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基于区块链技术的地理数据版权管理模型研究

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第一章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究进展

1.2.1 点对点文件传输系统

1.2.2 基于P2P网络的数字版权管理

1.2.3 区块链技术

1.2.4 基于区块链的数字版权管理

1.2.5 传统地理数据版权保护研究

1.2.6 使用区块链技术的地理数据安全性保护研究

1.3 研究内容与技术路线

第二章 区块链相关技术与GeoJSON概述

2.1 区块链

2.1.1 区块链定义

2.1.2 区块构成原理

2.1.3 椭圆曲线加密算法

2.2 智能合约概述

2.3 星际文件系统概述

2.4 GeoJSON数据结构

2.4.1 GeoJSON介绍

2.4.2 点矢量数据在GeoJSON格式中的数据结构

2.4.3 线矢量数据在GeoJSON格式中的数据结构

2.4.4 面矢量数据在GeoJSON格式中的数据结构

2.5 本章小结

第三章 去中心化地理数据版权管理模型设计

3.1 设计思想

3.2 区块链平台适用性分析

3.3 模型架构设计

3.4 版权信息结构设计

3.5 智能合约设计

3.5.1 映射关系

3.5.2 版权管理总体流程

3.5.3 版权管理智能合约算法

3.6 模型安全性分析

3.7 本章小结

第四章 矢量地理数据侵权检测算法

4.1 GDRM-OM中的问题

4.2 设计思想

4.3 算法原理与设计

4.3.1 方位角计算

4.3.2 夹角计算

4.3.3 多边形中心计算

4.3.4 矢量地理数据侵权检测算法设计

4.4 数据处理与实验环境

4.4.1 数据来源及预处理

4.4.2 实验环境

4.5 攻击实验

4.5.1 增加攻击

4.5.2 删除攻击

4.5.3 相似变换攻击

4.5.4 要素排序置乱攻击

4.5.5 要素简化攻击

4.5.6 复合攻击

4.6 本章小结

第五章 GDRM-OM实现及分析

5.1 模型实现

5.1.1 开发环境

5.1.2 原型系统模块组成

5.2 实验结果

5.3 智能合约安全性分析

5.4 模型性能分析

5.4.1 可用性

5.4.2 可扩展性

5.4.3 效率性

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

附:攻读硕士学位期间科研情况

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摘要

在互联网信息时代大背景下,网络让数据传输的成本大大减少,数据传输效率极大提高的同时网络盗版、数据泄露等现象愈发严重。由于地理数据的版权得不到很好的保护,造成个体及机构对地理数据共享持较为谨慎的态度。地理数据共享问题一直是制约国内外地理信息行业发展的重要因素,为了解决这一问题,目前国内外主流的解决方法是科学数据出版方案,即学术论文作者在明确拥有数据版权的情况下将论文中所生产和使用的地理数据发布到网站上进行共享。由于这些科学数据出版系统受传统技术的限制,均采用中心化的系统架构,而中心化系统的运作依赖于中心服务器,中心服务器一旦无法提供或继续提供服务,整个系统将会停运,这对机构和用户都会造成不可估量的经济损失。区块链这一新兴技术的出现为系统的去中心化设计提供了可能,因此,本文尝试将区块链技术引入地理数据数字版权管理过程中,建立一种去中心化的地理数据版权管理模型(GDRM-OM),用以解决目前地理数据版权管理方案中的问题,促进地理数据共享。本文主要工作内容如下:  (1)本文提出一种使用智能合约的去中心化地理数据数字版权管理模型,该模型使用以太坊作为底层,使用智能合约进行地理数据数字版权信息管理,使用星际文件系统作为地理数据外部储存器,这样的设计让模型可以在完全去中心化的环境下运行。另外,本文详细描述了地理数据版权管理总体流程,设计了版权信息注册、查询和地理数据使用申请三种算法流程,并对模型进行了安全性分析,分析结果表明,得益于模型底层架构设计,模型整体具有较高的安全性。  (2)GDRM-OM采用了星际文件系统技术,该项技术的内容寻址原理导致在模型运行中容易发生数据侵权行为,为了解决这一问题,本文对现有的地理数据侵权检测算法进行研究与改进,提出了一种适用于GDRM-OM的矢量地理数据侵权检测算法。该方法基于GeoJSON格式数据,利用矢量数据的空间信息进行特征匹配,得到待检测矢量数据在要素特征、夹角特征和顶点特征三个方面与原始数据的重复程度,从而判定是否发生侵权行为。为了检验算法的有效性,本文使用现实世界矢量地理数据集进行数据攻击实验,实验结果表明,该算法能够有效抵抗针对矢量数据的新增攻击、删除攻击、相似变换攻击、要素置乱攻击和要素简化攻击等几何攻击手段,算法具有很高的稳健性,能够解决GDRM-OM中的问题。  (3)使用Truffle、Node.js和Webpack等技术以及JavaScript和Solidity语言在web端构建了基于区块链技术的地理数据版权管理模型原型系统,并使用现实世界地理数据集对版权注册、查询和使用申请等模型功能进行了测试,验证了本文模型的可用性。

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