身邊的地理信息安全與保密
前言
說起地理信息安全與保密，老百姓或許感覺有些遙遠，跟自身關系不太緊密。但實際上，隨著信息技術的迅猛發展，地理信息廣泛應用于各個領域，對經濟社會發展產生了巨大推動作用，已成為不可或缺的重要基礎保障。基于位置的服務(Location Based Services, LBS)與各類生活服務不斷融合，支撐了地理信息行業的大發展大繁榮，成為依賴程度越 來越高的公共服務資源。
地理信息是國家重要的基礎性、戰略性資源[1]，直接關系到國家主權、安全和利益，承載著資源、環境、人口等經濟建設和社會發展;地理信息還是軍事斗爭的重要組成部分[2]，保障著軍事活動和國防安全。與日益繁榮的地理信息行業應用相伴而生的，是地理信息安全與保密始終面臨的嚴峻挑戰。
高精度位置服務暗藏風險
首先，覆蓋面最廣的是各類移動終端和APP的位置服務。很多應用在使用前，都會詢問用戶是否“允許使用位置服務和定位功能”。據騰訊位置服務官網[3]顯示，其定位服務日均請求次數達1100億次，覆蓋終端超10億，室內定位精度達到米級。而這僅僅是騰訊公司一家(包含微信、QQ、地圖等產品)的數據，足以可見當前社會高精度位置服務需求量的巨大。人們常用的社交、出行、旅游、購物、健康等眾多移動應用均必須開啟或記錄位置信息，嚴重依賴室內外高精度位置服務[4]。如果不做好安全防范，可能暗藏一定的安全風險，輕則隱私泄露，重則失密泄密。
北斗衛星導航系統[5](簡稱“北斗”)是我國自主發展、獨立運行的全球衛星導航系統(Global Navigation Satellite System，GNSS)，其結合分布在地面的連續運行衛星導航定位基準站(Continuously Operating Reference Stations，CORS)，為用戶提供亞米級、厘米級甚至事后靜態毫米級的高精度定位。隨著“北斗”的逐步全球化，其高精度數據在民用領域的應用不斷擴充：在智能交通領域為車輛提供精確的導航定位，在農業領域進行精準播種，在水利設施監測領域為橋梁邊坡進行變形監測等。但由于北斗短報文數據通常以明文方式進行“空天地”一體化網絡傳輸(如圖1)，存在數據泄露、非法篡改、身份仿冒、權限濫用等方面的安全風險。
圖1 “空天地”一體化網絡傳輸架構圖
目前，隨著大數據、云計算、物聯網和人工智能等技術的廣泛應用，自動駕駛、無人機快遞等業務對高精度地圖和導航定位的需求愈加旺盛[7]。普通地圖精度為數米以內，而高精地圖則可以精確到厘米級別，基于高精地圖的高精定位成為支撐自動駕駛、無人機快遞等業務位置與導航服務的關鍵[8]。高精地圖和高精度定位涉及國家安全，目前其數據產品按照涉密測繪成果進行監管，而在實際應用過程中存在著一定的泄露風險[9]。
“問題地圖”威脅國家安全
國家版圖[10]是一個國家行使主權和管轄權的疆域，也指反映國家疆域的地圖。國家版圖體現了國家主權意志和在國際社會中的政治、外交立場，同國旗、國徽、國歌一樣，是國家的象征。隨著社會各界對各類地圖使用量的增加，錯繪國界線、漏繪我國重要島嶼、錯誤標注等“問題地圖”層出不窮，部分地圖甚至登載了涉密內容，嚴重損害了國家主權、安全和利益。
尤其值得警惕的是，開放地圖標注[11]作為眾包應用[12]的一種，在豐富地名地址、興趣點(Point of Interest，POI)信息上有著廣泛應用。然而，國內有些軍事愛好者樂于在Google Earth、Bing Maps等境外地圖網站上標注軍事設施的位置，甚至詳細到了軍隊具體駐地、具體坐標。也有的地圖愛好者，在標注時不經意間泄露了身邊敏感地區的位置，而相應的衛星地圖往往會被地圖廠商替換成新的高分辨率影像，繼而引發更多網友的“更正”熱情。這種行為導致互聯網地圖的作用甚至超過了某些軍事偵察衛星，讓人不費吹灰之力就能得到一些需要花費數年才能得到的軍事信息，給國家安全帶來極大隱患。
地理數據泄露時有發生
地理數據具有特定的結構特征和精度要求[13]，通常分為矢量數據、柵格數據、數字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)、三維模型和實景數據以及導航電子地圖等。地理信息保密處理技術是保障涉密地理信息安全應用的關鍵技術，主要采用特定手段對涉密地理信息的空間位置、精度、屬性、相鄰關系等進行偏移、變形、偽造、隱藏等處理。脫密后的地理信息數據仍具有一定的敏感屬性，往往采用以下兩種安全保護手段：
1、地理數據數字水印技術
數字水印技術[14]是信息隱藏的重要手段，通過將數據版權所有者、領取用戶等信息按照一定數據規則嵌入到數據中，使成為數據的一部分且不影響原有數據的表達，從而為數據的版權保護、追根溯源、用戶區分和完整性認證等提供依據。將數字水印技術應用到地理信息安全保護中時，需要針對特定的數據考慮不同的數字水印模型[15]，主要算法分類有：矢量數據數字水印算法[16]從水印嵌入域劃分為基于空間域的水印算法和基于變換域的水印算法;柵格數據數字水印算法[17]按數據類型分為遙感影像數字水印算法和柵格地圖數字水印算法;DEM數字水印算法[18]按照數據組織方式分為規則格網DEM數字水印算法和不規則三角網數字水印算法。通用地理數據數字水印嵌入基本流程如圖2所示。
