地理分析模型元数据水印嵌入和提取方法、装置及其系统

1.本发明涉及地理建模与模拟、软件水印领域，具体涉及一种地理分析模型元数据水印嵌入和提取方法、装置及其系统。


背景技术：

2.地理分析模型是一种程序模型，也是一种特殊的计算机程序，是为了对地理现象与过程进行模拟，解决实际地理问题而被开发出来的。地理分析模型往往具有有效反演地理现象和过程及预测未来的能力，为了使这些能力得到充分发挥，地理分析模型会有一定的属于地理学范畴的使用条件及适用范围。地理分析模型与其他一般模型、计算机程序的主要区别为：地理分析模型具有其他模型、程序所不具备的地理学特征，其应用领域为地理学领域，具体分为水、土、气、生、人等领域；具有适用的时空尺度与步长，时间尺度如千年尺度、百年尺度、年尺度、月尺度、日尺度等，时间步长如一世纪、一年、一月、一日、一小时等，空间尺度如全球尺度、区域尺度、城市尺度等，空间步长如十千米、一千米、一百米等；具有地理学的建模准则，以地理规律为背景，根据地理实体之间的相互作用机制，对地理现象及过程进行概念、逻辑、计算建模；输入输出的数据均为与地理学相关数据；为了使模拟分析结果更加精准，可对其敏感性分析及参数调优。
3.地理分析模型元数据是描述地理分析模型的数据，用于记录地理分析模型的各项属性及特征等信息。为了方便地理分析模型使用者在拿到地理分析模型的同时，获知地理分析模型的属性、使用等相关信息，地理分析模型开发者会将地理分析模型的元数据文档与地理分析模型程序打包在一起进行共享，而模型共享过程中缺少对于地理分析模型元数据文档的保护机制，导致其在共享过程中可以被轻易篡改。一旦地理分析模型元数据被篡改，不仅地理分析模型使用者无法准确理解地理分析模型的机理和使用方法，而且地理分析模型开发者的权利也会受到侵犯。
4.为了保护地理分析模型元数据不会被轻易篡改，可以借鉴数字水印技术将地理分析模型元数据与地理分析模型进行结合。数字水印技术可以将具有一定意义的信息附加到某种类型的原始数据中，不影响原载体的使用价值，也不容易被探知和再次修改，一般具有保真性、鲁棒性、安全性等特性。由于地理分析模型的表现形式各不相同，有源代码形式，也有动态链接库、可执行文件形式，传统的数字水印技术无法针对地理分析模型的异构性进行灵活适配。
5.目前，无论是对静态软件水印还是对动态软件水印的研究，都缺少对地理分析模型的嵌入方法与提取装置。如专利“软件水印的嵌入和提取方法”(cn104462884b)中，发明了一种软件水印的嵌入和提取的方法，适用于android平台应用软件，但无法用于其他平台。专利“一种java软件水印的嵌入方法”(cn103530536b)中的软件水印是对java的一种嵌入语法进行版权保护，但是只能进行软件水印的嵌入，并不能进行提取，也无法针对地理分析模型的特点进行适配。专利“基于线程关系的软件水印信息处理方法”(cn102890759b)包括了软件水印的嵌入过程和提取过程，但是在基于线程关系的基础上，通用性不强。专利“一种移动终端的软件水印实现方法及其移动终端”(cn101609494a)针对手机发明了一种在便携式移动终端中嵌入软件水印的方法，但其可移植性较弱，无法应用于地理分析模型中。
6.因而，需要一种新的技术方案来解决上述问题。


技术实现要素：

7.发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种地理分析模型元数据水印嵌入和提取方法、装置及其系统，以实现将地理分析模型元数据与地理分析模型结合，支持对地理分析模型元数据的完整性和安全性进行保护。
8.技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种地理分析模型元数据水印嵌入方法，包括如下步骤：
9.a1：将包含任意文件格式的地理分析模型元数据(元数据可以以任何文件格式存在，如文本文件、视频、音频等)进行压缩，生成zip格式的压缩包；
10.a2：使用哈希加密的方法获取压缩包的哈希值，将压缩包及其哈希值上传至数据存储中心，使用哈希值作为获取该压缩包的密钥，使用不可见字符对哈希值进行加密；
11.a3：随机选取地理分析模型中的一个文件，以utf-8编码格式对其进行读取，将加密后的哈希值写入到该文件的任意位置并保存，实现水印信息的嵌入。
12.进一步地，所述步骤a2中使用不可见字符对哈希值进行加密的具体过程如下：
