升维思维下版权内核保护模式应用研究

梁敬祖，魏金占，岳国森，丁孝兵

(1.佛山市测绘地理信息研究院，广东 佛山 528000； 2.北部湾大学，广西 钦州 535000)

1 问题来源

版权问题是国家安全的具体体现，我国已经明确将每年的4月15日定为国家安全日，国家安全、版权意识正在得到政府和国人的重视。版权意识不足造成的不仅仅是经济社会效益的损失，也在某种程度上影响国家安全和民族复兴。我国最新的具有自主知识产权的航母弹射技术及北斗导航技术，都曾遭到国内外间谍组织的窥视，对国家安全国防建设造成巨大威胁，因此版权保护日益迫切。

可以说，当代强国之间的竞争，已经从传统的经济军事领域转换到以版权为核心的知识产权竞争。作为版权体现的各类设计成果多以矢量数据格式体现。在军事及经济领域，矢量数据得到广泛的重视和应用，矢量数据版权保护成为现代战争和经济竞争的核心所在。随着物联网的普及和高速发展，获取、复制矢量数据更加快捷，国家信息安全也受到了严峻的挑战。当前经济社会领域违法侵权行为屡禁不止，全国每年各省皆有矢量数据泄密等案件发生，单位核心利益受到严重损害。现有版权保护多采用简单多层外防模式，各层防护不相互支撑，存在被逐层击破的可能，而且在版权受到侵害后，版权信息也不能有效溯源和恢复，为版权纠纷判定造成很大障碍。

2 解决思维

矢量数据是由线段通过不同的形状、组合和颜色等表示特定信息，其特点是数据是独立个体，计算机只需要记录其位置、形状和颜色信息，因此具有个体可编辑、存储空间小的特点，是人类智慧成果的具体体现。

常见的矢量数据版权保护多采用数据外部逐层防护模式，而由医学常识可知，病人自身抵抗力的增强远胜于药物辅助治疗，也就是内在的因素起到问题解决的关键作用。“升维防护降维打击”已经成为军事领域的常识，具体表现就是立体交叉防护火力网相对于逐层军事防护最难被攻破，而且具有火力点恢复的能力。借助以上思维，项目组尝试在数据生产的全过程进行版权信息融入的可行性分析，尝试从内在因素完成版权保护，实现版权信息可追溯、可恢复的多维立体交叉版权保护。

图形的识别依赖于线的二维分布，而线由形状、色彩、名称、图层等定义，因此线型库、色库、名称库和图层库共同构建了元素的底层基础。这些底层信息之间版权信息交叉，如图库的命名就默认线型和色彩，而矢量数据的构成不外乎线的二维组合即点、线、文本，因此借助以上思维和相关技术，以底层数据交叉版权信息融入为基础，将对象的扩展属性、元素名称、存储空间等也融入版权内容，各类内容之间相互包含，再结合外围防护技术，实现了立体交叉多源多层版权保护项目采用的数据版权保护措施如下(如图1所示)：

图1 “金锤”模式可追溯可恢复多维交叉版权防护技术路线图

锤头部分是内部防护核心，内部信息可以相互追溯恢复，外部防护可以逐层也可以交叉。其中核心部分是图层库、色库和线型库，构建出不同的元素。三个库之间相互包含对方的定义信息，任一信息损坏其他两个库可以恢复受损库。三个库组合可以构成图形的任意类元素，如文本、符号和线对象，外围是基于元素、文件和权限的逐层防护，共同构建了基于元素核心的立体交叉多元多层版权保护模式。

3 实现过程

矢量数据是设计单位赖以生存的根本，其版权被窃犹如一个家庭的幼子被拐，因此可以将数据本身看作设计单位的幼子，把数据看作一个生命体，则可以做如下布局：

3.1 数据生产工具及数据存储空间的版权化

生命体的存在必须拥有一定的时空范围，而对于数据，存在的空间在于两个层面：一是传统的二进制存储空间，二是数据元素在数据平台的存储空间，前者研究者众多，后者是数据生产的基础，因此在数据生产时对数据存放的空间，数据的生产工具进行版权化考虑和设计，就如生产油漆时筒子和灌装的工具都进行版权化，在数据生产前就进行数据图层、色表等的设计，在准备数据生产前就已经版权化。

图层的设计和命名按照国家和行业标准进行，在标准许可的情况下，实现图层命名、数量、次序，色表RGB值的自我设计和命名等工作，将版权保护融入该环节。该部分工作是数据生产的核心前提，也是数据版权保护的第一道门槛。

3.2 数据底层基本元素组成版权化

生命体在诞生前，其前期必备条件如图层、颜色等版权化后，就进入生命体的构建(生产)阶段。生命体的基本区别在于遗传因子的不同，因此在数据生产的时候，就把数据底层基本元素进行版权化，就如生命体遗传信息植入一样，实现底层元素的版权化。

