面向共享的矢量地理数据安全关键技术研究

摘要

矢量地理数据是国家基础设施建设和地球科学研究的支撑性成果之一，在国家经济建设、国防建设、社会生产中有着举足轻重的地位和十分广泛的应用。随着矢量地理数据共享需求的增加，其安全问题也日益凸显，侵权、盗版、泄密、非法传播与使用等行为屡禁不止，业已严重影响和阻碍了矢量地理数据的共享与服务。因此，如何利用技术手段解决矢量地理数据共享与安全之间的矛盾是当前迫切需要解决的问题。
　　本文针对矢量地理数据共享服务面临的安全问题，基于加密技术、数字水印等理论和方法，对面向共享的矢量地理数据安全关键技术进行了深入研究，主要研究成果如下:
　　(1)基于矢量地理数据共享流程，阐述了矢量地理数据共享过程中的特点及安全要求，探讨了精度降低技术、加密技术、数字水印技术等信息安全技术的科学内涵，以及对矢量地理数据共享服务和安全保护的作用。
　　(2)分析了矢量地理数据精度特征，构建了矢量地理数据精度降低基本规则和数学模型。利用集合映射思想，提出了一种基于加法规则的矢量地理数据精度降低模型。该模型在降低数据精度的同时，较好地保持了矢量地理数据的拓扑关系和几何形状，使数据既能达到安全保密要求又能满足实际应用需求。
　　(3)利用非线性函数的特性，提出了一种基于乘法规则的矢量地理数据精度降低模型，并从理论上证明了该方法能够保持数据的位置一致性。采用的非线性变换函数具有连续性和递增性，在保持好的数据位置一致性条件下，精度也能够有效控制。
　　(4)在分析现代加密技术优势的基础上，针对涉密数据的安全保护，提出了一种基于AES加密技术的矢量地理数据局部加密模型。通过拓扑约束规则，保证了矢量地理数据在局部加密、解密过程中的数据可用性，提高了矢量地理数据的安全性。同时，研究了加密技术和水印技术相结合的矢量地理数据安全服务方法。
　　(5)阐明了矢量地理数据多级分发的应用模式、性能评价和算法设计思想。提出了一种基于双向映射的矢量地理数据两级数字水印模型，有效解决了两次嵌入水印信息相互覆盖的问题，且能保持单级数字水印算法的强鲁棒性。
　　(6)为了满足更多级的数据分发需求，提出了一种基于水印信息分段的多级水印算法。该算法采用水印信息先分段再合成的水印信息生成模式，有效增加了水印嵌入和数据分发的级数，为矢量地理数据多级分发提供了可行的、安全的技术手段。
　　(7)针对数据分发次数的变化性和不可预测性，提出了一种基于四叉树动态分块的多级水印算法。该算法可以动态添加水印信息，克服了静态多级水印只能事先确定分发次数的约束，有效提高了多级水印技术的灵活性和适应性。

目录

论文说明

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 矢量地理数据共享与安全技术

1．2．1 矢量地理数据共享

1．2．2 矢量地理数据精度降低技术

1．2．3 矢量地理数据加密技术

1．2．4 矢量地理数据水印技术

1．2．5 小结

1．3 研究内容与技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

1．4 论文组织

第二章 国内外研究现状

2．1 矢量地理数据精度降低研究现状

2．2 矢量地理数据加密研究现状

2．2．1 哈希函数

2．2．2 对称加密

2．2．3 非对称加密

2．2．4 加密技术在地理数据应用方面的研究现状

2．3 矢量地理数据数字水印研究现状

2．3．1 数字水印起源

2．3．2 数字水印概述

2．3．3 矢量地理数据数字水印研究现状

2．4 存在问题

2．5 本章小结

第三章 矢量地理数据精度降低技术

3．1 矢量地理数据精度降低特征分析

3．1．1 矢量地理数据精度

3．1．2 矢量地理数据精度降低基本概念

3．1．3 矢量地理数据精度降低基本规则

3．1．4 矢量地理数据精度降低数学模型

3．2 顾及数据特征的矢量地理数据随机精度降低算法

3．2．1 基于伪随机序列的随机干扰信号生成

3．2．2 基于加法规则的矢量地理数据精度降低算法

3．2．3 基于映射的矢量地理数据精度降低算法

3．2．4 几何形状保持约束规则

3．2．5 实验与分析

3．2．6 小结

3．3 基于乘法规则的矢量地理数据精度降低算法

3．3．1 基于乘法规则的精度降低基本模型

3．3．2 位置一致性证明

3．3．3 非线性精度降低函数的确定条件

3．3．4 非线性精度降低函数cos(·)的确定

3．3．5 实验与分析

3．3．6 小结

3．4 本章小结

第四章 矢量地理数据局部加密技术

4．1 现代加密方法分析

4．1．1 AFS与DES的加密原理

4．1．2 AES与DES的加密特点比较

4．2 矢量地理数据加密特征分析

4．3 基于AES的矢量地理数据局部加密模型

4．3．1 矢量地理数据局部加密模型

4．3．2 实验与分析

4．3．3 小结

4．4 基于加密和水印技术的矢量地理数据安全服务

4．4．1 问题的提出

4．4．2 基于加密和水印技术的安全服务方法

4．5 本章小结

第五章 矢量地理数据多级水印技术

5．1 矢量地理数据多级水印概述

5．1．1 矢量地理数据多级水印特征分析

5．1．2 矢量地理数据多级水印应用模式

5．1．3 多级水印算法的性能评价

5．1．4 矢量地理数据多级水印算法设计思想

5．2 基于双向映射的矢量地理数据多级水印模型

5．2．1 水印信息生成

5．2．2 水印嵌入方法

5．2．3 水印检测方法

5．2．4 实验与分析

5．3 基于水印信息分段的矢量地理数据多级水印模型

5．3．1 水印信息分段

5．3．2 分段制水印信息生成方法

5．3．3 水印嵌入和检测方法

5．3．4 实验与分析

5．4 基于四叉树递归分块的多级水印模型

5．4．1 四叉树递归分块机制

5．4．2 四叉树递归分块多级嵌入与提取方法

5．4．3 实验与分析

5．5 本章小结

第六章 矢量地理数据安全保护原型系统

6．1 系统框架设计

6．2 系统功能模块

6．3 系统运行演示

6．3．1 系统主界面

6．3．2 数据精度降低菜单

6．3．3 数据局部加密菜单

6．3．4 多级水印菜单

6．4 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 研究结论

7．2 创新之处

7．3 研究展望

参考文献

在读期间发表的学术论文及研究成果

致谢