一种运用OFFO结合BIBD的遥感影像非对称指纹方法

摘要

本发明公开了一种运用OFFO结合BIBD的遥感影像非对称指纹方法，包括抗合谋指纹的生成方法：以连续型OFFO指纹为基向量原型，在保持不同指纹间距离不变的情况下将连续型指纹量化为二值指纹，利用BIBD编码出新的抗合谋指纹；基于Bresson同态公钥加密的遥感影像非对称指纹方案构造方法：内容提供商使用DCT扩频嵌入方式对称加密一份遥感影像，每个消费者通过基于Bresson同态公钥加密构造的非对称的解密密钥分发协议从内容提供商获取唯一一份解密密钥，解密后得到不同的含指纹遥感影像。本发明有更高的抗合谋能力，加密效率高，带宽要求低，可用于遥感影像的数字版权保护。

说明书

技术领域

本发明属于地图学与地理信息系统技术领域，更具体的说是涉及一种运用OFFO结合BIBD的遥感影像非对称指纹方法。

背景技术

近年来，随着遥感技术的快速发展，遥感影像在国防军事建设，现代化建设，科学研究等领域中应用广泛，其经济价值、社会价值日益凸显。然而伴随遥感影像的广泛应用，泄密、侵权及盗版等问题也日益突出，解决该问题成为信息安全领域研究的热点。

目前有关遥感影像的安全保护技术，从保护方式上可分为事后追究与事先防范两大类。数字水印和数字指纹技术都属于事后追究技术，它们通过在遥感影像中嵌入版权信息或用户标识信息等，必要的时候提取出嵌入的水印信息，可以有效解决遥感影像的版权保护问题。数字水印和数字指纹技术已经发展成为测绘成果版权认证、使用跟踪、内容认证等方面的一种有效手段。与数字水印技术相比，数字指纹技术能够从盗版的数字拷贝中追踪到原始的购买者(盗版者)，因此，数字指纹技术在数字产品版权保护中更具优势。

由于数字指纹可以通过在遥感影像分发前嵌入购买者的身份信息(数字指纹)，在发现盗版后，通过指纹追溯到购买者，从而找到盗版的源头。在这种情况下，购买者为避免被抓到，必然会破坏遥感影像中的数字指纹信息。数字指纹主要面临来自多个盗版者的合谋攻击。如何提高抗合谋能力是数字指纹研究的主要内容之一。

目前的抗合谋数字指纹研究按照对嵌入假设的解释不同可分为两种：(1)离散型数字指纹；(2)连续型数字指纹。而连续型数字指纹未采用嵌入假设，每一位取值范围都是实数，更适用于遥感影像。近年来，各种研究中所提出的连续型指纹主要分为3类：(1)正交指纹；(2)最优聚焦指纹(OFF)；(3)使用正交向量构造最优聚焦指纹(OFFO)。

数字指纹研究的另一个主要内容是数字指纹方案的设计，目前数字指纹方案可以分为三种基本类型：对称指纹方案，非对称指纹方案及匿名指纹方案。其中匿名指纹方案是在非对称指纹的基础上实现了消费者的匿名性，因此，将匿名指纹方案归属到非对称指纹方案中，把指纹方案只分成对称指纹方案与非对称指纹方案两大类。

在传统的对称指纹方案中，指纹的生成和嵌入由内容提供商单方面完成，内容提供商及消费者都保有相应的指纹拷贝，因此不诚实的内容提供商可能恶意多次分发含用户指纹的拷贝来诬陷消费者；同理，不诚实的消费者可以通过辩解盗版的数字拷贝来自内容提供商的恶意分发来抵赖。为了克服对称指纹方案存在的缺陷，非对称指纹方案逐渐被采用。在非对称指纹方案中，数字产品的交易通过各参与者的一个交互协议(指纹协议)来完成。当协议正常执行完成后，消费者得到了其所购买的含有指纹的数字拷贝，而内容提供商得到了对应消费者的一些秘密信息。内容提供商可以根据盗版的数字拷贝中提取的指纹信息以及在交易过程中所得到的有关消费者的秘密信息有效追踪到盗版者，而指纹方案的非对称属性可以防止无辜的消费者受到诬陷。

目前常用的非对称指纹方案主要基于具有同态属性的公钥加密算法，其同态属性可以将加密的数字水印或数字指纹直接嵌入到加密的数字产品中而无需提前解密，从而实现交易协议的非对称性。

因此，如何降低计算复杂度，提高带宽效率，同时结合抗合谋编码，提供一种基于Bresson同态公钥加密算法非对称指纹方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本文结合基于数字指纹的抗合谋编码与非对称属性，提出一种一种运用OFFO结合BIBD的遥感影像非对称指纹方法。该方法具有更高的抗合谋能力，方法效率高，带宽要求低，可为遥感影像的数字版权保护提供一种更好的依据。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种运用OFFO结合BIBD的遥感影像非对称指纹方法，包括：OFFO结合BIBD的抗合谋编码生成方法与基于Bresson同态公钥加密的遥感影像非对称指纹方案构造方法；抗合谋指纹的生成方法为：以连续型OFFO指纹为基向量原型，在保持不同指纹间距离不变的情况下将连续型指纹量化为二值指纹，利用BIBD编码出新的抗合谋指纹；基于Bresson同态公钥加密的遥感影像非对称指纹方案构造方法为：内容提供商使用DCT扩频嵌入方式对称加密一份遥感影像，每个消费者通过基于Bresson同态公钥加密构造的非对称的解密密钥分发协议从内容提供商获取唯一一份解密密钥，解密后得到不同的含指纹遥感影像。

