第一章 緒論
1.1 研究動機
本研究主要在研究如何將不同類型的資料隱藏技術導入 地理標記語言 (Geography Markup Language, GML)的空間資料格式中，根據不同應用目的，選 擇對應的資料隱藏演算法，並提出不同的前置處理流程與可選擇嵌入資料的位 置，藉此提升 GML 檔案中資料的隱密性、完整性與安全性，同時比較不同資料 隱藏技術導入 GML 空間資料格式後與原研究結果的差異，分析與探討 GML 空 間資料格式在資料隱藏技術導入後的成效，提出改善資料隱藏技術應用的方法與 GML 地理資訊系統(Geographic Information System, GIS)上的創新應用。
因全球資訊化的腳步越來越快，人們可以輕易地從網路上竊取資料或重製散 播(Niu, Shao, & Wang, 2006)，導致著作權(Copyright)以及資訊安全(Information Security)等相關問題產生，因此許多專家學者展開資訊隱藏(Information Hiding) 的相關研究(Chang & Tseng, 2009; Hong, Chen, & Shiu, 2008)。目前資料隱藏技術 在地理資訊上的相關研究非常少，主要針對向量地圖做研究(陳凱崴，2007；劉 秓良，2008；陳富美 2009)，而向量地圖主要的優點在於以向量的方式來表現圖 徵，不用侷限於特定的螢幕解析度(Resolution)，但缺點為詮釋與屬性資料頇分開 儲存，同時一個檔案僅可表示一種圖徵類型，因此需要多個檔案來描述真實現 象，且傳遞時需一併傳送其詮釋資料，容易造成外部資料與內部資料不一致的情 況。
Google 於 2008 年提出的地理資訊資料格式：鎖孔標記語言( Keyhole Markup Language, KML)是一種基於 XML 語法的檔案格式，可用於塑模與儲存例如點、
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線、圖像、多角形與模型等地理特性，用以顯示在 Google Map、Google Earth 與 其他 GIS 上，使 GIS 不再只是單純的描繪地形或真實現象，透過結合不同的應 用程式，便可提供不同形式的服務，應用於不同領域(X. T. Wang, Shao, Xu, & Niu, 2007)，例如實境導覽、教學或防災等應用(S.-M. Wang & Chen, 2008; 王聖銘 &
陳富美, 2009)。但目前 KML 的應用大多架構在 Google Map 與 Google Earth 上，
並未廣泛應用於不同的 GIS 中(何燦群，2010)。
因此本研究將探討一個地理資訊的標準資料格式：地理標記語言(Geography Markup Language, GML)，是由 OGC(Open Geospatial Consortium)所認定的空間資 訊編碼規範，同時也是 ISO 國際標準，是一種基於 XML 技術發展的開放式標記 語言，透過標籤(Tag)來描述真實世界中的現象，以屬性的值來描述圖徵性質。
其中屬性的值可以是整數、浮點數、幾何或圖徵等型態，同時因具備自訂標籤的 特性，提供製圖者更彈性的方式來描繪地理特徵。與一般 VML(Vector Markup Language)和 SVG(Scalable Vector Graphics)地理資訊檔案格式不同，GML 將地理 資訊與其屬性封裝在一起，同時提供分散式的地理資料儲存。
而如何保護 GML 中的地理資訊與其詮釋資料(Mata-Data)在進行傳遞時不易 受到懷疑、甚至是竊取或竄改，確保資訊的隱密性和完整性，是一個相當重要且 值得探討的研究領域。有別於一般的金鑰加密技術，資料隱藏提供另外一種保護 秘密訊息的機制。目前在向量地圖相關的資料隱藏演算法中(S.-M. Wang, Chen, Chen, & Yang, 2009；陳凱威、王聖銘、張聖杰等，2007；陳凱威、王聖銘、鄭 友銘、王宗銘，2007)，進行前置處理時，均利用主成分分析(Principal Component Analysis, PCA)將端點(Vertex)座標值轉換，其優點在於使用簡單，並且可提升安 全性與強韌性，但座標值一經轉換，其圖徵的精度就會降低，可應用的領域有限。
