地理信息產品安全防護技術體系構建

繆 劍，符浩軍

（1.西安測繪總站，陜西 西安 710054）

地理信息產品安全防護技術體系構建

繆 劍1，符浩軍1

（1.西安測繪總站，陜西 西安 710054）

地理信息產品安全是國家戰略安全的重要組成部分?？偨Y了地理信息產品特點及其安全防護的迫切需求，介紹了地理信息產品安全技術現狀，重點從技術層面剖析了現有主流安全技術的優缺點，分析了地理信息產品流傳、使用過程中存在的安全隱患，探討了多種技術融合的地理信息產品安全防護技術體系。最后對地理信息產品安全防護發展提出了意見和建議。

地理信息產品；安全防護；發展現狀；技術體系

地理信息產品是人類賴以生存和發展的重要資源，是國家基礎設施建設和地球科學研究的支撐性成果[1]。在人類信息資源中，80%以上都是與地理位置相關的空間信息，其對社會可持續發展起著重要作用[2]。李克強指出，“測繪地理信息事關拓展發展空間，事關國家安全?！弊鳛閲覒鹇园踩闹匾M成部分[3]，地理信息產品安全涉及到國家安全、國防安全、知識產權、數據共享等方面。近年來，地理信息產品的“數字化”和“信息化”進程使其更多以數據形式進行組織、存取和應用。隨著云計算、大數據、泛在測繪等相關理論與技術的發展，地理信息產品業已深入到各行各業，導致地理信息產品的安全問題變得極其嚴峻，數據安全事故層出不窮，數據泄密、非法使用、版權侵犯等現象屢禁不止[4]，給國家和民眾造成了極大的危害。在當前地理信息產業向網絡、智能、泛在發展的潮流下，如何為地理信息產品提供有效防護，使其形成應用與防護良好的相互促進關系，是測繪等相關領域研究和發展的熱點。

因此，地理信息產品安全防護技術越來越受到關注，諸如數據加密、數字水印等相關技術成果競相出現。這些技術成果解決了安全防護的部分問題，但由于技術本身固有的缺陷，且地理信息產品在流通、使用等各環節存在的安全隱患又不盡相同，依靠單種技術無法滿足地理信息產品全面防護的需求。因此，有必要針對地理信息產品流通、使用等各環節存在的安全隱患，結合現有主流安全技術，取長補短，建立全面的地理信息產品安全防護技術體系。

1 地理信息產品安全防護特性分析

為滿足日益增加的測繪保障需求，衍生出了眾多的地理信息相關產品，涵蓋遙感影像、矢量地理數據、柵格地圖、數字高程模型等內容。盡管各產品表達方式、數據內容與組織不盡相同，但從數據安全防護的角度來考慮，地理信息產品具有自身的特點，對安全防護技術提出了更高的要求。

1）高成本及保密性。地理信息產品在國民經濟、國防建設中發揮著重要作用，其具有保密性高、生產成本高的特性。因此，針對地理信息產品的安全防護研究意義重大。

2）高精度空間定位。地理信息產品所表達的是現實世界中的地理空間信息，為保持現實世界的真實性和信息傳遞的可靠性，其具有高精度的空間定位特性。相關安全防護技術不能破壞數據本身的質量和應用要求。

3）信息豐富、數據海量。地理信息產品描述的是地理空間信息，為了表達的真實性，其數據量極其巨大。因此，安全防護技術要具有高效性。

4）主動推送分發服務。地理信息產品一般由專業部門進行生產和管理，采用主動推送分發服務的方式滿足應用需求。即當用戶需要相關地理信息數據時，數據管理部門通過主動推送分發的形式保障應用。由于多級推送分發的各環節存在不同的安全隱患，因此要求安全防護體系對數據多級推送分發的各個環節都要有針對性的保護。