优选的，抗合谋编码生成的具体方法如下：

S1：选择v个OFFO基u

S2：构造BIBD矩阵R；

S3：将矩阵R中的0映射成1，1映射为-1；

S4：将向量{u

优选的，基于Bresson同态公钥加密的遥感影像非对称指纹方案构造的具体方法如下：

S5：内容提供商使用DCT扩频嵌入方式对称加密一份遥感影像C；

S6：内容提供商和消费者协商并达成约定AGR，约定明确了双方的权利和义务；

S7：消费者生成一对公钥-私钥对(pk

S8：消费者用pk

S9：内容提供商收到后验证数字签名，并生成包含抗合谋码的指纹f

S10：内容提供商使用Bresson同态公钥加密构造加密后的解密密钥

S11：消费者使用私钥sk

S12：消费者使用解密密钥dk

S13：结束。

优选的，步骤S5中，设该影像为P，将其表示为长度N的实数向量：

P＝(p

该向量的每一个元素表示一个DCT系数；内容提供商选择一个相同长度的实数向量：

E

该向量作为对称加密密钥；其中的第j位元素按如下方式生成：

其中其中

优选的，解密密钥

其中，ek表示对称加密密钥，fi表示内容提供商的数字指纹，fb表示购买者的数字指纹，γ

本发明的有益效果在于：

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开一种运用OFFO结合BIBD的遥感影像非对称指纹方法，以连续型OFFO指纹为基向量原型，并在保持不同指纹间距离不变的情况下将连续型指纹量化为二值指纹，然后利用BIBD编码出新的抗合谋指纹方案。同时利用Bresson同态公钥加密实现指纹方案的非对称分发。遥感影像的解密在客户端完成，同时不同的解密密钥会生成不同的遥感影像副本。本发明提高了抗合谋能力，同时加密效率高，带宽要求低，一定程度上解决了遥感影像数字指纹方案目前存在的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1(a)为本发明遥感影像加密及解密过程的方法流程图；

图1(b)为本发明解密密钥构造过程的方法流程图。

图2为本发明提供的BIBD矩阵生成图；

图3为本发明提供的加密后的遥感影像；

图4为本发明提供的含指纹遥感影像。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅附图1(a)、图1(b)、图2、图3和图4，本发明提供了一种运用OFFO结合BIBD的遥感影像非对称指纹方法，包括：OFFO结合BIBD的抗合谋编码生成方法与基于Bresson同态公钥加密的遥感影像非对称指纹方案构造方法；抗合谋指纹的生成方法为：以连续型OFFO指纹为基向量原型，在保持不同指纹间距离不变的情况下将连续型指纹量化为二值指纹，利用BIBD编码出新的抗合谋指纹；基于Bresson同态公钥加密的遥感影像非对称指纹方案构造方法为：内容提供商使用DCT扩频嵌入方式对称加密一份遥感影像，每个消费者通过基于Bresson同态公钥加密构造的非对称的解密密钥分发协议从内容提供商获取唯一一份解密密钥，解密后得到不同的含指纹遥感影像。

抗合谋编码生成的具体方法如下：

S1：选择v个OFFO基u

S2：构造BIBD矩阵R；

S3：将矩阵R中的0映射成1，1映射为-1；

S4：将向量{u

基于Bresson同态公钥加密的遥感影像非对称指纹方案构造的具体方法如下：

S5：内容提供商使用DCT扩频嵌入方式对称加密一份遥感影像C；

根据人眼视觉系统(human visual system,HVS)，人眼一般对图像的低频部分较为敏感，只需修改低频系数就可以使图像置乱，失真。因此，选取低频系数实现遥感影像的置乱。

设该影像为P，将其表示为长度N的实数向量：

P＝(p

该向量的每一个元素表示一个DCT系数；内容提供商选择一个相同长度的实数向量：

E

该向量作为对称加密密钥；其中的第j位元素按如下方式生成：

其中

S6：内容提供商和消费者协商并达成约定AGR，约定明确了双方的权利和义务；

由于遥感影像存在高精度，光谱特征丰富等特点，为了保持嵌入指纹后遥感影像的较高质量，A需要根据HVS为B的每个解密密钥元素的取值给定一个适当的区间。

S7：消费者生成一对公钥-私钥对(pk

f

S8：消费者用pk

S9：内容提供商收到后验证数字签名，并生成包含抗合谋码的指纹f

实数向量f

S10：内容提供商使用Bresson同态公钥加密构造加密后的解密密钥

解密密钥

其中，ek表示对称加密密钥，fi表示内容提供商的数字指纹，fb表示购买者的数字指纹，γ

S11：消费者使用私钥sk

S12：消费者使用解密密钥dk

解密操作可以表示为：

S13：结束。

本发明中，其抗合谋编码生成方法在于步骤S1～S4中，利用OFFO与BIBD对传统抗合谋指纹进行优化。

本发明中，其非对称指纹构造方法在于步骤S5～S13中，从而完成对遥感影像的版权保护。

本发明公开一种运用OFFO结合BIBD的遥感影像非对称指纹方法，以连续型OFFO指纹为基向量原型，并在保持不同指纹间距离不变的情况下将连续型指纹量化为二值指纹，然后利用BIBD编码出新的抗合谋指纹方案。同时利用Bresson同态公钥加密实现指纹方案的非对称分发。遥感影像的解密在客户端完成，同时不同的解密密钥会生成不同的遥感影像副本。本发明提高了抗合谋能力，同时加密效率高，带宽要求低，一定程度上解决了遥感影像数字指纹方案目前存在的问题。本发明具有以下特点：(1)在相同用户数量和噪声的情况下，抗合谋能力更强；(2)同态公钥加密算法只用于分发解密密钥，而不是用于加密遥感影像数据。因此，降低了计算复杂性，提高了加密效率；(3)多播通信被用于传输一份相同的加密拷贝给多个消费者，够降低了通信开销，提高了带宽效率。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。