13.首先获得以数字和不区分大小写的字母组成的字符串，然后使用回车将哈希值中的相邻两个字符隔开，并对照摩尔斯电码表将哈希值中的每个字符都转换为对应的电码符号，接着以空格代替短电码，tab代替长电码，即可使用不可见字符对水印信息进行加密。
14.进一步地，所述步骤a2中数据存储中心使用区块链技术对接收到的信息和上传时间进行加密存储，用于防止地理分析模型元数据被篡改。
15.基于上述水印嵌入方法，本发明还提供一种地理分析模型元数据水印提取方法，包括如下步骤：
16.b1：获得待提取水印信息的地理分析模型，对其包含的所有文件内容进行遍历，取出所有符合权利要求1中水印嵌入方法所嵌入的水印信息；
17.b2：依据不可见字符对哈希值的加密方法的逆向解密，获取到哈希值；
18.b3：使用哈希值作为密钥从数据存储中心取出匹配的元数据压缩包及其上传时间，输出地理分析模型元数据。
19.基于上述水印嵌入和提取方法，本发明还提供一种地理分析模型元数据水印嵌入和提取系统，包括水印检测模块、水印嵌入模块和水印提取模块。
20.所述水印检测模块包括：
21.信息缓存器，用于存储用户输入的地理分析模型，以及检测出来的地理分析模型元数据；
22.水印探测器，用于对信息缓存器中存储的地理分析模型元数据水印进行探测。所述水印探测器所执行的探测方法为：对地理分析模型包含的所有文件内容使用utf-8编码格式进行解码，探测出所有符合地理分析模型元数据水印格式的水印值，并存储到信息缓存器中。
23.所述水印嵌入模块包括：
24.第一存储器，用于缓存地理分析模型和用户输入的元数据；
25.水印生成器，用于将元数据进行压缩，生成zip格式的压缩包，并使用哈希加密的方法获取压缩包的哈希值，接着使用权利要求2所述的加密方法对哈希值进行加密；
26.第一网络连接器，用于将地理分析模型元数据及其哈希值上传至数据存储中心；
27.地理分析模型加工器，主要用于将水印生成器所生成的不可见水印嵌入到任意格式的地理分析模型中，具体方式为：随机选取地理分析模型中的一个文件，以utf-8编码格式对其进行读取，将不可见水印写入到该文件的任意位置并保存。
28.第一输出装置，用于将嵌入不可见水印的地理分析模型输出到存储器中。
29.所述水印提取模块包括：
30.第二存储器，用于存储水印检测器提取出来的不可见元数据水印；
31.水印解析器，用于将不可见元数据水印解译为对应的哈希值，具体方法为：首先读取水印，将水印中的空格替换为短电码，tab替换为长电码，对照摩尔斯电码表将使用回车分隔的每一位水印转换为对应的数字或字母，从而解译出原始哈希值。
32.第二网络连接器，用于将解译出来的哈希值上传至数据存储中心，数据存储中心从区块链中查找该哈希值及其对应的地理分析模型元数据及上传时间，之后对数据存储中心返回的结果进行接收；
33.第二输出装置，用于对元数据输出至存储器或显示器。
34.本发明还提供一种地理分析模型元数据水印嵌入和提取装置，包括：
35.显示模块，主要用于展示地理分析模型及地理分析模型元数据，供用户查看；
36.输入模块，用于输入任意文件格式的地理分析模型元数据，并控制地理分析模型及元数据的选择；其主要包含：(1)键盘：用于输入文本类型的地理分析模型元数据，并控制地理分析模型及元数据的选择；(2)usb接口：用于输入任意形式的地理分析模型元数据。
37.处理器，用于对地理分析模型元数据进行压缩加密，生成不可见元数据水印，以及将元数据水印与地理分析模型进行整合；
38.存储器，用于存储地理分析模型、地理分析模型元数据以及水印等信息，供处理器读取；
39.无线网络通信模块，用于与数据存储中心进行数据交换，上传或下载地理分析模型元数据；
40.供电模块包含电池和充电接口，用于系统供电，为系统的正常运行提供最基本的保证。
41.对于地理分析模型而言，本发明能够将地理分析模型开发者提供的多种形式的元数据(如图片、视频、数据文件等)进行压缩、加密，以不可见水印的方式嵌入到地理分析模型中，对地理分析模型元数据的安全性、完整性提供较好的保护。地理分析模型使用者在拿到嵌入元数据水印的地理分析模型时，可以使用本发明对地理分析模型中的水印进行提取，从而获得地理分析模型的元数据。
42.有益效果：本发明与现有技术相比，将地理分析模型元数据以不可篡改的方式进行压缩加密并存储至数据中心，用户通过解析地理分析模型中的元数据水印即可从数据中心下载到对应的元数据，有效保证了元数据的完整性和安全性，解决了传统的地理分析模
型元数据常以文件的形式与地理分析模型打包在一起存储，由于缺少对元数据的保护手段，导致元数据可以被篡改的问题。
附图说明
43.图1为本发明方法的流程示意图；
