SHP文件全盲鲁棒数字水印加密算法研究与应用
发布时间：2021-09-03 21:41
自上世纪90年代以来,数字水印技术发展迅猛。由物理信息隐藏技术到如今应用于数字产品中,实现巨大跨越,正在向着多方产业融合方向进步。随着航天航空领域得到全面发展,为我国的地理信息化产业提供条件,如何将数字水印技术与地理空间数据结合也成为一个新兴领域,面临诸多技术难题。地理空间矢量数据是应用于GIS系统的数据源,SHP文件又是大范围应用的地理空间矢量数据格式。数字化平台逐日扩大对地理空间数据的适用范围,地理空间矢量数据的安全问题日益凸显。采用数字水印技术对数字信息数据提供有效防护,对SHP文件的传递流转进行监控,在地理空间矢量数据安全和版权保护方面发挥着越来越重要的作用。本文将基于数字水印技术对遥感影像的SHP数据文件进行研究。通过分析SHP文件特殊格式的特点,加以研究当下可应用的数字水印方法,对其进行技术改进和创新,实现对SHP文件的全盲鲁棒水印技术,主要开展了如下研究:通过对地理空间数据的信息格式进行研究,以及对适用于地理空间信息数据的数字水印技术加以研究,在已有的归一化算法上进行改进,采用了基于最大最小归一化的SHP全盲鲁棒水印算法。改进后的数字水印算法在空间域水印算法的基础上,提升...
【文章来源】：北华航天工业学院河北省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
数字水印的框架
SHP文件全盲鲁棒数字水印加密算法研究与应用18且小于4时，Logistic实际上的映射运行状态是呈现一片混沌的，换言之针对不同的初始值x生成的序列是无章法的、无收敛性的。而在其他的范围内，经过多次映射将会趋近于一个特定的值。通过Logistic的分叉图也能清楚地看到这个过程，如图3.1所示：图3.1Logistic映射分叉过程依照Logistic映射函数的分叉过程，不难看出这里的映射函数是成倍数周期改变的，这一特性也是非线性变换变向混沌的方式之一。采用Logistic的基本参数μ做横轴，x做纵轴，在变化范围内可以发现，当参数μ在0~3之间变化时，x对应唯一值；当参数μ在3~4之间变化时，图像趋于混沌变化，参数μ=3.5699456达到周期变化与混沌变化的临界点。把Logistic混沌映射在对图像加密的过程中进行结合使用，通过公式（3.1）对原始水印图像的坐标进行变换生成一个长度为M的序列L，M为图像的坐标点个数。将L序列进行升序处理，得到有序的序列，再通过L序列值作为水印的嵌入位置，可以将水印信息无序的嵌入原始影像中，达到置乱加密的效果，可以大大增强数字水印算法自身的鲁棒性和安全性。3.1.2Arnold变换Arnold这种置乱变换方法是在V.J.Arnold进行遍历过程研究时提出的，俗称为猫变换。Arnold置乱变换效果简洁直观，并且属于周期性的变换，是主要针对像素位置进行变换。Arnold的变换原理是先进性横轴错位再进行纵轴的错位，最后通过一次模运算将变换后的像素回填到原始位置。运算公式见式（3.2）：Nyxyxmod2111（3.2）化简为多项式如（3.3）所示：NyxyNyxxmod2mod（3.3）
北华航天工业学院硕士学位论文23嵌入水印信息后的.shp文件进行信息提取需要采用与嵌入算法相逆的提取算法将水印信息的密文获取再解密得到加密前的明文水樱3.3.1水印信息预处理为实现SHP文件的传输路径可追溯，并提升传输安全性，采用多层次的信息加密算法，以实现水印信息的自行安全防护。项目中除了采用图像形式的水印还会涉及到文字水印的录入，针对文字水印采用DES对称加密手段进行预处理。DES是一种公开的加密手法，通过为加密者和解密者颁发相同的安全密钥达到防止他人获取明文信息。DES加密完成后，采用Base64编码格式对密文信息进行转换。再次进行格式转换的目的是防止在水印信息中出现中文字体乱码显示的情况，Base64编码能够满足对英文、数字、汉字多种字符的转换，而且还能多重保障。完成编码格式转换后就得到水印信息的二值化序列。针对.shp文件表示的集合对象都是用点来定义，每个点都表示一个坐标，包含X,Y坐标，每个数字数据类型都是双精度浮点数，在嵌入数据时需要将Base64编码的密文转换为二值序列，分散嵌入到原始.shp文件的点坐标中。水印信息加密处理进程见下图3.3：图3.3水印信息加密处理过程通过代码实现DES加密算法，得到结果如图3.4所示：图3.4水印信息加密处理结果示例3.3.2水印嵌入数字水印算法中水印信息嵌入的完成是整个设计过程中关键解决的问题，如何设计算法对原始载体文件进行水印嵌入是对作者前期研究工作的考核。考虑到.shp文件的结构与一般矢量文件不同，设计合适的算法是研究的难点。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于稳健特征点的平稳小波域数字水印算法[J]. 牛盼盼,杨思宇,王丽,杨红颖,李丽,王向阳. 通信学报. 2019(11)
