區塊鏈技術原理及基于區塊鏈技術的知識產權服務淺析

◎ 劉偉　藺宏宇（廣州產權交易所,廣州510600）

區塊鏈技術原理及基于區塊鏈技術的知識產權服務淺析

◎ 劉偉藺宏宇（廣州產權交易所,廣州510600）

1　區塊鏈原理簡述

1.1區塊鏈的定義和特點

區塊鏈是一種共享分布數據庫，按照時間順序將數據區塊以鏈條的方式組合成特定的數據結構，并以密碼學方式保證其不可篡改和不可偽造的去中心化、去信任的共享總賬，可以安全存儲簡單的、有先后關系的、能在系統中自我驗證的數據，是一種集體維護的，全新的去中心化基礎架構與分布式計算范式。

其與傳統數據庫的區別在于，傳統數據庫為四種操作——CURD，C代表創建，U代表更新，R代表存儲，D代表刪除，而區塊鏈分布式數據庫放棄了U（更新）和D（刪除）的操作，以換取“無法篡改”和“歷史追溯”兩個特點。

（1） 區塊鏈的去中心化。區塊鏈的去中心化體現在區塊鏈由眾多節點組成一個端到端的網絡，去存在中心化設備和管理的機構，系統中任何節點的退出都不會影響整個數據庫的穩定性，不會出現中心化節點經常遇到的“單點故障”問題。

（2） 區塊鏈安全性。區塊鏈安全性體現在基于密碼學的安全通信和共識機制，對單個甚至多個節點內數據的修改無法影響到整個數據庫，除非能控制超過51%的節點同時修改，因此數據庫內數據被篡改的幾率變得極低。

（3）區塊鏈的公開透明。區塊鏈的公開透明體現在區塊鏈的所有數據信息是公開的，信息數據會以廣播的形式擴散到鄰近的節點，鄰近節點繼續擴散，讓所有節點可見，任何個體都可以通過P2P網絡來使用這個數據庫。

區塊鏈作為一個開放共識的數據庫，每個節點都會獲得一份完整的數據庫拷貝，節點間基于一套共識機制共同維護全部數據，通過全網共識來替代中心化信任機制。

1.2區塊鏈的基礎技術

區塊鏈主要運用了四項基礎技術，分別為哈希加密算法、數字簽名、P2P網絡和共識機制。

（1）哈希算法(hash)：其本質就是將任意長度的二進制值（數據）映射到固定長度較小的二進制值（數據），通常原數據的長度比hash后的數據量大，這種映射的關系稱為哈希函數或散列函數。即：Addr=H（key）；其中：H為哈希函數。

哈希加密算法的特點是相同的數據輸入將得到相同的結果，輸入的數據只要稍有變化就會得到一個無法事先預知的結果。

（2）數字簽名是基于橢圓曲線加密技術的公私鑰來實現的。其一，公私鑰是非對稱加密技術，公鑰和私鑰不同，但是通過私鑰可以生成公鑰；其二，公鑰加密需要通過對應的私鑰才能解密，反之亦然。通過對傳輸數據進行摘要操作，使用哈希算法，抽取出數據中部分內容作為摘要數據，通過私鑰加密，作為數字簽名附在數據傳輸中發送給接受方。接受方接收到文件后，對數據進行同樣的哈希操作，得到摘要數據，再用公鑰進行解密，得到同樣的摘要數據，則說明數據傳輸是可信的。

（3）P2P網絡分為有結構和無結構兩種。有結構的P2P網絡利用一致性哈希表構建每個節點的路由點，無結構的P2P網絡節點之間靠廣播的方式，發送信息給附近的節點，附近的節點再詢問其附近的節點，以此迭代。

（4）共識機制是區塊鏈為了使得所存儲信息的準確性與一致性設計的一套機制，機制的設計主要由業務與性能的需求決定的。共識問題即拜占庭將軍問題的解決方案，中心節點或集權情況下，意見相對容易統一，如果讓分布式網絡中每個節點的意見都獨立存在，互相達成共識是一件困難的事情，達成共識越分散則效率越低，但滿意度越高。反之，達成共識越集中則效率越高，但滿意度會隨之降低。

