基于三维混沌序列的DEM置乱与还原方法

doi:10.13474/j.cnki.11-2246.2019.0151

测绘通报 ›› 2019, Vol. 0 ›› Issue (5): 64-71.doi: 10.13474/j.cnki.11-2246.2019.0151

基于三维混沌序列的DEM置乱与还原方法

仲浩宇¹, 王中元¹, 李安波^1,2,3

1. 南京师范大学地理科学学院, 江苏南京 210023;
2. 南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室, 江苏南京 210023;
3. 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心, 江苏南京 210023

收稿日期:2018-09-11 修回日期:2019-02-12 出版日期:2019-05-25 发布日期:2019-06-04
通讯作者: 李安波。E-mail:mrlab@126.com E-mail:mrlab@126.com
作者简介:仲浩宇(1997-),男,研究方向为地理信息安全。E-mail:giser_zhy@163.com
基金资助:
国家自然科学基金（41771431；41371374）；江苏省高等学校自然科学研究项目（17KJA170002）；江苏高校品牌专业建设工程资助项目（PPZY2015B115）

A method for DEM scrambling and recovering based on three-dimensional chaotic sequence

ZHONG Haoyu¹, WANG Zhongyuan¹, LI Anbo^1,2,3

1. School of Geography Science, Nanjing Normal University, Nanjing 210023, China;
2. Key Laboratory of Virtual Geographic Environment, Nanjing Normal University, Ministry of Education, Nanjing 210023, China;
3. Jiangsu Center for Collaborative Innovation in Geographical Information Resource Development and Application, Nanjing 210023, China

Received:2018-09-11 Revised:2019-02-12 Online:2019-05-25 Published:2019-06-04

摘要/Abstract

摘要：

DEM是地形的真实表达，蕴含着丰富的地理空间信息。如何保证涉密DEM在网络环境中的安全传输是当前亟待解决的关键问题之一。本文采用三维混沌序列，对DEM文件先后进行高程置乱、位置置乱和文件头置乱，可使置乱后的数据失去高程变化的空间连续性与数值连续性。置乱数据经网络传输后，接收方仅凭用户密钥就可以实现置乱DEM数据的无损、盲式还原。基于ASCⅡ格式DEM的置乱与还原试验表明：本文方法可以有效破坏原始DEM数据的空间形态特征和空间连续性，并具有较高的安全性。此外，在无原始数据参与的情况下，用户可以将置乱数据恢复至初始形态，且不会造成任何精度损失。本文算法特性基本满足了DEM数据在安全传输、封装存储等方面的应用需求。

关键词: 数字高程模型, 置乱, 三维混沌序列, 涉密地理数据, 安全传输

Abstract:

DEM contains rich geo-spatial information and represents the true terrain. How to ensure the transmission security of secret DEM in network environment is a significant question in recent years. In this article, we use the three-dimension chaotic sequence to encrypt DEM files by scrambling its elevation value, pixel location and file header which break the value continuity and spatial continuity of elevations. When receivers get the scrambling DEM through the Internet, they can blind decrypt the data lossless by using secret key. The scrambling and recovering experiment based on ASCⅡ format DEM proves that the method can break the spatial characteristic and continuity of origin DEM with high security. Furthermore, user can recover the scrambling data back to origin lossless without original data. The features of the algorithm basically meet the application requirements of DEM data in secure transmission, encapsulation and storage.

Key words: DEM, scrambling, three-dimension chaotic sequence, confidential geographic data, security transmission

中图分类号:

P208

仲浩宇, 王中元, 李安波. 基于三维混沌序列的DEM置乱与还原方法[J]. 测绘通报, 2019, 0(5): 64-71.

ZHONG Haoyu, WANG Zhongyuan, LI Anbo. A method for DEM scrambling and recovering based on three-dimensional chaotic sequence[J]. 测绘通报, 2019, 0(5): 64-71.

