梁敬祖，魏金占，岳國(guó)森，丁孝兵

(1.佛山市測(cè)繪地理信息研究院，廣東 佛山 528000； 2.北部灣大學(xué)，廣西 欽州 535000)

1 問(wèn)題來(lái)源

版權(quán)問(wèn)題是國(guó)家安全的具體體現(xiàn)，我國(guó)已經(jīng)明確將每年的4月15日定為國(guó)家安全日，國(guó)家安全、版權(quán)意識(shí)正在得到政府和國(guó)人的重視。版權(quán)意識(shí)不足造成的不僅僅是經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益的損失，也在某種程度上影響國(guó)家安全和民族復(fù)興。我國(guó)最新的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的航母彈射技術(shù)及北斗導(dǎo)航技術(shù)，都曾遭到國(guó)內(nèi)外間諜組織的窺視，對(duì)國(guó)家安全國(guó)防建設(shè)造成巨大威脅，因此版權(quán)保護(hù)日益迫切。

可以說(shuō)，當(dāng)代強(qiáng)國(guó)之間的競(jìng)爭(zhēng)，已經(jīng)從傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)軍事領(lǐng)域轉(zhuǎn)換到以版權(quán)為核心的知識(shí)產(chǎn)權(quán)競(jìng)爭(zhēng)。作為版權(quán)體現(xiàn)的各類(lèi)設(shè)計(jì)成果多以矢量數(shù)據(jù)格式體現(xiàn)。在軍事及經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，矢量數(shù)據(jù)得到廣泛的重視和應(yīng)用，矢量數(shù)據(jù)版權(quán)保護(hù)成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)和經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)的核心所在。隨著物聯(lián)網(wǎng)的普及和高速發(fā)展，獲取、復(fù)制矢量數(shù)據(jù)更加快捷，國(guó)家信息安全也受到了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會(huì)領(lǐng)域違法侵權(quán)行為屢禁不止，全國(guó)每年各省皆有矢量數(shù)據(jù)泄密等案件發(fā)生，單位核心利益受到嚴(yán)重?fù)p害?，F(xiàn)有版權(quán)保護(hù)多采用簡(jiǎn)單多層外防模式，各層防護(hù)不相互支撐，存在被逐層擊破的可能，而且在版權(quán)受到侵害后，版權(quán)信息也不能有效溯源和恢復(fù)，為版權(quán)糾紛判定造成很大障礙。

2 解決思維

矢量數(shù)據(jù)是由線段通過(guò)不同的形狀、組合和顏色等表示特定信息，其特點(diǎn)是數(shù)據(jù)是獨(dú)立個(gè)體，計(jì)算機(jī)只需要記錄其位置、形狀和顏色信息，因此具有個(gè)體可編輯、存儲(chǔ)空間小的特點(diǎn)，是人類(lèi)智慧成果的具體體現(xiàn)。

常見(jiàn)的矢量數(shù)據(jù)版權(quán)保護(hù)多采用數(shù)據(jù)外部逐層防護(hù)模式，而由醫(yī)學(xué)常識(shí)可知，病人自身抵抗力的增強(qiáng)遠(yuǎn)勝于藥物輔助治療，也就是內(nèi)在的因素起到問(wèn)題解決的關(guān)鍵作用?！吧S防護(hù)降維打擊”已經(jīng)成為軍事領(lǐng)域的常識(shí)，具體表現(xiàn)就是立體交叉防護(hù)火力網(wǎng)相對(duì)于逐層軍事防護(hù)最難被攻破，而且具有火力點(diǎn)恢復(fù)的能力。借助以上思維，項(xiàng)目組嘗試在數(shù)據(jù)生產(chǎn)的全過(guò)程進(jìn)行版權(quán)信息融入的可行性分析，嘗試從內(nèi)在因素完成版權(quán)保護(hù)，實(shí)現(xiàn)版權(quán)信息可追溯、可恢復(fù)的多維立體交叉版權(quán)保護(hù)。