[2]档案图片隐藏数字水印分析[J]. 倪小明. 科技风. 2019(18)
[3]地理信息产品的信息安全要求及认证模式研究[J]. 杨凡,方爱平,魏立茹. 信息安全研究. 2019(05)
[4]基于分块的空间域量子图像水印算法[J]. 郭海儒,杜娅颖,许权. 量子电子学报. 2018(05)
[5]一种抗几何攻击的数字水印算法[J]. 吴少宝,沈东升,王佳莹. 信息技术. 2018(07)
[6]基于零水印与脆弱水印的矢量地理数据多重水印算法[J]. 梁伟东,张新长,奚旭,张鹏程. 中山大学学报(自然科学版). 2018(04)
[7]基于python的地理空间数据批量处理方法研究[J]. 屈鹏. 矿山测量. 2018(01)
[8]一种基于离散余弦变换的数字水印算法及实现[J]. 刘涤. 科技经济导刊. 2017(35)
[9]遥感影像不可见数字水印算法比较与分析[J]. 秦思娴,余咏胜,张小惠,李琼,郑颖. 测绘地理信息. 2017(05)
[10]抗数据合并攻击的矢量地理数据数字水印[J]. 王莹莹,杨成松,朱长青,任娜,方虎生. 北京邮电大学学报. 2017(04)
博士论文
[1]面向矢量地图的富信息无损水印技术研究[D]. 邱银国.中国矿业大学 2018
[2]基于数字水印的图像内容认证研究[D]. 赵博.吉林大学 2018
[3]地理空间矢量数据数字水印算法研究[D]. 张黎明.兰州交通大学 2016
[4]图像变换域数字水印技术研究[D]. 胡裕峰.浙江大学 2009
硕士论文
[1]基于零水印与数字指纹的矢量空间数据版权保护研究[D]. 吕文清.兰州交通大学 2018
[2]抗几何攻击的零水印算法研究[D]. 孙思宇.辽宁工程技术大学 2018
[3]矢量地图感知加密技术研究[D]. 王一超.哈尔滨工程大学 2017
[4]抗几何攻击的最低有效位数字水印算法[D]. 白冬慧.太原理工大学 2013
[5]基于置乱和混沌的小波数字图像水印应用研究[D]. 欧阳群波.北京工业大学 2013
[6]矢量地理数据数字水印自主检测方法研究[D]. 孟萃萃.南京师范大学 2008
本文编号：3381903
【文章来源】：北华航天工业学院河北省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
数字水印的框架
SHP文件全盲鲁棒数字水印加密算法研究与应用18且小于4时，Logistic实际上的映射运行状态是呈现一片混沌的，换言之针对不同的初始值x生成的序列是无章法的、无收敛性的。而在其他的范围内，经过多次映射将会趋近于一个特定的值。通过Logistic的分叉图也能清楚地看到这个过程，如图3.1所示：图3.1Logistic映射分叉过程依照Logistic映射函数的分叉过程，不难看出这里的映射函数是成倍数周期改变的，这一特性也是非线性变换变向混沌的方式之一。采用Logistic的基本参数μ做横轴，x做纵轴，在变化范围内可以发现，当参数μ在0~3之间变化时，x对应唯一值；当参数μ在3~4之间变化时，图像趋于混沌变化，参数μ=3.5699456达到周期变化与混沌变化的临界点。把Logistic混沌映射在对图像加密的过程中进行结合使用，通过公式（3.1）对原始水印图像的坐标进行变换生成一个长度为M的序列L，M为图像的坐标点个数。将L序列进行升序处理，得到有序的序列，再通过L序列值作为水印的嵌入位置，可以将水印信息无序的嵌入原始影像中，达到置乱加密的效果，可以大大增强数字水印算法自身的鲁棒性和安全性。3.1.2Arnold变换Arnold这种置乱变换方法是在V.J.Arnold进行遍历过程研究时提出的，俗称为猫变换。Arnold置乱变换效果简洁直观，并且属于周期性的变换，是主要针对像素位置进行变换。Arnold的变换原理是先进性横轴错位再进行纵轴的错位，最后通过一次模运算将变换后的像素回填到原始位置。运算公式见式（3.2）：Nyxyxmod2111（3.2）化简为多项式如（3.3）所示：NyxyNyxxmod2mod（3.3）
