遥感影像数据的保护

论文摘要

随着航天技术迅猛发展,遥感影像数据日益成为民用空间信息服务的主要数据源,因此海量遥感影像数据的专项保护技术急待研究。目前,针对一维文本数据、多维多媒体数据的保护方法,如版权保护的数字水印技术,保障数据机密性的加密技术,已有大量的可行性研究。但这些保护技术面对遥感影像数据的海量、重构图的精度要求,显示了无法克服的弱点。分组加密算法常用于大数据量的加密保护。如果直接用于遥感数据,就无法避免同一密钥的高频使用。此外,以数学复杂变换为保障的分组加密算法所需的计算资源,是实时数据处理中难于承受的。数字水印技术是用于数字多媒体数据的版权保护的技术。遥感数据解译精度要求,使得水印的添加位置和强度大小受到限制,必须具有强抗压缩的能力。依照Kerckhoff第一安全原则和系统安全判定的依据,本文结合遥感影像的编码方法和遥感影像解译的要求,提出了以下保护方法:（1）基于嵌入式零树编码（Zero-tree Embedded Coding ,EZW）的鲁棒性版权保护方法:压缩是对遥感影像数据版权的主要攻击手段。EZW是高效的编码方法,在遥感数据的EZW域,采取量化替换策略进行水印添加,在满足遥感影像数据精度的要求下,实现了具有抗压缩攻击能力的鲁棒性版权保护。（2）引入混沌加密理论的数据保护方法:混沌系统对初始条件敏感,长期性演化不可预测,为实现计算机真随机数序列提供了方法。本文首次引入了安全的TD-ERCS混沌系统,实现了静态专题解译遥感影像数据在DCT压缩域多维单向性置乱保护的方法,解决了分组加密时密钥复用的致命弱点。（3）提出了EZW算法与混沌加密相结合的实时传输保护方法:实时数据处理的计算资源是有限的,数据加密过程受到计算资源的制约。本文提出的组合算法,运用混沌理论,在遥感影像数据的EZW压缩域,对实时数据进行置乱保护,满足遥感影像精度要求的同时解决了计算资源占用的问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 空间信息网格的任务与体系结构
• 1.1.1 空间信息网格
• 1.1.2 空间信息网格的任务
• 1.1.3 空间信息网格的体系结构
• 1.2 空间信息网格安全体系结构
• 1.2.1 GSI 的安全机制
• 1.2.2 SIG 的安全体系结构
• 1.3 数据源的安全需求
• 1.3.1 遥感影像数据的特点
• 1.3.2 遥感影像数据保护的研究现状
• 1.4 本文的主要工作
• 1.4.1 空间数据格式的研究
• 1.4.2 遥感影像编码技术的研究
• 1.4.3 混沌加密理论的研究
• 1.5 论文的研究思路和主要创新点
• 2 信息安全技术
• 2.1 信息隐藏与数字水印技术
• 2.1.1 信息隐藏技术
• 2.1.2 数字水印技术
• 2.2 数据加密技术
• 2.2.1 理论密码学
• 2.2.2 应用密码学
• 2.2.3 对称分组密码
• 2.2.4 典型分组密码工作模式
• 2.2.5 密码分析与算法安全
• 3 小波变换与遥感影像编码方法
• 3.1 遥感影像编码技术发展现状
• 3.2 小波变换
• 3.2.1 小波变换的基本理论
• 3.2.2 图像的小波分解
• 3.3 遥感影像小波变换的统计特性
• 3.3.1 遥感影像小波变换后各子带图像的数字特征
• 3.3.2 概率分布特性
• 4 基于小波变换与EZW 的数据版权保护
• 4.1 EZW——嵌入式零树编码技术
• 4.2 基于EZW 的遥感专题影像数字水印技术
• 4.2.1 数字水印的嵌入与提取
• 4.2.2 算法性能分析
• 5 基于混沌理论的遥感影像数据保护方法
• 5.1 混沌理论
• 5.1.1 混沌理论基本原理
• 5.1.2 混沌的性质
• 5.2 TD-ERCS 混沌系统模型
• 5.3 基于TD-ERCS 混沌序列的遥感专题影像置乱保护方法
• 5.3.1 空域加密算法
• 5.3.2 频域加密方法算法
• 5.3.3 性能分析
• 5.4 EZW 和混沌理论相结合的遥感影像加密方法
• 5.4.1 联合加密机制
• 5.4.2 系统置乱性能分析
• 6 总结
• 致谢
• 参考文献
• 附：攻读博士期间公开发表论文
• 附：攻读博士期间主持的科研项目
• 附：个人简历