圖形的識(shí)別依賴于線的二維分布，而線由形狀、色彩、名稱(chēng)、圖層等定義，因此線型庫(kù)、色庫(kù)、名稱(chēng)庫(kù)和圖層庫(kù)共同構(gòu)建了元素的底層基礎(chǔ)。這些底層信息之間版權(quán)信息交叉，如圖庫(kù)的命名就默認(rèn)線型和色彩，而矢量數(shù)據(jù)的構(gòu)成不外乎線的二維組合即點(diǎn)、線、文本，因此借助以上思維和相關(guān)技術(shù)，以底層數(shù)據(jù)交叉版權(quán)信息融入為基礎(chǔ)，將對(duì)象的擴(kuò)展屬性、元素名稱(chēng)、存儲(chǔ)空間等也融入版權(quán)內(nèi)容，各類(lèi)內(nèi)容之間相互包含，再結(jié)合外圍防護(hù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了立體交叉多源多層版權(quán)保護(hù)項(xiàng)目采用的數(shù)據(jù)版權(quán)保護(hù)措施如下(如圖1所示)：

圖1 “金錘”模式可追溯可恢復(fù)多維交叉版權(quán)防護(hù)技術(shù)路線圖

錘頭部分是內(nèi)部防護(hù)核心，內(nèi)部信息可以相互追溯恢復(fù)，外部防護(hù)可以逐層也可以交叉。其中核心部分是圖層庫(kù)、色庫(kù)和線型庫(kù)，構(gòu)建出不同的元素。三個(gè)庫(kù)之間相互包含對(duì)方的定義信息，任一信息損壞其他兩個(gè)庫(kù)可以恢復(fù)受損庫(kù)。三個(gè)庫(kù)組合可以構(gòu)成圖形的任意類(lèi)元素，如文本、符號(hào)和線對(duì)象，外圍是基于元素、文件和權(quán)限的逐層防護(hù)，共同構(gòu)建了基于元素核心的立體交叉多元多層版權(quán)保護(hù)模式。

3 實(shí)現(xiàn)過(guò)程

矢量數(shù)據(jù)是設(shè)計(jì)單位賴以生存的根本，其版權(quán)被竊猶如一個(gè)家庭的幼子被拐，因此可以將數(shù)據(jù)本身看作設(shè)計(jì)單位的幼子，把數(shù)據(jù)看作一個(gè)生命體，則可以做如下布局：

3.1 數(shù)據(jù)生產(chǎn)工具及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間的版權(quán)化

生命體的存在必須擁有一定的時(shí)空范圍，而對(duì)于數(shù)據(jù)，存在的空間在于兩個(gè)層面：一是傳統(tǒng)的二進(jìn)制存儲(chǔ)空間，二是數(shù)據(jù)元素在數(shù)據(jù)平臺(tái)的存儲(chǔ)空間，前者研究者眾多，后者是數(shù)據(jù)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，因此在數(shù)據(jù)生產(chǎn)時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)存放的空間，數(shù)據(jù)的生產(chǎn)工具進(jìn)行版權(quán)化考慮和設(shè)計(jì)，就如生產(chǎn)油漆時(shí)筒子和灌裝的工具都進(jìn)行版權(quán)化，在數(shù)據(jù)生產(chǎn)前就進(jìn)行數(shù)據(jù)圖層、色表等的設(shè)計(jì)，在準(zhǔn)備數(shù)據(jù)生產(chǎn)前就已經(jīng)版權(quán)化。

圖層的設(shè)計(jì)和命名按照國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，在標(biāo)準(zhǔn)許可的情況下，實(shí)現(xiàn)圖層命名、數(shù)量、次序，色表RGB值的自我設(shè)計(jì)和命名等工作，將版權(quán)保護(hù)融入該環(huán)節(jié)。該部分工作是數(shù)據(jù)生產(chǎn)的核心前提，也是數(shù)據(jù)版權(quán)保護(hù)的第一道門(mén)檻。