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所以為了提升 GML 資料的安全性與 GML 資料隱藏技術之可應用性，同時 改善可擴展之可逆式向量地圖資料隱藏演算法造成精度降低的問題，因此本研究 主要研究如何將既有的可擴展之可逆式向量地圖與無失真資料隱藏技術導入 GML 空間資料格式中，透過標籤語法的特性，直接嵌入與擷取所需的資料，根 據不同應用目的選擇對應的資料隱藏演算法、前置處理流程與嵌入資料的位置，
藉此提升 GML 中資料的隱密性、完整性與安全性，同時增加 GML 資料隱藏技 術的可應用性。並比較資料隱藏技術導入 GML 空間資料格式後與可擴展之可逆 式向量地圖資料隱藏演算法之研究結果的差異，分析與探討 GML 空間資料格式 在資料隱藏技術導入後的成效，提出改善可擴展之可逆式向量地圖資料隱藏演算 法應用的方法與 GML 資料隱藏技術在 GIS 上的創新應用。
1.2 研究目的
本研究提出 GML 空間資料格式之資料隱藏技術應用，並評估不同資料隱藏 技術導入 GML 空間資料格式之成效。GML 空間資料格式之資料隱藏技術，透 過標籤語法的特性，分析圖徵的特性，根據不同應用目的選擇適用的資料隱藏演 算法、前置處理流程與嵌入資料的位置，藉此提升 GML 資料隱藏技術之可應用 性，同時增加 GML 資料的隱密性、完整性與安全性，並且提出改善資料隱藏技 術應用的方法。其中嵌入資料的位置包括不同的圖徵類型與不同的圖徵，而嵌入 的資料包含 GML 中圖徵的屬性資料與詮釋資料，將之直接嵌入 GML 空間資料 格式中，藉此避開竊取者的注意力，同時降低 GML 的檔案容量，不但達到保護 秘密訊息的目的，更提出創新的 GML 資料隱藏技術應用。因此以 GML 空間資 料格式做為掩護媒體，除了了解 GML 檔案的特性，並實際將可擴展之可逆式向 量地圖資料隱藏演算法(陳富美，2009)與無失真資料隱藏演算法(Bogomjakov, et al., 2008)導入 GML 空間資料格式之外，本研究的目標如下：
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(1) 增加 GML 資料的安全性
將可擴展之可逆式向量地圖與無失真資料隱藏技術導入 GML 空間資料 格式中，藉此隱藏 GML 中圖徵的屬性資料與詮釋資料，並據根據不同 應用目的選擇資料隱藏演算法、前置處理流程與嵌入資料的位置，提升 GML 資料的在各方面的安全性。
(2) 提升 GML 資料隱藏技術的可應用性
利用標籤語法的特性，直接擷取所需的端點座標值，根據不同應用目的 選擇適用的資料隱藏演算法，並針對可擴展之可逆式向量地圖資料隱藏 技術提出不同的前置處理流程：PCA 排序法、投影排序法與直接投影 法，藉此提升可嵌入的訊息量與降低圖形的變形量，以應用於不同精度 條件與比例尺(Scale)需求的 GIS 中。
(3) 評估資料隱藏導入 GML 空間資料格式的結果
分別評估可擴展之可逆式向量地圖與無失真資料隱藏演算法導入 GML 空間資料格式後的結果，並比較不同前置處理流程與不同嵌入資料的位 置產生的影響，探討 GML 空間資料格式做為掩護媒體的成效。
(4) 透過 GML 特性改善原資料隱藏技術之結果
透過 GML 標籤語法的特性，根據不同的前置處理流程與嵌入資料的位 置，並利用分段處理的方式，藉此增加可嵌入的訊息量，同時不增加圖 形的變形量。
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故本研究針對 GML 空間資料格式導入可擴展之可逆式向量地圖與無失真資 料隱藏演算法，並滿足上述的目標。在對 GML 空間資料格式嵌入高訊息容量的 同時，根據適當的前置處理流程與嵌入資料的位置，透過分段處理的方式，減少 失真並降低秘密訊息被竊取的機率。另外比較與評估可擴展之可逆式向量地圖與 無失真資料隱藏演算法導入 GML 空間資料格式之結果，探討可應用的領域，提 出改善資料隱藏技術應用的方法與創新的 GML 資料隱藏技術應用。
1.3 研究流程
本研究以 GML 空間資料格式為掩護媒體，實際導入可擴展之可逆式向量地 圖與無失真資料隱藏技術，提出改善資料隱藏技術應用的方法與 GML 在 GIS 上 的創新應用，流程如下圖 1-1 所示，依序在下列章節詳細說明。
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文獻探討
前置處理流程 研究方法
結果與分析
結論
未來研究建議
資料隱藏技術 GML
標籤語法探討 無失真資料
隱藏技術 向量地圖資料
隱藏技術
選擇演算法 選擇資料
嵌入位置
圖 1-1：研究流程
首先第二章文獻探討說明本研究針對的檔案格式：GML，和其他資料隱藏