北华航天工业学院硕士学位论文23嵌入水印信息后的.shp文件进行信息提取需要采用与嵌入算法相逆的提取算法将水印信息的密文获取再解密得到加密前的明文水樱3.3.1水印信息预处理为实现SHP文件的传输路径可追溯，并提升传输安全性，采用多层次的信息加密算法，以实现水印信息的自行安全防护。项目中除了采用图像形式的水印还会涉及到文字水印的录入，针对文字水印采用DES对称加密手段进行预处理。DES是一种公开的加密手法，通过为加密者和解密者颁发相同的安全密钥达到防止他人获取明文信息。DES加密完成后，采用Base64编码格式对密文信息进行转换。再次进行格式转换的目的是防止在水印信息中出现中文字体乱码显示的情况，Base64编码能够满足对英文、数字、汉字多种字符的转换，而且还能多重保障。完成编码格式转换后就得到水印信息的二值化序列。针对.shp文件表示的集合对象都是用点来定义，每个点都表示一个坐标，包含X,Y坐标，每个数字数据类型都是双精度浮点数，在嵌入数据时需要将Base64编码的密文转换为二值序列，分散嵌入到原始.shp文件的点坐标中。水印信息加密处理进程见下图3.3：图3.3水印信息加密处理过程通过代码实现DES加密算法，得到结果如图3.4所示：图3.4水印信息加密处理结果示例3.3.2水印嵌入数字水印算法中水印信息嵌入的完成是整个设计过程中关键解决的问题，如何设计算法对原始载体文件进行水印嵌入是对作者前期研究工作的考核。考虑到.shp文件的结构与一般矢量文件不同，设计合适的算法是研究的难点。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于稳健特征点的平稳小波域数字水印算法[J]. 牛盼盼,杨思宇,王丽,杨红颖,李丽,王向阳. 通信学报. 2019(11)
[2]档案图片隐藏数字水印分析[J]. 倪小明. 科技风. 2019(18)
[3]地理信息产品的信息安全要求及认证模式研究[J]. 杨凡,方爱平,魏立茹. 信息安全研究. 2019(05)
[4]基于分块的空间域量子图像水印算法[J]. 郭海儒,杜娅颖,许权. 量子电子学报. 2018(05)
[5]一种抗几何攻击的数字水印算法[J]. 吴少宝,沈东升,王佳莹. 信息技术. 2018(07)
[6]基于零水印与脆弱水印的矢量地理数据多重水印算法[J]. 梁伟东,张新长,奚旭,张鹏程. 中山大学学报(自然科学版). 2018(04)
[7]基于python的地理空间数据批量处理方法研究[J]. 屈鹏. 矿山测量. 2018(01)
[8]一种基于离散余弦变换的数字水印算法及实现[J]. 刘涤. 科技经济导刊. 2017(35)
[9]遥感影像不可见数字水印算法比较与分析[J]. 秦思娴,余咏胜,张小惠,李琼,郑颖. 测绘地理信息. 2017(05)
[10]抗数据合并攻击的矢量地理数据数字水印[J]. 王莹莹,杨成松,朱长青,任娜,方虎生. 北京邮电大学学报. 2017(04)
博士论文
[1]面向矢量地图的富信息无损水印技术研究[D]. 邱银国.中国矿业大学 2018
[2]基于数字水印的图像内容认证研究[D]. 赵博.吉林大学 2018
[3]地理空间矢量数据数字水印算法研究[D]. 张黎明.兰州交通大学 2016
[4]图像变换域数字水印技术研究[D]. 胡裕峰.浙江大学 2009
硕士论文
[1]基于零水印与数字指纹的矢量空间数据版权保护研究[D]. 吕文清.兰州交通大学 2018
[2]抗几何攻击的零水印算法研究[D]. 孙思宇.辽宁工程技术大学 2018
[3]矢量地图感知加密技术研究[D]. 王一超.哈尔滨工程大学 2017
[4]抗几何攻击的最低有效位数字水印算法[D]. 白冬慧.太原理工大学 2013
[5]基于置乱和混沌的小波数字图像水印应用研究[D]. 欧阳群波.北京工业大学 2013
[6]矢量地理数据数字水印自主检测方法研究[D]. 孟萃萃.南京师范大学 2008
本文编号：3381903
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