3.2 數(shù)據(jù)底層基本元素組成版權(quán)化

生命體在誕生前，其前期必備條件如圖層、顏色等版權(quán)化后，就進(jìn)入生命體的構(gòu)建(生產(chǎn))階段。生命體的基本區(qū)別在于遺傳因子的不同，因此在數(shù)據(jù)生產(chǎn)的時(shí)候，就把數(shù)據(jù)底層基本元素進(jìn)行版權(quán)化，就如生命體遺傳信息植入一樣，實(shí)現(xiàn)底層元素的版權(quán)化。

數(shù)據(jù)底層不外乎點(diǎn)、線和文本，其中點(diǎn)的設(shè)計(jì)涉及普通點(diǎn)和點(diǎn)狀符號(hào)設(shè)計(jì)。點(diǎn)狀符號(hào)設(shè)計(jì)可以采用塊或自定義文本(字體)實(shí)現(xiàn)，這是版權(quán)保護(hù)的核心，也是版權(quán)信息設(shè)置中最復(fù)雜部分。

以塊設(shè)計(jì)的符號(hào)庫(kù)具有直觀特點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單；文本模式在符號(hào)庫(kù)設(shè)計(jì)完成后必須提供對(duì)應(yīng)的文本字體庫(kù)才可以正常顯示，因此其版權(quán)保護(hù)的效率高于前者，不足在于數(shù)據(jù)交換時(shí)必須提供數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的字庫(kù)，具體的實(shí)現(xiàn)可參考《AutoCAD中自定義形文件數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法分析》等文檔。

3.3 數(shù)據(jù)擴(kuò)展屬性版權(quán)化

擴(kuò)展屬性是依附于數(shù)據(jù)個(gè)體元素的基本幾何信息外的數(shù)據(jù)信息，類(lèi)似于人所穿著的衣服標(biāo)簽，是外在的隱含式版權(quán)信息。通常不通過(guò)專(zhuān)用平臺(tái)和專(zhuān)用工具，難于去除和查看版權(quán)信息，就如衣服所包含的磁性防盜貼一樣。擴(kuò)展屬性在AutoCAD平臺(tái)默認(rèn)查看不到，自然也不能直接去除，因此對(duì)于普通設(shè)計(jì)人員，這是一種最直接有效的版權(quán)保護(hù)模式。

3.4 數(shù)據(jù)元素版權(quán)化

結(jié)合設(shè)計(jì)文件特征，考慮設(shè)計(jì)人員工作實(shí)際，將每個(gè)設(shè)計(jì)元素的版權(quán)信息融入，既保證了數(shù)據(jù)在授權(quán)人員處可以編輯更新，也保證了數(shù)據(jù)在丟失后，在數(shù)據(jù)保護(hù)期外數(shù)據(jù)自動(dòng)銷(xiāo)毀保護(hù)數(shù)據(jù)版權(quán)者的權(quán)益。

數(shù)據(jù)對(duì)象元素的版權(quán)保護(hù)主要通過(guò)圖形鎧甲的工作模式完成，其類(lèi)似于軍事學(xué)中常見(jiàn)的單兵盔甲防護(hù)，具有一定的效力但極易被破解。這種模式是當(dāng)前設(shè)計(jì)單位最為常見(jiàn)的數(shù)據(jù)交換過(guò)程中采取的版權(quán)保護(hù)方法，在面對(duì)黑客攻擊時(shí)若采用顛覆性思維，很可能出現(xiàn)全盤(pán)皆輸?shù)木置妗Ｒ虼巳艚Y(jié)合如上三個(gè)方面的保護(hù)，達(dá)到破解但仍可以追溯法律權(quán)益的目的，將對(duì)竊密者造成一定程度上的震懾，為數(shù)據(jù)安全再增一道防線。

3.5 數(shù)據(jù)服務(wù)中隱性水印技術(shù)版權(quán)保護(hù)

采用矢量數(shù)據(jù)隱性水印技術(shù)，在數(shù)據(jù)生產(chǎn)到服務(wù)環(huán)節(jié)逐級(jí)交叉融入版權(quán)信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)生產(chǎn)環(huán)境、數(shù)據(jù)底層、數(shù)據(jù)元素、擴(kuò)展屬性及隱性水印的底層元素多級(jí)交叉版權(quán)保護(hù)。