圖2 通用地理數據數字水印嵌入基本流程圖
2、地理數據加密和訪問控制技術
地理數據加密和訪問控制技術[19]主要包括粒度控制、角色授權、數據空間特征訪問控制等。朱長青等人[20]將地理數據訪問控制存在的安全威脅分為涉及空間關系、時空尺度、屬性、圖層以及缺少外置程序等5類因素，并構建了“STALE”安全威脅模型，其中S、T、A、L、E分別為各類威脅的英文首字母：
S——涉及空間關系的威脅(spatial relationship)，訪問控制策略無法表達空間關系約束，使得用戶獲得更多權限，導致數據泄密。
T——涉及時空尺度的威脅(temporal and spatial scale)，忽略時空尺度與地理空間數據機密等級的關系，導致高密級數據泄露。
A——涉及屬性的威脅(attribute)，包含敏感安全語義的屬性數據泄密。
L——涉及圖層的威脅(layer)，訪問控制策略未考慮圖層特征，導致涉密圖層數據泄密。
E——缺少外置程序的保護(external protection program)，對于文件形式的地理空間數據，由于缺少身份認證等訪問控制前提條件，使得訪問控制無法實施。
毛健等人[21]提出基于中間件技術的地理數據訪問控制策略，從而對地理空間數據文件與數據庫在訪問控制中存在的安全威脅進行有效應對，如圖3所示。
圖3 基于中間件的地理數據訪問控制系統模塊圖
非法測繪事件頻發
在現代軍事戰爭中，高精度地理信息至關重要。雖然有高精度的航空航天遙感技術，采用地面精確測量手段對有關重要地物情報進行收集、核實仍然不可替代，測繪人員通常利用手持GPS進行精確地面測量。因此，發達國家都將高精度的地面測量作為重要保密內容并禁止外國人進行精確測量[22]。手持GPS、具有精確測量定位功能的可穿戴設備，一旦為基于軍事目的的外國人用于“來華非法測繪”，獲取我國重要地理信息并實時傳輸境外，將直接危害國家安全。
隨著無人機設備越來越小型化和價格更加低廉，無人機開始在大地測量、航空攝影、農業遙感、應急救災等專業領域大顯身手。很多使用者在不具備測繪資質且未申請臨時空域的情況下，有意無意地進行測繪活動，涉嫌非法測繪。《中華人民共和國測繪法》[23]明確規定，使用測繪型無人機必須取得相關資質，每次使用起飛前，必須進行審批、報告，向空管部門和測繪主管部門報告飛行區域、高度、經緯度。如果非法使用無人機測繪涉及到國家秘密泄露，還會受到保密等相關部門的依法懲處。
涉密測繪成果監管手段單一
針對涉密測繪成果監管，我國相繼出臺了《測繪地理信息管理工作國家秘密范圍的規定》、《基礎地理信息公開表示內容的規定》(試行)、《公開地圖內容表示若干規定》、《公開地圖內容表示補充規定》(試行)、《遙感影像公開使用管理規定》(試行)和《對外提供我國涉密測繪成果審批程序規定》等[24-28]有關地理信息安全保密的法律法規[29]。這一類法律法規主要明確了哪些地理信息是涉密或不能公開的，屬于事前監管[30]，手段較為單一。
隨著地理信息行業的大發展大繁榮，現有的事前監管手段存在測繪成果秘密范圍過寬、秘密等級過高等阻礙地理數據共享利用的弊端。因此，亟需采取多種手段進行全流程、動態、統籌的監管，在維護國家地理信息安全的同時，促進地理信息服務和應用產業健康發展。
地理信息系統網絡安全防護力量薄弱
地理信息系統[31](Geographic Information System ，GIS)的網絡安全防護主要包括網絡安全產品與服務、等級保護體系建設和安全運維管理等方面。目前，地理信息系統網絡安全防護力量較為薄弱，主要表現在缺乏針對地理信息系統的專用網絡安全規劃，人力、財力支持程度不足，未建立基于密碼的安全保護體系，過度依賴網絡安全設備和系統，安全運維功能單一等。
《中華人民共和國網絡安全法》[32]規定，國家對公共通信和信息服務、能源、交通、水利、金融、公共服務、電子政務等重要行業和領域，以及其他一旦遭到破壞、喪失功能或者數據泄露，可能嚴重危害國家安全、國計民生、公共利益的關鍵信息基礎設施，必須在網絡安全等級保護制度的基礎上，實行重點保護。地理信息系統建設單位應加強專用網絡安全規劃，加大人力、財力投入力度，建立起基于密碼的地理信息安全保護體系。同時，應高度重視地理信息服務安全運維工作，建立高效、科學的安全運維管理體系，形成一體化安全運維和管理機制。
結 語
地理信息已經滲透到國家重大決策、航空航天、外交斗爭、導航定位、國土規劃、公安指揮、資源管理、交通物流、環境監測、防災減災等生產生活和社會管理的方方方面，對于維護國土安全、空間安全、海洋權益，推動國防事業發展具有十分重要的意義。作為國家安全的重要組成部分，地理信息安全與保密比以往任何時候都顯得更加重要，需要引起人們的高度重視。
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