一种基于顶点插入的矢量地图完整性认证方法

摘要

本发明属于地理信息科学、信息隐藏领域，具体涉及一种基于顶点插入的矢量地图完整性认证方法。本发明包括：划分矢量地图区域；矢量地图块分类；记录矢量地图块类型；生成认证水印；嵌入认证水印；嵌入认证水印；水印认证及原始数据恢复。本发明将矢量地图划分为若干区域，利用顶点插入的方法在每个区域中嵌入相应的认证信息，在认证阶段，不仅能够实现完整性认证，而且能够精确定位篡改区域，有效减少因无法准确检测篡改数据而导致的数据重传次数；本发明的误警率为零，漏警率为(1/2)^L，能够有效检测篡改。

主权项

1.一种基于顶点插入的矢量地图完整性认证方法，其特征在于：（1）划分矢量地图区域；将矢量地图图元划分为互不重叠的块，将矢量地图划分的块的行数和列数记为N_R和N_W，块的总数记为N_B，N_B=N_R×N_W，第i，i=1,2,…,N_B个矢量地图块记为B_i，包含块B_i的区域范围的矩形的左上顶点和右下顶点分别记为和和分别表示的x坐标和y坐标，和分别表示的x坐标和y坐标；（2）矢量地图块分类；将所有的块划分为两类，normal块和empty块，将块B_i的顶点数目记为如果则块B_i为normal块；否则，块B_i为empty块；（3）记录矢量地图块类型；生成包含N_B个元素的序列F，记录步骤（2）中每个块的类型，F＝{f_i|f_i∈{0,1},i＝1,...，N_B}其中，f_i=0表示第i块为一个normal块，f_i=1表示第i块为一个empty块；（4）生成认证水印；生成步骤（2）中每个normal块的认证水印，将块B_i的水印信息记为H_i，H_i＝{h_i,j∈{0,1},j∈[0,L-1]}其中，L表示Hi中比特的数目，h_i,j(0≤j≤L–1)表示Hi中第j个比特；（5）嵌入认证水印；将步骤（4）中生成的认证水印嵌入到normal块中，在normal块中嵌入水印（5.1）依据矢量地图块B_i的边界，计算B_i的中心和分别表示中心B_c,i的x坐标和y坐标；（5.2）生成一个以B_c,i为中心，r为半径的圆CB_i(B_c,i,r)，将在圆CB_i(B_c,i,r)的圆周上插入含水印顶点以隐藏认证水印，半径r的取值为：$(B_{i,\max }^x-B_{i,\min }^x,B_{i,\max }^y-B_{i,\min }^y)$（5.3）将认证水印Hi转换成要嵌入的水印序列W_i={W_i,j|j∈[0,N_A–1]}，W_i,j表示序列Wi中第j个元素，N_A表示序列W_i中元素数目；（5.4）根据密钥K^d，生成双精度浮点数序列A_i={A_i,j|j∈[0,N_A–1],(0≤A_i,j<180)}，A_i,j表示序列A_i的第j个元素，序列A_i即用来嵌入水印序列W_i的角度序列；（5.5）对于序列Wi的每个元素W_i,j(j∈[0,N_A–1])，嵌入到序列A_i中的第j个角度A_i,j的尾数部分，将得到的含水印角度记为A_i,j'；（5.6）依据含水印角度A_i，j'，计算在圆CB_i的圆周上的含水印顶点的位置，$\left\{\begin{array}{c}{r}_j^a=A_{i,j}\prime \times (\pi /180)\\ v_{i,j}^x=B_{c,j}^x+r\times \cos \left(r_j^a\right)\\ v_{i,j}^y=B_{c,i}^y+r\times \sin \left(r_j^a\right)\end{array}\right.$其中，和分别表示v_i,j的x坐标和y坐标，将计算得到的含水印顶点集合记为V_i={v_i,j|j∈[0,N_A–1]}；（5.7）将V_i中的含水印顶点插入到矢量地图中，得到含水印矢量地图；（6）水印认证及原始数据恢复；将含水印矢量地图的图元划分为互不重叠的块；根据步骤（3）中序列F识别每个块的类型；对于empty块，块中含有顶点，则视其遭到了篡改；否则，认为该块通过认证，对于normal块：（6.1）根据步骤（5）中计算块B_i'的中心并生成以B_c,i'为中心，r'为半径的圆和分别表示中心B_c,i'的x坐标和y坐标；（6.2）搜索CB_i'圆周上所有的顶点，将CB_i'圆周上所有顶点的集合记为$V_i^c=$$\left\{v_{i,j}^c(v_{i,j}^{c,x},v_{i,j}^{c,y})\right|j\in [0,N_c-1]\left)\right\},v_{i,j}^c$表CB_i'圆周上第j个顶点，$v_{i,j}^{c,x}$和$v_{i,j}^{c,y}$分别表示顶点$v_{i,j}^c$的x坐标和y坐标，N_c表示V_i^c包含的顶点数目；（6.3）获得所有可能的含水印顶点集合，将含水印顶点集合的序列记为$V_i^p=\left\{V_{i,j}^p\right|j\in [0,$$N_p-1\left]\right\},V_{i,j}^p=\left\{v_{i,j,k}^p(v_{i,j,k}^{p,x},v_{i,j,k}^{p,y})\right|k\in [0,N_A-1]\}$表示一个可能的含水印顶点集合，通过从$V_i^c$中选取N_A个不同的顶点获得，表示可能含水印顶点集合中第k个顶点，和分别表示顶点的x坐标和y坐标，表示可能含水印顶点集合的数目；（6.4）对于中每个可能含水印顶点集合（6.4.1）利用步骤（4）中描述的水印生成方法生成B_i''的水印信息H_i'={h_i,_j'|h_i,_j'∈{0,1},j∈[0,L–1]}，B_i''表示不包含中顶点的块B_i'；（6.4.2）生成一个含水印顶点集合$V_{i,j}\prime =\{v_{i,j,k}\prime (v_{i,j,k}^x\prime ,v_{i,j,k}^y\prime )|k\in [0,N_A-1]\},v_{i,j,k}\prime$表示V_i,j'的第k个顶点，和分别表示顶点v_i,j,k'的x坐标和y坐标；（6.4.3）如果块B_i'包含其相应的含水印顶点，块B_i^'通过完整性认证，删除中的顶点以恢复原始数据，块B_i'的认证过程到此结束；否则，重复步骤（6.4）直至所有的集合都测试完毕；（6.5）如果中没有一个可能含水印顶点集合是块B_i'的含水印顶点集合，则认为块B_i'遭到了篡改。