分布式存储环境 朱长青：地理数据数字水印和加密控制技术研究进展(2)

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地理数据是国家基础设施建设与地球信息科学研究的重要基础，是国民经济和国防建设中不可缺少的战略资源，已广泛应用于各行各业。随着网络化、信息化、数字化技术的快速发展，地理数据的获取、复制与传播越来越方便，其遭受的泄密、盗版、侵权、窃取等行为也屡禁不止，面临的安全问题越来越突出。

针对地理数据安全，国家和军队制定了一系列法律、规章、条例和制度来保护地理数据安全[1]。2017年4月新修订的《中华人民共和国测绘法》明确提出“测绘成果保管单位应当采取措施保障测绘成果的完整和安全”、“地理信息生产、保管、利用单位应当对属于国家秘密的地理信息的获取、持有、提供、利用情况进行登记并长期保存，实行可追溯管理”[2]。

本文围绕地理数据安全，对目前地理数据数字水印技术和加密控制技术的研究进展及应用现状进行综述和分析，并对其研究和应用前景进行展望。

1 地理数据数字水印技术研究进展

在地理数据数字水印技术研究中，需要着重考虑地理数据本身结构的特点，基于数字水印思想，进行地理数据数字水印模型和算法的深入研究。地理数据总体可分为矢量地理数据、栅格地理数据、数字高程模型(DEM)数据这3类，因此地理数据数字水印技术的研究主要围绕这3类数据开展进行。

1.1 矢量地理数据数字水印技术研究进展

矢量地理数据是通过点、线、面及其组合体实现对地理空间要素的描述，并记录对象的属性信息，具有空间信息和属性信息的并存特征。地理坐标作为矢量地理数据中空间信息的载体，也为水印信息提供了一定的承载空间。从水印嵌入域划分，矢量地理数据数字水印算法主要分为基于空间域的水印算法和基于变换域的水印算法。

1.1.1 基于空间域的矢量地理数据数字水印算法

矢量地理数据空域水印算法是指在水印嵌入过程中，通过直接改变矢量数据的坐标值，将水印信息嵌入数据点或数据特征中。早期的水印研究大多是基于空域展开，但是由于空域算法是直接对矢量数据坐标进行操作，对矢量数据的攻击易导致水印的破坏，因而如何提高空域水印算法的抗差性，是学者们研究的重点。

MQUAD算法较早得了关注和研究，它运用改进的四叉树分块算法，在各块中嵌入水印，提升抵抗增删点、噪声和缩放攻击的能力[4]。采用增加冗余数据点的方法，能够保证原始数据的精度[5]，但是对压缩攻击的抗差性不佳。为实现水印算法对压缩攻击的抗差性，可使用道格拉斯压缩算法对矢量地理数据进行预处理，将水印嵌入到压缩后的数据点中，能够避免压缩后水印信息的破坏[6-7]，选择关键图层和关键点数据也可达到相同效果[8]。通过归一化坐标并调制坐标值，可以实现每个坐标点的水印嵌入，从而大幅提高矢量地理数据可承载的水印容量[9]。聚类的方法能将水印嵌入至不同空间特征的矢量要素中，增加水印的冗余性[10-11]。从坐标自身性质的角度，基于坐标映射建立的水印同步机制能够有效地抵抗裁剪、删除等攻击[12]，进一步增强了水印的均匀分布性。

几何攻击对矢量数据的坐标修改幅度较大，只考虑增删攻击的水印方法难以抵抗此类攻击。为此，研究对于旋转、平移和缩放等变换具有不变性的函数或者将水印信息嵌入矢量地理数据的几何不变量中，能够使水印算法有效抵抗多种几何攻击与复合攻击[13-14]。投影变换作为地理数据特有的变换方式，对数据的攻击程度远大于普通的旋转、平移和缩放攻击，利用拓扑关系构建网格，能够在一定程度上实现对投影变换攻击的抵抗[15]；利用属性信息，根据二元三次多项式进行同名点匹配，使待检测的数据变换回原始数据，同样实现了对投影变换攻击的抵抗[16]。

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