矢量地圖數(shù)據(jù)文件具有數(shù)據(jù)量小、結(jié)構(gòu)緊湊和冗余度低等特點(diǎn)，是地理空間數(shù)據(jù)的一種主要表現(xiàn)形式，也是地理信息系統(tǒng)的最主要的數(shù)據(jù)源。隨著GIS應(yīng)用的普及，矢量地圖數(shù)據(jù)文件的安全問題也日益引起人們的重視。加密技術(shù)是保障數(shù)據(jù)安全的最主要的手段，即對(duì)數(shù)據(jù)文件進(jìn)行加密處理，只有擁有密鑰的合法用戶才能正常使用數(shù)據(jù)，而非法的攔截者獲取的是無意義的數(shù)據(jù)，從而無法使用。因此，研究對(duì)矢量地圖數(shù)據(jù)文件進(jìn)行加密和解密非常必要。

一、基于混沌序列的矢量地圖數(shù)據(jù)加密算法

混沌系統(tǒng)用于數(shù)據(jù)文件加密最早由英國數(shù)學(xué)家Matthews提出，混沌密碼之所以引起人們的研究興趣，是因?yàn)槟承┐_定而簡單的離散動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)所產(chǎn)生的混沌序列具有非常好的偽隨機(jī)性和初值敏感性，偽隨機(jī)性符合Shannon所提出的密碼設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的混亂原則；初值敏感性符合Shannon所提出的密碼設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的擴(kuò)散原則。另外，通過選取具有白噪聲統(tǒng)計(jì)特性及雪崩效應(yīng)等特性的非線性混沌動(dòng)力系統(tǒng)作為序列密碼密鑰流生成器，就可構(gòu)成有效的混沌序列密碼應(yīng)用。

而由混沌系統(tǒng)對(duì)初值和參數(shù)的極端敏感性可知，選用混沌系統(tǒng)的某一初值或參數(shù)作為密鑰足合適的。因?yàn)椴捎脙蓚€(gè)微小差異的初值或參數(shù)產(chǎn)生的混沌序列足截然不同的，這樣即使攻擊對(duì)手獲知了所采用的混沌模型方面的知識(shí)，但若不知道作為密鑰的初值或參數(shù)，它將無法破譯／提取加密的信息，從而能夠保證混沌加密系統(tǒng)的安全性。

本文結(jié)合上述思想，根據(jù)矢量地圖數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于混沌序列的矢量地圖數(shù)據(jù)的加密算法，加密算法采用Logistic映射生成隨機(jī)序列，再把隨機(jī)序列映射成加密密鑰流，然后，把加密密鑰流與矢量數(shù)據(jù)流逐字節(jié)進(jìn)行“異或¨操作，從而完成數(shù)據(jù)文件的加密。圖1為示意圖。

二、基于混沌序列的矢量地圖數(shù)據(jù)文件加密方法

1、密鑰的生成

Logistic混沌系統(tǒng)的密鑰即為系統(tǒng)的初值，它是一個(gè)取值范圍在(0.1)間的雙精度實(shí)數(shù)，如果讓用戶使用一個(gè)雙精度數(shù)據(jù)作為密鑰，顯然使用不便。因此，可以設(shè)計(jì)下面的密鑰生成方法。

設(shè)有一長為m(m>1)的口令字符串S = C1C2C3……Cm，將該字符串按給定操作映射為(0，1)間的某個(gè)實(shí)數(shù)xo，用x0作為混沌映射的初值，即密鑰。例如，可以把映射操作定義為將組成字符串的各個(gè)字符映射成ASCII碼，再把ASCII碼按照某種規(guī)則收縮、排列，形成(0，1)間的一個(gè)實(shí)數(shù)。如輸入口令的字符串為S=“Drunkl’’，則按照上述方法映射為xo=0. 388487807719，這樣，用戶使用時(shí)不是記住煩瑣的實(shí)數(shù)xo=0.388487807719，而是記住一個(gè)有意義的字符串S=“Drunkl”，既方便使用，又滿足密鑰的條件。

2、加密密鑰流的形成?

以密鑰xo為初值，對(duì)式

進(jìn)行反復(fù)迭代，生成足夠長度的隨機(jī)序列{xk，k=0，1，2，3．……1}，對(duì)隨機(jī)序列{ xk，k=0，1，2，3，……}的各個(gè)元素xk，從小數(shù)點(diǎn)后首位非0數(shù)字開始，順序取9位數(shù)字組成一個(gè)長整型數(shù)據(jù)Ldk，再對(duì)這個(gè)長整型數(shù)據(jù)Ldk進(jìn)行取模運(yùn)算，得到一個(gè)[0，255]之間的整型數(shù)據(jù)dk。所有元素處理完后，把所得的整型數(shù)據(jù)序列{dk，k=1，2，3，……}作為加密密鑰流。

為了增強(qiáng)隨機(jī)性，舍棄開始部分長度為n的序列，即從序列的第n+1位開始作為密鑰流，進(jìn)行信息的加密。

n的確定：設(shè)字符串SS=Ck+1Ck+2Ck+3……Cm（k=m/2）為口令字符串S= C1C2C3…Cm的子串，按與生成初值相同的操作，把它映射為(0.1)間的某個(gè)實(shí)數(shù)d，然后對(duì)d進(jìn)行擴(kuò)散、取整，生成一個(gè)長整型數(shù)據(jù)L，再對(duì)L進(jìn)行取模運(yùn)算，即按式可得n：

3、文件加密操作

在加密端，把矢量地圖數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)變成二進(jìn)制文件格式，依次取出各字節(jié)流{mk，k=0，1，2，3，……}與加密密鑰流{dk，k=0，1，2，3，……}進(jìn)行“異或”操作，生成亂碼形式的密文流{pk，k =0，1，2，3，……}，即Pk=mk+dk，完成整個(gè)數(shù)據(jù)文件的加密。

由于mk+dk+dk=mk，因此，在解密端，采取與加密端相反的操作，即將密文流{Pk，k=0，1，2，3，……}與完全相同的解密密鑰流{dk，k=0，1，2，3，……}執(zhí)行”異或”運(yùn)算，恢復(fù)出明文流{mk，k=0，1，2,3，……}，完成整個(gè)數(shù)據(jù)文件的解密。

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