3.6 數(shù)據(jù)文件版權(quán)化

數(shù)據(jù)文件保護(hù)多采用文件直接加密模式，一旦密碼泄露數(shù)據(jù)隨機(jī)丟失。本方案結(jié)合軟件狗加密，只有得到授權(quán)的文件才可以進(jìn)行文件查看等操作，文件的加解密必須經(jīng)過(guò)具有版權(quán)授權(quán)的軟件狗解密完成，這樣在傳統(tǒng)文件加密的基礎(chǔ)上，借助軟件狗技術(shù)為版權(quán)再加一層保護(hù)。因此結(jié)合以上環(huán)節(jié)，就可以實(shí)現(xiàn)從文件到底層元素逐級(jí)逐層防護(hù)，從外觀到隱含信息的立體交叉版權(quán)保護(hù)及追溯，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形對(duì)象的多級(jí)立體交叉版權(quán)保護(hù)。

結(jié)合如上版權(quán)保護(hù)，將形成如圖2所示逐層逐級(jí)立體交叉數(shù)據(jù)版權(quán)保護(hù)新模式：

圖2 內(nèi)核外核版權(quán)防護(hù)模式示意圖

4 案例實(shí)現(xiàn)

4.1 文件內(nèi)部交叉防護(hù)信息構(gòu)建

(1)色表顏色定義

顏色是圖形外觀的核心決定因素之一，對(duì)于顏色的定義可以采用兩種模式：一是傳統(tǒng)的RGB顏色值模式，另一種是采用顏色索引的色表(如圖3所示)，文件讀取顏色的索引，具體的顏色值(RGB)由客戶自己定義?；诖?，客戶可以自己定義顏色索引和顏色值，建立自己的顏色空間，達(dá)到保護(hù)版權(quán)的目的。

圖3 色塊定義案例

(2)圖層規(guī)則定義

圖層類(lèi)似于容器，是文件元素的存儲(chǔ)空間。眾所周知生物體的生存空間在一定程度上隱含版權(quán)信息，如建筑的國(guó)籍確定：建筑物所在的區(qū)域在廣西，其也在表明該建筑的國(guó)籍屬于中國(guó)的概率最大。基于此，在圖層的設(shè)計(jì)階段(如圖4所示)，將版權(quán)信息融入，如NKSXSS，其中NK表明是何地地方標(biāo)準(zhǔn)，此處含義為南寧市勘測(cè)院，SXSS表明其水系設(shè)施的屬性，兩者結(jié)合達(dá)到多元信息包括版權(quán)信息的交叉融合。

圖4 圖層名稱(chēng)定義示例

(3)符號(hào)線型設(shè)計(jì)

如上所述，圖的信息顯示主要通過(guò)形狀和顏色表示，符號(hào)線型的設(shè)計(jì)，就是版權(quán)外在的直接表現(xiàn)。形狀分為兩類(lèi)，一種是單一線段的形狀，其實(shí)質(zhì)就是線型；一種是不同線段的組合，具體而言就是符號(hào)庫(kù)，是線段在二維空間的組合，可以隱含地物信息和版權(quán)信息。這里主要探討如何在符號(hào)庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)融入版權(quán)信息。

對(duì)于符號(hào)庫(kù)的自定義，可以由單位自行定義，因此也就決定了其獨(dú)一無(wú)二的特性，借助該技術(shù)數(shù)據(jù)竊取者縱然破解一個(gè)單位的數(shù)據(jù)防護(hù)，但對(duì)于相似技術(shù)的其他單位其破解成本依然如舊。因此該技術(shù)的特性決定了破解方案不具有普適性，間接地保護(hù)了類(lèi)似單位的核心數(shù)據(jù)。

編碼131100是南方公司自定義符號(hào)編碼(圖5)，編碼NNDWGIS[514]為南寧市勘察測(cè)繪地理信息院獨(dú)有符號(hào)編碼(圖6)。

