面向OpenDRIVE格式高精地图的DNA动态加密算法

张明旺; 张黎明; 闫浩文; 谭涛; 汪磊; 刘帅康

doi:10.13203/j.whugis20240304

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面向OpenDRIVE格式高精地图的DNA动态加密算法

地图制图学与地理信息工程 | 更新时间：2026-11-05

- 面向OpenDRIVE格式高精地图的DNA动态加密算法
- A DNA Dynamic Encryption Algorithm for High-Definition Maps of OpenDRIVE
- 武汉大学学报（信息科学版） 2026年51卷第6期页码：1263-1272
- 作者机构：
  
  1.兰州交通大学测绘与地理信息学院，甘肃兰州，730070
  2.地理国情监测技术应用国家地方联合工程研究中心，甘肃兰州，730070
  3.甘肃省测绘科学与技术重点实验室，甘肃兰州，730070
- 作者简介：
  
  张明旺，博士生，研究方向为地理信息安全。18809366269@163.com
  张黎明，博士，教授。zlm@lzjtu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(42271430;41761080);甘肃省高等学校科研项目(2026CYZC-036);甘肃省知识产权计划项目(25ZSCQG042)
- DOI：10.13203/j.whugis20240304
  中图分类号： P208
- 收稿：2025-05-29，
  
  纸质出版：2026-06-05
- 稿件说明：
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张明旺,张黎明,闫浩文，等.面向OpenDRIVE格式高精地图的DNA动态加密算法[J].武汉大学学报（信息科学版）,2026,51(6):1263-1272.

ZHANG Mingwang,ZHANG Liming,YAN Haowen,et al.A DNA Dynamic Encryption Algorithm for High-Definition Maps of OpenDRIVE[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2026,51(6):1263-1272.
张明旺,张黎明,闫浩文，等.面向OpenDRIVE格式高精地图的DNA动态加密算法[J].武汉大学学报（信息科学版）,2026,51(6):1263-1272. DOI：10.13203/j.whugis20240304

ZHANG Mingwang,ZHANG Liming,YAN Haowen,et al.A DNA Dynamic Encryption Algorithm for High-Definition Maps of OpenDRIVE[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2026,51(6):1263-1272. DOI：10.13203/j.whugis20240304

摘要

针对高精地图在存储、传输中的安全问题，基于脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid

DNA）编码，提出了一种面向OpenDRIVE格式高精地图的动态加密算法，该算法包括置乱和扩散两部分。首先，应用混沌系统产生随机序列，通过该序列将DNA碱基组合与高精地图中的参数化三次曲线建立映射，再应用碱基互补规则对曲线参数进行置乱；然后，扩散曲线参数，通过对DNA碱基编码，由随机序列建立各曲线与编码方案的映射，并对曲线参数进行二进制下的碱基编码；最后，按照映射的编码方案进行DNA加法运算，将运算结果转化为十进制得到密文数据。实验结果验证了所提算法可以实现选择性加解密，平均加密效率为2.654 MB/s，平均解密效率为2.588 9 MB/s。加密算法的信息熵随数据量增大而增大，实验数据的最大信息熵达到29 101，且能抵抗裁剪攻击，可用于智能网联汽车高精地图的安全存储和传输。

Abstract

Objectives

High-definition (HD) maps are essential infrastructure for autonomous driving

characterized by high collection costs

significant economic value

and containing a substantial amount of sensitive geographic and road information. Ensuring their security and privacy protection has become an urgent priority. As the foundation of data security

encryption technology can provide the technical support necessary for the secure storage and transmission of HD maps. To address the security protection issues of HD maps during storage and transmission

a dynamic encryption algorithm for high-definition maps in OpenDRIVE format was proposed based on the data characteristics of HD maps and deoxyribonucleic acid (DNA) dynamic coding.

Methods

The algorithm consists of two main components: scrambling and diffusion. During the scrambling process

a random sequence is first generated using the SHA-512 hash algorithm in conjunction with a two-dimensional chaotic system. Next

the parameterized cubic curves representing elevation

superelevation

and lanes in the HD map are mapped to corresponding base combinations using this random sequence. The parameters within the curves are then scrambled according to the principle of base complementarity. In the diffusion operation

the DNA bases are first encoded

and a stable index relationship between each curve and the encoding scheme is established through a random sequence. Second

the parameters of the curve are base-encoded in binary. Third

the DNA addition operation is performed according to the index encoding scheme. Finally

the operation result is converted into decimal to obtain the ciphertext data.

Results

The experiment demonstrates that the algorithm provides high security

with a large key space and strong key sensitivity. The encryption algorithm demonstrates effective performance

enabling selective encryption and decryption. Additionally

in the event of cropping attacks on the HD map

the unaffected portions of the data can still be successfully decrypted.

Conclusions

The algorithm is suitable for the secure storage and transmission of HD maps in intelligent connected vehicles. Its selective encryption and decryption capabilities make it adaptable to various application scenarios

offering strong practicality.

关键词

Keywords

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