩形的頂點信息，構建其定位信息；假設的最小外接矩形為MER_i＝{v_i,0,v_i,1,v_i,2,v_i,3}，v_i,j(x_i,j,y_i,j)為MER_i的第j個頂點，選取MER_i的3個頂點構造數據單元的定位信息；i＝1,2,...,u(S_best)，j＝0,1,2,3；假設為數據單元的定位信息，為數據單元的被關聯數據單元的定位信息；

(5)生成認證水印；

該步驟中，利用散列算法，生成步驟(2)中每個數據單元的認證水印；將數據單元的認證水印記為H_i，i＝1,2,...,u(S_best)；

其中，I(·)表示獲取空間數據和屬性數據的方法，k表示生成hash(·)輸入參數的私鑰，V_i表示數據單元的頂點數目，M_in表示該矢量地圖的索引值，hash(·)表示一個已有的加密哈希算法，unithash(H_i^a，L_a，K)表示在私鑰K的控制下從比特序列H_i^a中選擇L_a比特的方法；

(6)嵌入定位信息和認證水印；

該步驟中，對于每個數據單元利用基于量化的方法，將步驟(4)生成的其被關聯數據單元的定位信息Q_i”和步驟(5)生成的該數據單元的認證水印H_i嵌入其前N_r個信息頂點中；在數據單元中嵌入其被關聯數據單元的定位信息Q_i”和其認證水印H_i后，得到含水印數據單元將的含水印圖元記為

(7)標記圖元；

該步驟中，對于含水印數據單元的每個圖元依據該圖元的兩個參照頂點，利用步驟(6)的信息嵌入方法，在該標記頂點中嵌入圖元所在數據單元的索引信息i，在數據單元的每個圖元中嵌入標記后，得到含標記數據單元在每個圖元中嵌入標記后，得到含標記矢量地圖；

(8)水印認證和篡改區域定位；

該步驟中，依據圖元標記及信息隱藏方法，認證數據單元完整性并定位篡改區域，具體步驟如下：

a.識別原始數據單元；

從每個圖元的標記頂點中提取嵌入的標記，利用標記識別每個數據單元的圖元，得到含標記數據單元

b.提取定位信息和認證水印；

對于每個含標記數據單元從含嵌入信息頂點中提取其被關聯數據單元的定位信息Q_i”和其認證水印以備其被關聯數據單元的原始區域定位和本數據單元的水印認證；i＝1,2,...,u(S_best)；

c.生成認證水印；

利用步驟(5)的方法，生成每個含標記數據單元的認證水印；i＝1,2,...,u(S_best)；假設為生成的認證水印為

d.水印認證；

依據含標記數據單元中提取出的認證水印和生成的認證水印判定該數據單元是否發生篡改；i＝1,2,...,u(S_best)；若則該數據單元未發生篡改；否則，認為該數據單元發生了篡改，并轉入步驟e定位篡改區域；

e.定位篡改區域；

檢測數據單元的關聯數據單元是否發生了篡改，若其關聯數據單元未發生篡改，則利用其關聯數據單元中提取的該數據單元的定位信息，計算該數據單元的原始最小外接矩形MER_i，并結合該數據單元當前最小外接矩形計算MER_i和的并集，得到最終的篡改區域定位結果；否則，僅將該數據單元當前的覆蓋區域視為篡改區域， 驗證完每個數據單元的完整性后，顯示所有被篡改的數據單元區域。