圖5 某公司塊狀符號(hào)示例

圖6 某院形文件符號(hào)示例

(4)元素?cái)U(kuò)展屬性添加

擴(kuò)展屬性類(lèi)似于命名，將命名信息通過(guò)屬性擴(kuò)展附著于元素，類(lèi)似于標(biāo)簽的概念，自然可以將版權(quán)信息添加到其中。結(jié)合矢量數(shù)據(jù)生產(chǎn)過(guò)程，根據(jù)用戶習(xí)慣和數(shù)據(jù)采集平臺(tái)的特點(diǎn)，將軟件版權(quán)的處理動(dòng)作分為如下兩種：

文件自檢：文件操作分為三個(gè)步驟：打開(kāi)、編輯、關(guān)閉，其中編輯是重點(diǎn)，下文詳述。文件打開(kāi)和關(guān)閉操作啟發(fā)前，通過(guò)后臺(tái)自檢，將所有矢量元素進(jìn)行版權(quán)信息完善性檢查及需要處理。該步驟耗時(shí)較多，一般在后臺(tái)運(yùn)行，時(shí)間與計(jì)算機(jī)性能和數(shù)據(jù)量有關(guān)。

動(dòng)作跟蹤：如上所述，編輯動(dòng)作可以分為三類(lèi)：新增、更新和刪除。版權(quán)信息主要在于新增元素版權(quán)信息的自動(dòng)完善，因此，當(dāng)用戶在啟動(dòng)新增命令后，后臺(tái)自動(dòng)進(jìn)入屬性完善操作，在激活保存動(dòng)作和關(guān)閉文件時(shí)，檢查元素版權(quán)信息完整性，實(shí)現(xiàn)版權(quán)信息全方位無(wú)遺漏。關(guān)于平臺(tái)動(dòng)作的描述和動(dòng)作處理詳見(jiàn)魏金占等發(fā)表的《Microstaion平臺(tái)下基于宏的數(shù)據(jù)》及相關(guān)技術(shù)文檔。

如圖7所示，其中“字符串GS5121”為南寧市勘測(cè)院自定義符號(hào)編碼。

圖7 擴(kuò)展屬性添加案例

4.2 基于設(shè)計(jì)元素的加密

完成文件元素的繪制，相當(dāng)于生命個(gè)體的誕生，此時(shí)可以采用給生命個(gè)體穿戴盔甲模式，對(duì)單個(gè)個(gè)體進(jìn)行防護(hù)，這就是市面上對(duì)于矢量數(shù)據(jù)個(gè)體元素保護(hù)的基本思路，為版權(quán)再增一層防護(hù)，圖8為基于設(shè)計(jì)元素的上鎖加密案例圖：

圖8 軟件鎖定圖元無(wú)法編輯

4.3 基于圖形文件的加密

該技術(shù)是針對(duì)矢量數(shù)據(jù)文件的上鎖加密，本質(zhì)上是文件加密模式的延伸，但針對(duì)性強(qiáng)且難以破解。這種市面上的基于文件的針對(duì)性保護(hù)技術(shù)，以軟件狗授權(quán)為核心，借助項(xiàng)目核心發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)理想的高能效低成本版權(quán)保護(hù)，圖9為基于圖形文件的權(quán)限加密案例：

圖9 設(shè)置圖形有效時(shí)間

4.4 隱性水印添加

隱性水印技術(shù)的特點(diǎn)是不影響數(shù)據(jù)的顯示效果，借助該技術(shù)可以在設(shè)計(jì)人員無(wú)須知曉的情況下將版權(quán)信息融入數(shù)據(jù)文件，一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)失竊的問(wèn)題，技術(shù)人員可以通過(guò)水印反演得到版權(quán)信息，進(jìn)而在不可視的情況下，巧妙做到版權(quán)追溯。此外與項(xiàng)目的核心發(fā)明結(jié)合，構(gòu)建立體交叉版權(quán)防護(hù)，最終實(shí)現(xiàn)“金錘”模式立體交叉版權(quán)保護(hù)。

