隨著GIS技術(shù)的飛速發(fā)展，地理信息系統(tǒng)廣泛應用于包括軍事、災害防護、公共安全等有關(guān)國家安全的敏感行業(yè)在內(nèi)的各個領(lǐng)域，特別是近幾年來發(fā)展比較快的電子政務和數(shù)字城市，這些資源可能關(guān)系到國家的經(jīng)濟命脈、政治形式或軍事姿態(tài)，是重要的戰(zhàn)略資源，另外，空間信息覆蓋面廣，由不同部門分別采集、加工和提供，由于權(quán)限和付費情況不同，這些部門對空間信息擁有不同的使用權(quán)，空間信息的分布有較為分散，所以對空間信息的安全管理就顯得尤其重要。

一、空間數(shù)據(jù)

1、GIS空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

在GIS系統(tǒng)中，GIS空間數(shù)據(jù)常見的內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有柵格結(jié)構(gòu)和矢量結(jié)構(gòu)，其中，柵格結(jié)構(gòu)是最簡單最直接的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是指將地球表面劃分為大小均勻緊密相鄰的網(wǎng)格陣列，每個網(wǎng)格作為一個像元或像素由行、列定義，并包含一個代碼表示該像素的屬性類型或量值，或僅僅包括指向其屬性記錄的指針。因此，柵格結(jié)構(gòu)是以規(guī)則的陣列來表示空間地物或現(xiàn)象分布的數(shù)據(jù)組織，組織中的每個數(shù)據(jù)表示地物或現(xiàn)象的非幾何屬性特征，根據(jù)擴展名分類，常見的柵格數(shù)據(jù)格式有BMP、GIF、JPG TIF等。

在矢量結(jié)構(gòu)中，現(xiàn)實世界的要素位置和范圍可以采用點、線或面表達，與它們在地圖上表示相似，每一個實體的位置是用它們在坐標參考系統(tǒng)中的空間位置挫標）定義。地圖空間中的每一位置都有唯一的坐標值，在一般情況下，比柵格結(jié)構(gòu)精度高得多。

2、矢量數(shù)據(jù)

由于數(shù)據(jù)加工的格式不同，常見的矢量數(shù)據(jù)格式有Shp(shapefde)、EOO、M氓Tab、Dxf等，為了說明矢量數(shù)據(jù)文件加密，本文以shapefile數(shù)據(jù)格式為例。

Shap efile文件是美國環(huán)境系統(tǒng)研究所(ESRD研制的GIS文件系統(tǒng)格式文件，是工業(yè)標準的矢量數(shù)據(jù)文件格式，Shapefile將空間特征表中的幾何對象和屬性信息存儲在數(shù)據(jù)集中，特征表中的幾何對象存儲為以坐標點集表示的圖形文件-SHP文件，它不含拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。一個Shap efiles由一組文件組成，其中必要的基本文件包括坐標文件（.shp）、索引文件(.shx）和屬性文件(.dbf）三個文件，坐標文件(. shp)用于記錄空間坐標信息，在索引文件中，每條記錄包含對應主文件記錄距離主文件頭開始的偏移量，dBASE表包含SHP文件中每一個Featu re的特征屬性，表中幾何記錄和屬性數(shù)據(jù)之間的一一對應關(guān)系是基于記錄數(shù)目的D。在dBASE文件中的屬性記錄必須和主文件中的記錄順序是相同的，圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)通過索引號建立一一對應的關(guān)系。

坐標文件（.shp）由頭文件和實體信息兩部分構(gòu)成，坐標文件的文件頭是一個長度固定(100 bytes)的記錄段，一共有9個int型和7個double型數(shù)據(jù)，主要記錄內(nèi)容見表1。

實體信息負責記錄坐標信息，它以記錄段為基本單位，每一個記錄段記錄一個地理實體目標的坐標信息，每個記錄段分為記錄頭和記錄內(nèi)容兩部分，記錄頭的內(nèi)容包括記錄號和坐標記錄長度兩個記錄項。

記錄內(nèi)容包括目標的幾何類型（ShapeType）和具體的坐標記錄(x、y)，記錄內(nèi)容因要素幾何類型（點狀目標、線狀、面狀目標）的不同其具體的內(nèi)容及格式都有所不同，shap efile中的點狀目標由一對x、y坐標構(gòu)成，坐標值為雙精度型( double)。點狀目標的記錄內(nèi)容如表2。

目前，對柵格數(shù)據(jù)的加密技術(shù)的研究較多，如：圖像像素置亂的圖像文件加密、基于秘密分割和秘密共享的圖像加密、基于現(xiàn)代密碼學體制的圖像文件加密，以及基于混沌動力學體制的圖像文件加密等，但由于行業(yè)應用的限制，矢量結(jié)構(gòu)的圖形數(shù)據(jù)的加密技術(shù)的研究較少。