地理信息產品的上述特點決定了安全防護的必要性，同時也導致了安全防護技術體系及相關技術研究的特殊性。

2 地理信息產品安全技術現狀和發展趨勢

地理信息產品安全防護問題日益受到各國政府、軍隊相關部門的高度重視。隨著9·11等安全恐怖事件的發生，歐美等發達國家對待地理信息產品的態度也發生了極大變化，由原來的開放共享政策轉向數據保護和監控政策。隨著日益增長的應用需求和云計算、大數據、泛在測繪等先進思想的發展，地理信息產品應用的廣度和深度亦在不斷擴展，其網絡化、智能化、社會化、開放化趨勢不可逆轉。在上述背景下，為進一步促進地理信息產業健康發展，各國政府主導相關單位加大了對地理信息產品安全技術的研究，如美國財政部、美國海陸空研究實驗室、美國版權工作組、德國國家信息技術研究中心、東京大學、歐洲電信聯盟等。我們國家和軍隊為保障地理信息產品的安全，也制定了一系列相關法規，逐步從技術跟蹤轉向深入的系統研究。

目前，地理信息產品安全防護的關鍵技術，如數字加密技術、數字水印技術、認證技術、訪問控制技術、信息隱藏技術等已得到廣泛重視。數字加密技術已發展得較為成熟，數字水印技術、認證技術、訪問控制技術也在快速發展。

1）數據加密技術。數據加密技術主要是將明文轉換成密文，然后再進行傳輸，到達目的地后再用相應的密鑰解密成明文，從而實現數據保護[5]。在地理信息產品安全和監控研究中，它貫穿于始終。利用加密技術，可以有效地保障數據的保密性，防止非法用戶竊取、篡改信息，確認數據的完整性、真實性、不可抵賴性以及用戶的真實身份等。

數據加密技術采用的是主動控制數據訪問的機制，但其無法標識數據的版權歸屬，且加密技術一旦被破解，數據信息就完全變成明文。因此，其在地理信息產品中的應用還遠遠不夠。

2）數字水印技術。數字水印技術通過將水印信息嵌入地理信息產品中，通過水印與源信息的相互結合，解決地理信息產品的使用追蹤、版權侵犯、泄密等諸多問題[6-12]。由于水印信息可以包含版權、流向等內容，因此數字水印技術可以有效彌補加密技術的缺陷。

相較于其他數據，地理信息產品的量測、精度和空間分析等特征使其數字水印研究難度更大。同時，由于數字水印技術缺乏主動性，其采用的是被動防護和事后追責機制，因此，限制了數字水印技術在地理信息產品安全防護領域的應用價值。

3）數據認證技術。在地理信息產品安全防護領域，認證技術一般通過在數字產品中不同位置嵌入信息來判別數據的完整性、數據是否受到篡改，通過定位來進一步確定數據篡改區域并進行糾錯[6]。

目前認證技術的應用模式比較單一，且其篡改提示和定位的能力及方式都比較有限。其主要目的是對數據來源與內容進行確認，因此屬于被動防護機制，與數據加密技術和數字水印技術相比，其實用范圍較窄。

4）訪問控制技術。訪問控制技術是在為用戶對系統資源提供最大限度共享的基礎上，對用戶的訪問權限進行管理，防止信息的越權篡改和使用[13]。目前來說，訪問控制技術應用實例較少，在地理信息產品安全防護領域鮮有實用的系統。這主要是由于訪問控制技術對于海量數據而言效率較低，給數據的使用造成了較大影響。

5）信息隱藏技術。信息隱藏技術是通過將重要信息隱藏在公開的載體，使其不被察覺或不易被注意到，且不影響載體的感覺效果和使用價值[14]。由于地理信息產品的海量數據特性，無法將信息隱藏技術直接應用于地理信息產品，通常的做法是將加密密鑰等少量的機密信息進行隱藏，以達到對數據間接防護的目標。

總體來說，目前地理信息產品安全保密相關的法規和技術已得到發展，且基于單種技術的安全保密系統已有研制并投入使用，但由于各種安全技術的固有缺陷，且諸如云計算、大數據、泛在測繪等先進思想的實用進程導致地理信息產品流通更為復雜，單一技術無法為地理信息產品在流通、使用等環節提供全面完整的防護，各技術之間缺乏有機融合。因此，需要結合地理信息產品的應用現狀和未來發展，有針對性地進行技術融合，構建全面的安全防護技術體系。

