本期審圖號(hào)GS京（2025）2375號(hào)

摘要

針對(duì)傳統(tǒng)矢量數(shù)據(jù)加解密方法存在全量加解密效率低、資源消耗大的問題，提出一種融合分組特征提取、頻域變換加密與頂點(diǎn)序列置亂的高效加解密算法：利用四叉樹和道格拉斯-普克算法分組提取點(diǎn)要素和線、面要素的特征點(diǎn)；利用離散余弦變換(DCT)將分組提取的特征點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至頻域，以SM4-FPE算法加密DC系數(shù)并保留AC系數(shù)；利用雙射性置換技術(shù)對(duì)加密和未加密的坐標(biāo)進(jìn)行頂點(diǎn)序列置亂，實(shí)現(xiàn)密文坐標(biāo)與明文坐標(biāo)之間的混淆。實(shí)驗(yàn)表明：在坐標(biāo)層面加解密矢量數(shù)據(jù)，可保留完整的文件結(jié)構(gòu)與屬性數(shù)據(jù)；在按需解密部分?jǐn)?shù)據(jù)時(shí)效率可提升一個(gè)數(shù)量級(jí)，資源消耗也顯著降低；綜合利用了頻域變換加密與密文、明文坐標(biāo)混淆，其安全性與全量加密相當(dāng)。在矢量數(shù)據(jù)高并發(fā)應(yīng)用場(chǎng)景中，本方法兼顧了數(shù)據(jù)安全與高效訪問需求，可為大規(guī)模矢量數(shù)據(jù)的安全共享提供輕量級(jí)解決方案。

引用

[1] 王旭,馬照亭,趙園春,等. 顧及空間特征的矢量數(shù)據(jù)高效加解密方法研究[J]. 測(cè)繪科學(xué), 2025, 50 (11): 162-170.

DOI:10.16251/j.cnki.1009-2307.2025.11.18.

引言

矢量數(shù)據(jù)是地理信息系統(tǒng)(geographic information system, GIS)常見的空間數(shù)據(jù)類型之一，廣泛應(yīng)用于空間規(guī)劃、交通運(yùn)輸、水利水電、位置服務(wù)、自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域，具有較高的商用價(jià)值。由于矢量數(shù)據(jù)模型與格式的通用性，用戶可以不需獲得數(shù)據(jù)供應(yīng)商的許可，就能多次分發(fā)或出售這些數(shù)據(jù) [3] 。加密技術(shù)能夠有效避免非法用戶獲取、使用、復(fù)制和擴(kuò)散數(shù)據(jù)，是一種有效保護(hù)矢量數(shù)據(jù)版權(quán)的技術(shù)手段。數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)或傳輸時(shí)，通過加密變換可以保證僅擁有密鑰的合法用戶才能正常使用，而無密鑰的竊聽者或黑客則無法識(shí)別或獲取這些數(shù)據(jù)。

本文提出一種顧及矢量數(shù)據(jù)空間特征的加解密算法，通過“分組特征提取-頻域變換加密-頂點(diǎn)序列置亂”三重防護(hù)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)安全性與解密效率的協(xié)同優(yōu)化。針對(duì)傳統(tǒng)文件加密方法解密計(jì)算復(fù)雜度高的問題，本算法創(chuàng)新性地采用顧及空間特征的高效加解密策略：①基于四叉樹算法與道格拉斯-普克算法分組提取待加密的特征數(shù)據(jù)，減少矢量數(shù)據(jù)的加密規(guī)模；②在頻域空間通過SM4-FPE算法 [14] 僅加密離散余弦變換(discrete cosine transform, DCT)變換后的低頻信息DC系數(shù)，而保持高頻信息AC系數(shù)不變；③結(jié)合雙射性置亂技術(shù)，實(shí)現(xiàn)密文與明文坐標(biāo)的頂點(diǎn)置亂，通過密鑰與置亂規(guī)則的逆向恢復(fù)即可快速重構(gòu)原始坐標(biāo)。與傳統(tǒng)加密方法相比，這種“特征加密+按需恢復(fù)”的模式有效解決了矢量數(shù)據(jù)在實(shí)時(shí)共享、邊緣計(jì)算等場(chǎng)景下難以兼顧安全與效率的難題，為大規(guī)?？臻g數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)安全服務(wù)提供了新的技術(shù)路徑。

主要圖表

圖1 矢量數(shù)據(jù)高效加解密技術(shù)流程

圖2 原始矢量地圖數(shù)據(jù)

圖3 數(shù)據(jù)1加解密結(jié)果

圖4 數(shù)據(jù)2加解密結(jié)果

圖5 數(shù)據(jù)3加解密結(jié)果

圖6 解密時(shí)間效率結(jié)果對(duì)比

結(jié)束語

本文提出的矢量數(shù)據(jù)高效加解密方法，主要還是針對(duì)點(diǎn)、線、面等二維要素?cái)?shù)據(jù)，在接下來的研究中，將專注于研究三維的點(diǎn)云、Mesh模型和三維仿真模型等更大體量的高效加密方案。

來源：測(cè)繪學(xué)術(shù)資訊