4.5 文件壓縮加密

文件壓縮加密是市面上常見(jiàn)的文件保護(hù)模式，通過(guò)壓縮加密，在以上文件保護(hù)的基礎(chǔ)上，再次為文件保護(hù)增加一份保險(xiǎn)。結(jié)合上文的多層保護(hù)，打造特有的“金錘”模式立體交叉版權(quán)保護(hù)，為保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)、國(guó)家軟實(shí)力的提升做出新貢獻(xiàn)。

5 結(jié) 語(yǔ)

國(guó)內(nèi)外對(duì)于數(shù)據(jù)保護(hù)多采用如下兩種模式，一種是上鎖加密模式，一種是數(shù)字水印模式，皆為外核防護(hù)，無(wú)法與內(nèi)核自防護(hù)的防護(hù)能力相比。以下闡述本項(xiàng)目技術(shù)的不同與優(yōu)劣：

5.1 與傳統(tǒng)加密模式對(duì)比

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)版權(quán)保護(hù)多采用加密模式，但一旦被攻破存在全盤(pán)皆輸可能，而本方案采用多層防護(hù)，立體交叉，總有漏洞相互之間可以交叉恢復(fù)，破解成本極高。

5.2 與傳統(tǒng)水印模式對(duì)比

水印模式屬于文件城墻保護(hù)模式和單兵鎧甲保護(hù)模式之間，其通過(guò)各種手段在文件底層或者數(shù)據(jù)元素或者文件本身等多方位嵌入版權(quán)水印信息，如某國(guó)內(nèi)知名版權(quán)保護(hù)商，其采用的就是多源水印和權(quán)限保護(hù)模式。這種給文件添加水印的版權(quán)保護(hù)方式，其結(jié)果往往是數(shù)據(jù)交流中圖形顯示失真，視圖美觀性和文件完整性遭到破壞。再者一旦反水印技術(shù)介入，單一的水印保護(hù)被攻破的風(fēng)險(xiǎn)非常大，存在滿盤(pán)皆輸?shù)目赡堋?/p>

由醫(yī)學(xué)常識(shí)可知，對(duì)于外部病理侵入，最大的抵抗力來(lái)自患者本身體制的增強(qiáng)，因此可以借鑒遺傳學(xué)、病理學(xué)和軍事學(xué)的基本理念用于版權(quán)保護(hù)，形成了基于底層數(shù)據(jù)點(diǎn)、線、文本的多元多層交互式內(nèi)核版權(quán)信息融入，結(jié)合盔甲城池防護(hù)思維，完善以上兩種矢量數(shù)據(jù)版權(quán)保護(hù)的弊端。此外這種多維交叉防護(hù)模式可以保證在中間任一層面信息的破壞或破解都可以通過(guò)其他維度的信息自動(dòng)恢復(fù)，對(duì)版權(quán)法律糾紛解決起到?jīng)Q定性作用。

除此之外該方案基于單個(gè)元素的多維多層交互防護(hù)，各單位可以自行定義最核心的內(nèi)核防護(hù)體系，因此其版權(quán)保護(hù)具有顯著的個(gè)體特征，縱然某個(gè)公司的數(shù)據(jù)保護(hù)被攻破，但對(duì)第二個(gè)公司的侵權(quán)攻擊依然無(wú)效。按照互聯(lián)網(wǎng)中沒(méi)有絕對(duì)安全原則，結(jié)合傳統(tǒng)加密和水印，基于圖元和圖形文件的防護(hù)加密技術(shù)，交叉版權(quán)內(nèi)核防護(hù)技術(shù)就可以保證攻破數(shù)據(jù)的成本遠(yuǎn)大于數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)保護(hù)成本，即開(kāi)鎖成本高于上鎖寶貝的價(jià)值，實(shí)現(xiàn)合理、可控、經(jīng)濟(jì)可靠的版權(quán)保護(hù)新模式。