数据底层不外乎点、线和文本，其中点的设计涉及普通点和点状符号设计。点状符号设计可以采用块或自定义文本(字体)实现，这是版权保护的核心，也是版权信息设置中最复杂部分。

以块设计的符号库具有直观特点，优点在于设计简单；文本模式在符号库设计完成后必须提供对应的文本字体库才可以正常显示，因此其版权保护的效率高于前者，不足在于数据交换时必须提供数据对应的字库，具体的实现可参考《AutoCAD中自定义形文件数据转换方法分析》等文档。

3.3 数据扩展属性版权化

扩展属性是依附于数据个体元素的基本几何信息外的数据信息，类似于人所穿着的衣服标签，是外在的隐含式版权信息。通常不通过专用平台和专用工具，难于去除和查看版权信息，就如衣服所包含的磁性防盗贴一样。扩展属性在AutoCAD平台默认查看不到，自然也不能直接去除，因此对于普通设计人员，这是一种最直接有效的版权保护模式。

3.4 数据元素版权化

结合设计文件特征，考虑设计人员工作实际，将每个设计元素的版权信息融入，既保证了数据在授权人员处可以编辑更新，也保证了数据在丢失后，在数据保护期外数据自动销毁保护数据版权者的权益。

数据对象元素的版权保护主要通过图形铠甲的工作模式完成，其类似于军事学中常见的单兵盔甲防护，具有一定的效力但极易被破解。这种模式是当前设计单位最为常见的数据交换过程中采取的版权保护方法，在面对黑客攻击时若采用颠覆性思维，很可能出现全盘皆输的局面。因此若结合如上三个方面的保护，达到破解但仍可以追溯法律权益的目的，将对窃密者造成一定程度上的震慑，为数据安全再增一道防线。

3.5 数据服务中隐性水印技术版权保护

采用矢量数据隐性水印技术，在数据生产到服务环节逐级交叉融入版权信息，实现数据生产环境、数据底层、数据元素、扩展属性及隐性水印的底层元素多级交叉版权保护。

3.6 数据文件版权化

数据文件保护多采用文件直接加密模式，一旦密码泄露数据随机丢失。本方案结合软件狗加密，只有得到授权的文件才可以进行文件查看等操作，文件的加解密必须经过具有版权授权的软件狗解密完成，这样在传统文件加密的基础上，借助软件狗技术为版权再加一层保护。因此结合以上环节，就可以实现从文件到底层元素逐级逐层防护，从外观到隐含信息的立体交叉版权保护及追溯，实现对图形对象的多级立体交叉版权保护。

结合如上版权保护，将形成如图2所示逐层逐级立体交叉数据版权保护新模式：

图2 内核外核版权防护模式示意图

4 案例实现

4.1 文件内部交叉防护信息构建

(1)色表颜色定义

颜色是图形外观的核心决定因素之一，对于颜色的定义可以采用两种模式：一是传统的RGB颜色值模式，另一种是采用颜色索引的色表(如图3所示)，文件读取颜色的索引，具体的颜色值(RGB)由客户自己定义。基于此，客户可以自己定义颜色索引和颜色值，建立自己的颜色空间，达到保护版权的目的。

图3 色块定义案例

(2)图层规则定义

图层类似于容器，是文件元素的存储空间。众所周知生物体的生存空间在一定程度上隐含版权信息，如建筑的国籍确定：建筑物所在的区域在广西，其也在表明该建筑的国籍属于中国的概率最大。基于此，在图层的设计阶段(如图4所示)，将版权信息融入，如NKSXSS，其中NK表明是何地地方标准，此处含义为南宁市勘测院，SXSS表明其水系设施的属性，两者结合达到多元信息包括版权信息的交叉融合。

图4 图层名称定义示例

(3)符号线型设计

如上所述，图的信息显示主要通过形状和颜色表示，符号线型的设计，就是版权外在的直接表现。形状分为两类，一种是单一线段的形状，其实质就是线型；一种是不同线段的组合，具体而言就是符号库，是线段在二维空间的组合，可以隐含地物信息和版权信息。这里主要探讨如何在符号库设计时融入版权信息。

对于符号库的自定义，可以由单位自行定义，因此也就决定了其独一无二的特性，借助该技术数据窃取者纵然破解一个单位的数据防护，但对于相似技术的其他单位其破解成本依然如旧。因此该技术的特性决定了破解方案不具有普适性，间接地保护了类似单位的核心数据。