44.图2为本发明提供的一种地理分析模型元数据水印检测模块的示意图；
45.图3为本发明提供的一种地理分析模型元数据水印嵌入模块的示意图；
46.图4为本发明提供的一种地理分析模型元数据水印提取模块的示意图；
47.图5为本发明提供的一种水印信息加密方法的流程示意图；
48.图6为本发明提供的一种地理分析模型元数据水印嵌入方法的流程示意图；
49.图7为本发明提供的一种地理分析模型元数据水印提取方法的流程示意图；
50.图8为本发明提供的一种地理分析模型元数据水印嵌入与提取装置的示意图。
具体实施方式
51.下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本技术所附权利要求所限定的范围。
52.如图1所示，本发明提供一种地理分析模型元数据水印嵌入和提取系统，包括水印检测模块、水印嵌入模块和水印提取模块。
53.参照图2，水印检测模块包括：
54.信息缓存器，用于存储用户输入的地理分析模型，以及检测出来的地理分析模型元数据；
55.水印探测器，用于对信息缓存器中存储的地理分析模型元数据水印进行探测。所述水印探测器所执行的探测方法为：对地理分析模型包含的所有文件内容使用utf-8编码格式进行解码，探测出所有符合地理分析模型元数据水印格式的水印值，并存储到信息缓存器中。
56.若水印探测器未探测出元数据水印，则系统自动进入水印嵌入模块，若探测出至少一个元数据水印，则进入水印提取模块。
57.参照图3，水印嵌入模块包括：
58.第一存储器，用于缓存地理分析模型和用户输入的元数据；
59.水印生成器，主要包含：输入装置，用来获取并选择用户输入的任意格式的元数据；压缩装置，对用户选择的需要嵌入的元数据进行压缩，生成zip格式的压缩包；加密装置：使用哈希加密的方法获取压缩包的哈希值，并使用本发明水印加密方法对哈希值进行加密；
60.第一网络连接器，主要功能为将地理分析模型元数据及其哈希值上传至数据存储中心，数据存储中心会使用区块链技术对接收到的信息和上传时间进行加密存储，从而防止地理分析模型元数据被篡改；
61.地理分析模型加工器，主要用于将水印生成器所生成的不可见水印嵌入到任意格式的地理分析模型中，具体方式为：随机选取地理分析模型中的一个文件，以utf-8编码格
式对其进行读取，将不可见水印写入到该文件的任意位置并保存。
62.第一输出装置，用于将嵌入不可见水印的地理分析模型输出到存储器中。
63.参照图4，水印提取模块包括：
64.第二存储器，用于存储水印检测器提取出来的不可见元数据水印；
65.水印解析器，主要用于将不可见元数据水印解译为对应的哈希值，具体方法为：首先读取水印，将水印中的空格替换为短电码，tab替换为长电码，对照摩尔斯电码表将使用回车分隔的每一位水印转换为对应的数字或字母，从而解译出原始哈希值。
66.第二网络连接器，用于将解译出来的哈希值上传至数据存储中心，数据存储中心从区块链中查找该哈希值及其对应的地理分析模型元数据及上传时间，之后对数据存储中心返回的结果进行接收；
67.第二输出装置，用于对元数据输出至存储器或显示器。
68.本发明还提供一种地理分析模型元数据水印嵌入和提取装置，如图8所示，其包括：
69.显示模块，主要用于展示地理分析模型及地理分析模型元数据，供用户查看；
70.输入模块，用于输入任意文件格式的地理分析模型元数据，并控制地理分析模型及元数据的选择；其主要包含：(1)键盘：用于输入文本类型的地理分析模型元数据，并控制地理分析模型及元数据的选择；(2)usb接口：用于输入任意形式的地理分析模型元数据。
71.处理器，用于对地理分析模型元数据进行压缩加密，生成不可见元数据水印，以及将元数据水印与地理分析模型进行整合；
72.存储器，用于存储地理分析模型、地理分析模型元数据以及水印等信息，供处理器读取；
73.无线网络通信模块，用于与数据存储中心进行数据交换，上传或下载地理分析模型元数据；
74.供电模块包含电池和充电接口，用于系统供电，为系统的正常运行提供最基本的保证。
75.基于上述地理分析模型元数据水印嵌入和提取系统和装置，本实施例提供一种地理分析模型元数据水印嵌入和提取方法，参照图1，其具体的流程为：首先输入以源代码、动态链接库或可执行文件形式存在的地理分析模型，在水印检测模块对地理分析模型水印进行检测后，根据检测结果来执行不同功能模块：
