云环境遥感影像数据服务的内容安全研究

To meet the increasing need of security protection for data services and applications of remote sensing image (RSI) in cloud, in accordance with the principle of comprehensive content security and the re-encryption security infrastructure in cloud, this study proposes an innovational method to realize the combination of re-encryption and watermarking, which can be applied to offer the technology support for the comprehensive content security of RSI data services in cloud after a further study on the security mechanism, algorithm implementation and protocol design according to the characteristics of RSI data and the requirements of RSI data application. The object includes: the commutative principle base on orthogonal decomposition study to support the combination of re-encryption and watermarking, the algorithm implementation and the protocol design for RSI application. The algorithm and the solution can be validated by our "RSI processing platform" and "Cross media storage and public service oriented to digital city application" platform. The innovation of this study is the new method to realize the effective combination of re-encryption and watermarking based on the orthogonal decomposition principle, which makes the comprehensive content security based on the combination of encryption and watermarking possible, and due to its applicability for most current encryption and watermarking algorithm, the proposed method can offer the algorithm optimization capability for RSI service.

为满足云环境下遥感影像数据服务与应用对安全的迫切需求，本课题根据加密和水印结合的内容安全思想和云环境重加密安全框架，研究重加密和数字水印结合的新方法，并根据遥感影像特征及数据服务应用需求对安全策略、算法实现和协议设计进行分析和研究，为实现云环境下遥感影像数据服务的全面内容安全提供技术支撑。研究内容包括：支持重加密的正交分解密码水印交换原理研究；支持重加密的遥感影像交换密码水印算法研究；云环境下遥感影像数据服务的安全协议研究。本课题将利用所在单位已有的"遥感信息处理平台"及"面向数字城市的实时跨媒体信息存储与公众服务"平台对提出的算法和方案进行原理验证。本课题的主要创新体现在：提出根据正交分解原理实现重加密与水印结合的新方法，使密码与水印结合的内容保护应用于云环境成为可能，并因为该方法对重加密算法和水印算法具有普适性，为针对遥感影像的算法设计提供了应用优化空间，具有很好的实用性。

为满足云环境下遥感影像数据服务与应用对安全的迫切需求，本课题根据加密和水印结合的内容安全思想和云环境重加密安全框架，研究重加密和数字水印结合的新方法，并根据遥感影像特征及数据服务应用需求对安全策略、算法实现和协议设计进行分析和研究，为实现云环境下遥感影像数据服务的全面内容安全提供技术支撑。主要研究内容包括：云环境下数据服务的安全模型和重加密实现算法；面向遥感影像的交换密码水印方法和云环境下支持重加密的正交分解交换密码水印算法；云环境下数据共享的隐私安全方法研究以及数据服务优化方法。. 本课题提出的基于正交变换的安全交换密码水印（SCEWod）算法克服了基于独立机理的CEW中加密和水印算法的特殊性要求，表现出了普适性，也解决了目前基于独立操作的CEW算法中的缺乏融合性的问题，对其安全性也进行了分析和论证。提出的支持重加密的遥感影像交换密码水印算法，能够实现重加密技术与数字水印技术在操作上的相互独立而在数据上的无缝融合。并基于整数小波变换技术，将信息隐藏技术与加密图像结合，保证遥感图像的安全性。针对遥感影像共享中遇到的隐私保护问题，分别设计了时效优先选择性匹配（EPSM）和隐私优先选择性匹配（PPSM）协议。此外，课题组提出了参与式感知中隐私保护的差异化数据分享协议，对保障遥感影像数据共享提供了一个参考的协议。针对遥感影像数据共享中的安全认证和篡改检测与取证方法提出了基于正交变换的指纹加密模板保护算法以及具有运动适应性的删帧取证算法。本算法不仅对中低运动视频有良好的检测性能，在高强度运动下也有较优的适应性，使视频取证向复杂篡改环境下的实际应用迈近了一步。在数据的隐私保护方面，本课题也引入了差分隐私算法进行研究，发表了隐私保护分布式位置证明系统，时序数据集的隐私保护等算法，为云环境下数据分享的安全性提供保证，也为以后课题的研究提供了新的方向。