参考文献

[1] 龚健雅,陈静,向隆刚.开放式虚拟地球集成共享平台GeoGlobe[J].测绘学报,2010,39(6):551-553.
[2] 柯红军.基于SFS算法与单幅遥感影像的DEM数据加密研究[D].南京:河海大学,2006:30-32.
[3] 闾国年,刘爱利.数字水印技术的DEM版权保护适用性研究[J].遥感学报,2008,12(5):810-818.
[4] 罗永,杨岳湘,成礼智.数字高程模型数据的信息伪装和信息隐藏技术[J].软件学报,2007,18(3):739-745.
[5] 李胜华,罗永,金博轩.基于模糊关系和带参数曲面的DEM伪装算法[J].模糊系统与数学,2016,30(3):114-118.
[6] 陈令羽,宋国民,孙晨.基于置乱-代换机制的TIN DEM信息伪装[J].武汉大学学报(信息科学版),2017,42(7):937-942.
[7] 陈令羽.数字高程模型信息伪装技术研究[D].郑州:信息工程大学,2012:8-12.
[8] 郝柏林.从抛物线谈起——混沌动力学引论[M].上海:上海科学技术出版社,1995:48-50.
[9] 郑艳斌,宋煜,杜宝祥,等.一种混沌密码序列周期特性检测新方法[J].物理学报,2012,1(23):58-70.
[10] AKHMET M U,FEN M O. Replication of chaos[J]. Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation, 2013,18(10):2626-2666.
[11] 王聪丽,陈志斌,薛明晰.基于差分统计特性的图像置乱度盲评价线性模型[J].计算机应用,2012, 32(12):3470-3473.
[12] HENON M. A two-dimensional mapping with a strange attractor[J]. Communications in Mathematical Physics,1976,50(1):69-77.
[13] LORENZ E N. Deterministic non-periodic flow[J].Journal of the Atmosphere Science,1963,20(2):130-141.
[14] 何密,罗永,成礼智.基于EMD的DEM数据信息伪装技术[J].计算机应用,2007(6):1345-1348.
[15] 李黎亮,陈令羽.DEM信息伪装关键技术分析[J].测绘与空间地理信息,2015,38(1):63-66.
[16] 李安波,吴雪荣,解宪丽.精度可控的矢量地理数据脱密方法[J].中国矿业大学学报,2016,45(5):1050-1057.
[17] 陈家勇,赵怀勋,汪晶晶.基于几何测度的图像置乱度算法研究[J].计算机工程与应用,2011,47(10):183-185.
[18] 郭琳琴.图像置乱及置乱度评价方法综述[J].西安文理学院学报(自然科学版),2013,16(3):49-52.
[19] 李安波,王海荣,周卫.基于二维混沌系统的矢量数字地图置乱加密[J].中国矿业大学学报,2015, 44(4):747-753.
[20] LEINO K R M,NELSON G. Data abstraction and information hiding[J]. ACM Transactions on Programming Languages and Systems,2002,24(5):491-553.
[21] 郑艳斌. 混沌序列密码周期现象的检测与抵抗研究[D].哈尔滨:黑龙江大学,2014:53-62.
[22] KATZENBEISSER S,PETITCOLAS F A P. Information hiding techniques for steganography and digital watermarking[M]. Norwood:Artech House,2000:1-12.

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A method for DEM scrambling and recovering based on three-dimensional chaotic sequence

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[1]	王道杰, 陈倍, 孙健辉. 机载LiDAR点云密度对DEM精度的影响[J]. 测绘通报, 2022, 0(5): 140-144,169.
[2]	刘卓, 李佳, 张翔, 郭磊, 刘艳阳, 徐浩栋, 顾云杨, 陈重华. 利用TanDEM-X影像和ICESat-2高程数据获取南极高精度数字高程模型[J]. 测绘通报, 2022, 0(4): 72-76.
[3]	高胜超, 高彦涛, 王文杰. 机载LiDAR在河南省重点水库库区高精度DEM建立中的应用[J]. 测绘通报, 2022, 0(1): 128-132.
[4]	马远征, 窦关新, 刘越, 吴燕平. 利用高分辨率立体测绘影像进行中小比例尺地貌要素更新[J]. 测绘通报, 2021, 0(9): 116-119.
[5]	毛冬海, 李守军, 王锋, 戴华毅, 阳凡林. LiDAR测量点云融合影像的分块滤波方法[J]. 测绘通报, 2021, 0(10): 67-72,131.
[6]	吏军平, 丁亚洲, 冯发杰, 蔡平, 刘欣怡. 机载激光雷达点云辅助的镶嵌线自动选择[J]. 测绘通报, 2020, 0(8): 92-95,116.
[7]	胡耀锋, 胡欣然. 基于LiDAR的城市坐标系精度评估及应用[J]. 测绘通报, 2020, 0(10): 101-105.
[8]	陈阳, 彭认灿, 董箭, 李彬彬, 唐露露. 一种支持篡改定位的电子航海图零水印研究[J]. 测绘通报, 2020, 0(10): 152-156.
[9]	付波霖, 耿仁方, 李颖, 高二涛, 范冬林. 多频率InSAR提取沼泽湿地DEM精度对比分析[J]. 测绘通报, 2019, 0(10): 1-7.
[10]	张良, 张帆, 姜晓琦, 周佳雯, 王杰栋. 利用地形开度算子自动提取激光雷达点云断裂线[J]. 测绘通报, 2018, 0(4): 68-72.
[11]	田帅帅, 赵艳玲, 李亚龙, 肖武, 张建勇, 笪宏志. 高潜水位矿区采煤沉陷地DEM的无人机构建方法[J]. 测绘通报, 2018, 0(3): 98-101.
[12]	魏德宏, 张永毅, 张兴福. 利用车载动态PPP技术检核SRTM、ASTER GDEM和AW3D模型的高程精度[J]. 测绘通报, 2018, 0(2): 116-119,130.
[13]	彭劲松, 叶波, 李娟, 周光明. 三维激光技术在矿山测量中的综合应用[J]. 测绘通报, 2018, 0(11): 158-160.
[14]	周波, 徐俊波. 地形特征约束下的失真DEM修复方法[J]. 测绘通报, 2017, 0(8): 56-61.
[15]	杨亚夫, 朱建军, 许兵. 利用TanDEM-X生成DEM的精度评定[J]. 测绘通报, 2017, 0(7): 18-22,75.