编码131100是南方公司自定义符号编码(图5)，编码NNDWGIS[514]为南宁市勘察测绘地理信息院独有符号编码(图6)。

图5 某公司块状符号示例

图6 某院形文件符号示例

(4)元素扩展属性添加

扩展属性类似于命名，将命名信息通过属性扩展附着于元素，类似于标签的概念，自然可以将版权信息添加到其中。结合矢量数据生产过程，根据用户习惯和数据采集平台的特点，将软件版权的处理动作分为如下两种：

文件自检：文件操作分为三个步骤：打开、编辑、关闭，其中编辑是重点，下文详述。文件打开和关闭操作启发前，通过后台自检，将所有矢量元素进行版权信息完善性检查及需要处理。该步骤耗时较多，一般在后台运行，时间与计算机性能和数据量有关。

动作跟踪：如上所述，编辑动作可以分为三类：新增、更新和删除。版权信息主要在于新增元素版权信息的自动完善，因此，当用户在启动新增命令后，后台自动进入属性完善操作，在激活保存动作和关闭文件时，检查元素版权信息完整性，实现版权信息全方位无遗漏。关于平台动作的描述和动作处理详见魏金占等发表的《Microstaion平台下基于宏的数据》及相关技术文档。

如图7所示，其中“字符串GS5121”为南宁市勘测院自定义符号编码。

图7 扩展属性添加案例

4.2 基于设计元素的加密

完成文件元素的绘制，相当于生命个体的诞生，此时可以采用给生命个体穿戴盔甲模式，对单个个体进行防护，这就是市面上对于矢量数据个体元素保护的基本思路，为版权再增一层防护，图8为基于设计元素的上锁加密案例图：

图8 软件锁定图元无法编辑

4.3 基于图形文件的加密

该技术是针对矢量数据文件的上锁加密，本质上是文件加密模式的延伸，但针对性强且难以破解。这种市面上的基于文件的针对性保护技术，以软件狗授权为核心，借助项目核心发明，可以实现理想的高能效低成本版权保护，图9为基于图形文件的权限加密案例：

图9 设置图形有效时间

4.4 隐性水印添加

隐性水印技术的特点是不影响数据的显示效果，借助该技术可以在设计人员无须知晓的情况下将版权信息融入数据文件，一旦出现数据失窃的问题，技术人员可以通过水印反演得到版权信息，进而在不可视的情况下，巧妙做到版权追溯。此外与项目的核心发明结合，构建立体交叉版权防护，最终实现“金锤”模式立体交叉版权保护。

4.5 文件压缩加密

文件压缩加密是市面上常见的文件保护模式，通过压缩加密，在以上文件保护的基础上，再次为文件保护增加一份保险。结合上文的多层保护，打造特有的“金锤”模式立体交叉版权保护，为保护知识产权、国家软实力的提升做出新贡献。

5 结 语

国内外对于数据保护多采用如下两种模式，一种是上锁加密模式，一种是数字水印模式，皆为外核防护，无法与内核自防护的防护能力相比。以下阐述本项目技术的不同与优劣：

5.1 与传统加密模式对比

传统的数据版权保护多采用加密模式，但一旦被攻破存在全盘皆输可能，而本方案采用多层防护，立体交叉，总有漏洞相互之间可以交叉恢复，破解成本极高。

5.2 与传统水印模式对比

水印模式属于文件城墙保护模式和单兵铠甲保护模式之间，其通过各种手段在文件底层或者数据元素或者文件本身等多方位嵌入版权水印信息，如某国内知名版权保护商，其采用的就是多源水印和权限保护模式。这种给文件添加水印的版权保护方式，其结果往往是数据交流中图形显示失真，视图美观性和文件完整性遭到破坏。再者一旦反水印技术介入，单一的水印保护被攻破的风险非常大，存在满盘皆输的可能。

由医学常识可知，对于外部病理侵入，最大的抵抗力来自患者本身体制的增强，因此可以借鉴遗传学、病理学和军事学的基本理念用于版权保护，形成了基于底层数据点、线、文本的多元多层交互式内核版权信息融入，结合盔甲城池防护思维，完善以上两种矢量数据版权保护的弊端。此外这种多维交叉防护模式可以保证在中间任一层面信息的破坏或破解都可以通过其他维度的信息自动恢复，对版权法律纠纷解决起到决定性作用。

除此之外该方案基于单个元素的多维多层交互防护，各单位可以自行定义最核心的内核防护体系，因此其版权保护具有显著的个体特征，纵然某个公司的数据保护被攻破，但对第二个公司的侵权攻击依然无效。按照互联网中没有绝对安全原则，结合传统加密和水印，基于图元和图形文件的防护加密技术，交叉版权内核防护技术就可以保证攻破数据的成本远大于数据及数据保护成本，即开锁成本高于上锁宝贝的价值，实现合理、可控、经济可靠的版权保护新模式。