3 地理信息產品安全防護技術體系

3.1 安全隱患分析

相較于常規數據，地理信息產品具有高保密特性，因此數據管理部門主要采用主動推送分發的形式保障數據服務。從安全角度考慮，地理信息產品在多級推送分發過程中存在以下安全問題[15]：

1）數據管理過程中的安全隱患。即數據在管理單位存在非法泄密的風險，這主要是指數據管理單位在管理或使用過程中，一旦非法泄密，管理單位既無法控制泄密數據的訪問權限，也無法確定數據泄密的原因，因此也就無法杜絕泄密事件的發生。

2）數據推送過程中的安全隱患。即數據在多級推送分發過程中存在非法泄密的風險。借助于磁盤等傳統方式或是網絡方式，數據在推送過程中有可能被他人非法獲得。數據管理單位無法明確數據的失密環節是發生于推送過程還是數據接收單位，因此也就無法彌補存在的數據泄密漏洞。

3）網絡環境中數據應用所面臨的安全隱患。隨著云計算、大數據、泛在測繪等先進理論與技術的發展，地理信息產品正向網絡化、智能化、社會化、開放化轉變，專業地理信息產品依托于互聯網進行應用是一個趨勢，更是一個瓶頸。網絡的復雜環境使得地理信息產品面臨更大的風險與挑戰，相關安全防護技術既要能解決網絡環境下地理信息產品安全隱患，又需要促進其網絡服務與應用發展，使二者形成良好的互補關系。

地理信息產品的安全隱患主要來源于以上方面，可以從上述方面著手分析，尋求建立相應的安全防護技術體系，以解決地理信息產品所面臨的安全防護問題。

3.2 技術體系構建

地理信息產品特有的數據特點對安全技術提出了更為嚴苛的要求：高精度特點要求安全技術不能破壞地理數據本身的數據質量；海量數據特點要求其所采用的安全技術必須高效便捷；主動推送分發服務的特點要求安全技術不能只適用于單級保密。同時，網絡化、智能化、社會化、開放化的發展趨勢也要求對地理信息產品進行全面防護。但是，針對地理信息產品的安全技術分門別類，不同的技術歸屬于不同層面，所發揮的作用又不盡相同。且這些技術都有著各自的優缺點，單獨某項技術只能解決地理信息產品流通應用過程中的部分安全問題。因此，需要結合地理信息產品的特點及發展趨勢，吸納現有安全技術的優點，構建有機完整的地理信息產品安全防護技術體系（見圖1）。

針對地理信息產品在推送分發、管理應用等方面的安全隱患，采用主動控制技術和被動追蹤技術，對地理信息產品進行全面有效的安全防護。

1）主動控制技術，主要解決相關管理單位對數據的使用管理問題，采用主動控制的方式，對地理信息產品構建有效的主動防御體系。在主動防御體系構建過程中，首先要考慮地理信息產品的海量特點、多級推送特點，所采用的相關技術要高效，不能影響地理信息產品的正常使用，且對于多級流轉中的各級權限用戶都要適用。

圖1 地理信息產品安全防護技術體系

主動控制技術主要由數據加密技術、訪問控制技術和信息隱藏技術構成，其基本流程如圖2所示。具體方式為：明文的地理信息產品在管理單位內部流通、應用前，采用數據加密技術對地理信息產品進行加密處理，以密文數據的形式投入管理部門使用。在使用過程中，通過訪問控制技術進行數據使用權限的管控，如所使用的計算機及用戶權限匹配失敗，則通過部門局域網獲取非法信息；如匹配成功，則調度相對應的解密技術進行數據解密處理，繼續進行相關的數據操作。數據處理完成后，及時通過訪問控制技術對數據進行加密處理，地理信息產品繼續以密文的形式在管理單位內部流通。訪問控制技術可利用應用層Hook（鉤子）技術或文件系統過濾驅動等方式實施。在這個過程中，采用信息隱藏技術將密鑰進行隱藏處理，以進一步增強數據加密技術、訪問控制技術的防護能力。

