【技術】一種GIS矢量數據高效加解密方法，顧及空間特征

本期審圖號GS京（2025）2375號

摘要

針對傳統矢量數據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要素和線、面要素的特征點；利用離散余弦變換(DCT)將分組提取的特征點坐標轉換至頻域，以SM4-FPE算法加密DC系數并保留AC系數；利用雙射性置換技術對加密和未加密的坐標進行頂點序列置亂，實現密文坐標與明文坐標之間的混淆。實驗表明：在坐標層面加解密矢量數據，可保留完整的文件結構與屬性數據；在按需解密部分數據時效率可提升一個數量級，資源消耗也顯著降低；綜合利用了頻域變換加密與密文、明文坐標混淆，其安全性與全量加密相當。在矢量數據高并發應用場景中，本方法兼顧了數據安全與高效訪問需求，可為大規模矢量數據的安全共享提供輕量級解決方案。

引用

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

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

引言

矢量數據是地理信息系統(geographic information system, GIS)常見的空間數據類型之一，廣泛應用于空間規劃、交通運輸、水利水電、位置服務、自動駕駛等領域，具有較高的商用價值。由于矢量數據模型與格式的通用性，用戶可以不需獲得數據供應商的許可，就能多次分發或出售這些數據 [3] 。加密技術能夠有效避免非法用戶獲取、使用、復制和擴散數據，是一種有效保護矢量數據版權的技術手段。數據在存儲或傳輸時，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別或獲取這些數據。

本文提出一種顧及矢量數據空間特征的加解密算法，通過“分組特征提取-頻域變換加密-頂點序列置亂”三重防護架構實現數據安全性與解密效率的協同優化。針對傳統文件加密方法解密計算復雜度高的問題，本算法創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據，減少矢量數據的加密規模；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，而保持高頻信息AC系數不變；③結合雙射性置亂技術，實現密文與明文坐標的頂點置亂，通過密鑰與置亂規則的逆向恢復即可快速重構原始坐標。與傳統加密方法相比，這種“特征加密+按需恢復”的模式有效解決了矢量數據在實時共享、邊緣計算等場景下難以兼顧安全與效率的難題，為大規模空間數據的動態安全服務提供了新的技術路徑。

主要圖表

圖1 矢量數據高效加解密技術流程

圖2 原始矢量地圖數據

圖3 數據1加解密結果

圖4 數據2加解密結果

圖5 數據3加解密結果

圖6 解密時間效率結果對比

結束語

本文提出的矢量數據高效加解密方法，主要還是針對點、線、面等二維要素數據，在接下來的研究中，將專注于研究三維的點云、Mesh模型和三維仿真模型等更大體量的高效加密方案。

來源：測繪學術資訊