76.(1)当地理分析模型中不存在水印时，执行水印嵌入模块。该模块会要求用户输入需要嵌入到地理分析模型中的元数据(元数据可以以任何文件格式存在，如文本文件、视频、音频等)，在用户确认所选择的元数据内容无误后，将元数据压缩成zip格式的压缩包，并通过哈希加密的方法获取该压缩包的哈希值，随后将压缩包包与哈希值通过网络连接器一同上传至网络上的数据存储中心进行存储，之后会使用水印生成器将元数据的哈希值加工成为不可见水印，并将其与地理分析模型进行结合，最终会通过输出设备将带有水印的地理分析模型输出到指定设备中。
77.(2)当地理分析模型中存在水印时，执行水印提取模块。该模块会将检测出的不可见水印进行解译，得到元数据的哈希值，通过网络连接器在数据存储中心查找与该哈希值对应的元数据并返回，通过输出设备输出地理分析模型元数据。
78.基于上述情况(1)，本实施例提供一种地理分析模型元数据水印嵌入方法，参照图6，其包括如下步骤：
79.a1：通过输入装置输入各种表现形式的地理分析模型元数据，水印嵌入模块会使用水印生成器将包含任意文件格式的地理分析模型元数据(元数据可以以任何文件格式存在，如文本文件、视频、音频等)进行压缩，生成zip格式的压缩包；
80.a2：使用哈希加密的方法获取压缩包的哈希值，将压缩包及其哈希值上传至数据存储中心，数据存储中心使用区块链技术对接收到的信息和上传时间进行加密存储，用于防止地理分析模型元数据被篡改，使用哈希值作为获取该压缩包的密钥，使用不可见摩斯密码对哈希值进行加密；
81.参照图5，本实施例中使用不可见摩斯密码对哈希值进行加密的具体过程如下：
82.首先获得以数字和不区分大小写的字母组成的字符串，然后使用回车将哈希值中的相邻两个字符隔开，并对照摩尔斯电码表将哈希值中的每个字符都转换为对应的电码符号，接着以空格代替短电码，tab代替长电码，即可使用不可见字符对水印信息进行加密。
83.a3：使用地理分析模型加工器将加密后的不可见水印与地理分析模型进行整合，通过输出装置对带有元数据水印的地理分析模型进行输出：随机选取地理分析模型中的一个文件，以utf-8编码格式对其进行读取，将加密后的哈希值写入到该文件的任意位置并保存，实现水印信息的嵌入。
84.基于上述情况(2)，本实施例提供一种地理分析模型元数据水印提取方法，参照图7，其包括如下步骤：
85.水印提取模块从信息缓存器中读取从指定地理分析模型中解析出的所有使用本发明装置嵌入的水印，使用上文提及的解译方法对所有水印进行解译，得到对应的哈希值，再通过第二网络连接器将所有哈希值提交到数据存储中心，进行密钥匹配，得到对应的元数据及存储时间。根据接收到的元数据数量，进行如下操作：(1)若接收到大于一份元数据，可能有多位用户为其生成了元数据水印，为避免地理分析模型元数据被篡改、伪造，对各份元数据的存储时间进行比较，取存储时间最早的元数据作为提取结果。(2)若只接收到一份元数据，则该份元数据为最终提取结果。(3)若存储中心未返回元数据，则证明该地理分析模型元数据水印已被篡改。使用输出装置对提取结果进行输出。
86.本实施例还提供一种计算机存储介质，该计算机存储介质存储有计算机程序，在处理器执行所述计算机程序时可实现以上所描述的方法。所述计算机可读介质可以被认为是有形的且非暂时性的。非暂时性有形计算机可读介质的非限制性示例包括非易失性存储器电路(例如闪存电路、可擦除可编程只读存储器电路或掩膜只读存储器电路)、易失性存储器电路(例如静态随机存取存储器电路或动态随机存取存储器电路)、磁存储介质(例如模拟或数字磁带或硬盘驱动器)和光存储介质(例如cd、dvd或蓝光光盘)等。计算机程序包括存储在至少一个非暂时性有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可以包括或依赖于存储的数据。计算机程序可以包括与专用计算机的硬件交互的基本输入/输出系统(bios)、与专用计算机的特定设备交互的设备驱动程序、一个或多个操作系统、用户应用程序、后台服务、后台应用程序等。
87.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实
施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
88.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
89.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
90.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。