圖2 主動控制技術流程

2）被動追蹤技術，主要解決在數據多級推送過程中可能存在的數據非法泄露隱患，采用被動控制的方式，對地理信息產品構建有效的被動追蹤體系。在被動追蹤體系構建過程中，主要考慮地理信息產品的高精度特性、海量特點等，所采用的相關技術不僅要高效，而且還要保護好地理信息產品的數據精度，以滿足應用需求。

被動追蹤技術主要由數字水印技術、數據加密技術、數據認證技術構成，其基本流程如圖3所示。具體方式為：地理信息產品在分發流通前，采用多級數字水印技術，分發部門將數據源、數據流向等標識作為本級的水印信息嵌入數據，而后采用數據認證技術，對含水印信息的地理信息產品進行認證處理，最后通過數據加密技術進行加密處理，得到密文的地理信息產品，將密文的地理信息產品以磁盤、光盤或網絡等形式進行推送服務。當地理信息產品到達使用單位或管理單位發現可疑的泄密產品時，首先采用相應的數據解密技術對密文產品進行解密處理，得到明文的地理信息產品，而后采用認證技術對地理信息產品的可靠性等進行確認，最后采用多級數字水印技術，檢測數據中的水印信息。通過上述方式，即可主動管控推送分發的地理信息產品，同時又可追蹤并定位地理信息產品的泄密源頭。在這個過程中，數據認證技術主要對地理信息產品的來源、歸屬、完整性等信息進行確認，以確保數據的可靠性。

圖3 被動追蹤技術流程

4 結 語

地理信息產品安全問題涉及國家安全、國防安全，一直受到各國政府、軍隊相關部門的高度重視。尤其在當前地理信息產品“信息化”、“全球化”、“網絡化”等新形勢下，地理信息產品的安全與應用已不是傳統的矛盾關系，二者更多是一種伴生的存在，即通過安全防護技術的研究和應用，積極推動地理信息產品網絡化、智能化、社會化、開放化的發展進程。總的來說，地理信息產品安全防護的未來發展，需要在相關核心技術的實用性、法律法規的健全性、網絡環境條件的監管性等方面進行創新、發展和融合，構建全面實用的地理信息產品安全防護體系：

1）加大針對地理信息產品的核心安全技術研究力度。習近平在網絡安全會議上強調：“要盡快在核心技術上取得突破”，要想在地理信息安全防護領域取得主動性，基礎在于核心安全技術的研究，要加大核心安全技術研究和應用進程。同時地理信息產品有其自身的數據特點，安全技術的研究需要結合其數據特點開展，以保證研究成果的實用性。另一方面，諸如多級水印技術、訪問控制技術等雖然有實際系統投入使用，但目前來說還遠遠無法滿足實際應用的需求，相關技術的研究既要保證能用、更要保證好用、實用。

2）健全地理信息產品安全防護法律法規，促進核心技術與相關政策法律的融合進程。為保障地理信息產品的安全，我們國家和軍隊已經制定了一系列相關的法規，如《測繪法》《基礎測繪成果提供使用管理暫行辦法》《保密法》等，但目前地理信息安全政策和法律還不夠系統和完善[16]，無法適應地理信息產品“信息化”、“全球化”的發展現狀。 如何健全地理信息產品安全防護法律法規，為地理信息產品應用提供可靠依據？如何將安全技術融入相關政策與法律中，以相關技術為支撐，積極主動排除數據使用、數據流轉過程中存在的安全隱患，為監督管理、法律法規的決策和執行提供有理有力的依據？這是一個嶄新的課題。

3）網絡環境下地理信息產品安全防護技術體系研究。目前地理信息產品保密主要依靠傳統的磁盤、光盤、局域網或專網的形式進行流通保障，已無法滿足當前地理信息產品網絡、智能、泛在的發展趨勢。在新形勢下，網絡安全是需要重點解決的難題，各安全技術在網絡環境下充當什么樣的角色，相互之間如何互補和融合，如何構建面向網絡環境的地理信息產品安全防護技術體系及相關實用產品，如何通過安全防護技術進一步促進地理信息產品的生產與應用等等，這些都需要深入思考和解決。

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B

1672-4623（2016）08-0001-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.08.001

繆劍，高級工程師，研究方向為攝影測量與遙感、地理信息產品安全管理等。

2016-05-06。