二、混沌的定義及Logistic映射

混沌加密是近年來興起的一個研究課題，混沌映射具有很好的性質(zhì)，即非常相近的初始條件在進行了一定次數(shù)的迭代以后會生成兩個截然不同的序列；不可由序列的本身預測將產(chǎn)生的下一個數(shù)值；而且生成的序列具有白噪聲性，即等概率地分布在值域上。由于這些良好的性質(zhì)，它非常適合于對矢量數(shù)據(jù)的坐標進行加密。

最基本的混沌模型是Logistic映射：

其中xn為映射變量，μ為系統(tǒng)參數(shù)，它們的取值范圍分別為？0≤Xn≤1，0<μ≤4，然而只有當3.5699456--≤μ≤4時，才產(chǎn)生實數(shù)混沌序列，Logistic映射是一個非常簡單，卻又具有重要意義的非線性迭代方程，它具有確定的形式，并且系統(tǒng)不包含任何隨機因素，但系統(tǒng)卻能產(chǎn)生看似完全隨機的、對參量μ的動態(tài)變化和初值極為敏感的現(xiàn)象，選定μ =3.9有：

表1證明了Logistic映射對初始值的敏感性。

由于混沌序列隨機的確定性，SchusterH.G證明混沌序列(1)的概率分布密度函數(shù)為：

可見，ρ(x)不依賴初始值，它的遍歷性等同于零均值白噪聲，同時它還具有ξ. like型自相關(guān)函數(shù)和零的互相關(guān)函數(shù)，作為一種非線性序列，該序列結(jié)構(gòu)復雜難以分析和預測，因此可以用混沌系統(tǒng)迭代產(chǎn)生的混沌序列對矢量數(shù)據(jù)中的坐標進行加密。

三、GPS（全球定位系統(tǒng)）

GPS(Global po sitioning system)全球定位系統(tǒng)是美國第二代軍用衛(wèi)星導航系統(tǒng)，也是目前世界上最先進的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一種以空間衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電導航和定位系統(tǒng)，能在全球范圍內(nèi)向任意多的用戶全天候、實時、連續(xù)提供高精度的三維坐標、三維速度和時間基準。

四、加密算法的設(shè)計

矢量數(shù)據(jù)中重要的信息是點的XY坐標以及地理實體之間的相對位置關(guān)系，通過對Shap efile數(shù)據(jù)格式的分析，需要隱藏或保密的信息主要是坐標文件（.shp）里的數(shù)據(jù)內(nèi)容，它包括：頭文件部分的倥間數(shù)據(jù)所占空間范圍的X、Y方向最小值”、‘空間數(shù)據(jù)所占空間范圍的X、Y方向最大值t實體信息部分的“X方向坐標值”、“Y方向坐標值”如果只是用同一種密碼參數(shù)對坐標信息進行加密，雖然隱藏了坐標數(shù)據(jù)，但是地理實體之間的相對位置關(guān)系卻仍然存在?；煦缬成涞奶攸c既可以對坐標信息進行加密，同時根據(jù)記錄號的不同進行迭代，計算出不同的密碼序列，對坐標數(shù)據(jù)進行加密，由于密碼序列的隨機性，改變了地理實體之間的相對位置關(guān)系。

同時，由于GPS接收器模塊化、小型化的實現(xiàn)，可以將GPS接收器做成加密系統(tǒng)的軟件狗，利用GPS定位信息，空間數(shù)據(jù)的管理者將知道的數(shù)據(jù)接收方或數(shù)據(jù)存儲地的地理位置信息作為一個密碼參數(shù)，對空間數(shù)據(jù)文件進行加密，接收方只有在指定的地理位置才能解密信息，兼顧混沌映射、GPS定位和矢量數(shù)據(jù)的存儲特點，本文設(shè)計了一個基于混沌映射和GPS的矢量數(shù)據(jù)加密算法。

本文利用Delphi和Ta tukGis組件開發(fā)了基于混沌和GPS的加密實驗軟件，對Shap efile坐標文件實驗數(shù)據(jù)進行加密，效果如圖3?；诨煦绾虶PS的加密方法隱藏了矢量數(shù)據(jù)的坐標系以及地理實體的相對位置關(guān)系，方法可行，效果良好。由于矢量數(shù)據(jù)都是海量數(shù)據(jù)，因此，混沌迭代的次數(shù)還需要考慮加載的效率，同時，混沌映射的算法目前研究較多，新的研究成果的應用有利于強化加密的效果。

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