電子貨幣依賴節點計算能力的工作證明作為共識機制來保證區塊鏈電子貨幣網絡分布記賬的一致性，依據解決一個數學難題來證明自己的工作量，通過暴力破解對一個數字串進行兩次SHA256運算，得到的值要求小于一個指定值。然而并非所有的區塊鏈項目都采用工作量證明這種共識機制，權益證明和股份授權證明機制等就不需要工作量證明機制。共識機制不斷創新確保區塊鏈在不同的領域實現應用。

1.3區塊鏈的數據結構

區塊由區塊頭和區塊體構成。區塊頭封裝版本號、前一區塊地址、當前區塊的目標哈希值、工作量證明等共識機制的隨機數、時間戳和Merkle根。信息數據記錄在區塊體中，通過Merkle樹的哈希過程生成Merkle根記錄在表頭（如圖1所示）。

區塊鏈由海量的區塊構成，每個區塊可以單獨看成一個賬單，通過地址鏈接，形成一個共享總賬。區塊中包含詳細的信息數據，并將區塊廣播到全網的所有節點，通過電子簽名加密和共識機制獲得全網的驗證。如果所有節點對應的加密信息一致，則認為是有效數據，全網驗證通過后，該區塊就將并入到歷史鏈中，并且備份到全網的各個賬本上。

1.4區塊鏈的基礎架構

區塊鏈的基礎架構包括數據層、網絡層、共識層、激勵層、合約層和應用層（如圖2所示）。底層技術的環環相扣使得區塊鏈實現了去中心化、安全可信的優點。

區塊鏈技術要求活動記賬權節點必須加蓋時間戳，記錄區塊數據寫入時間，時間戳從時間維度上定義了區塊鏈，為區塊鏈應用于知識產權注冊、公正等時間敏感的領域奠定了基礎。同時哈希函數保證了數據的保密性，區塊鏈不直接保存原始數據和記錄，而是通過哈希函數對數據進行加密，并且加密過程是不可逆的。

1.5區塊鏈的意義

區塊鏈的意義在于解決了拜占庭將軍問題，即在整個網絡中的任意節點都無法信任與之通信的對方時，創建共識機制來進行安全的信息交互而無需擔心數據被篡改。在應用層面上，傳統數據庫縱向擴展是通過增加內存、存儲和CPU，來增強單臺機器的性能，這種擴展會遇到吞吐量瓶頸等問題，例如春節網絡購票或淘寶網雙十一在海量交易信息出現時，會出現交易系統崩潰現象。而基于區塊鏈的分布式數據庫通過橫向擴展，提升了吞吐量和計算效率，創建了信任機制，促進了價值流動。如果說基于TCP/IP的第一代互聯網傳遞的是數據和信息，那么區塊鏈技術就是通過共識機制來記錄和傳遞所有權和價值。

2　基于區塊鏈技術的知識產權服務理論思考

中國現在正處于由傳統的粗放型制造向精細化創造的過程中轉型，國家構建知識產權強國的戰略對知識產權服務提出了更高的要求。目前我國的知識產權服務業發展緩慢，同時知識產權受到“互聯網+”的影響，風險與機遇并存。

2.1知識產權的獨占性更難實現

知識產權的確權決定了知識產權的獨占性，即法律嚴格保護知識產權所有人對知識產權的壟斷。但在如今的互聯網時代，知識產權獨占性的實現難度加大了。國際知識產權立法、權利保護期限的不同以及信息跨國高效流轉傳輸的特點、網絡環境知識產權載體的無形性，都給知識產權所有權、使用權、收益權的保護帶來困難。在共享經濟范疇，數據信息在網絡變成公開、無償的資訊，而且信息在傳播過程中不依賴物理載體，導致知識產權不能被權利人有效控制。

2.2知識產權的無形性更加明顯

知識產權的主體是發明人，客體是智力成果。傳統知識產權的載體是具有物理屬性的，在知識產權的確權、授權、維權、轉移、保護等諸多環節中，物理載體的存在發揮了一定作用。但在互聯網時代，知識產權的載體多以數據信息存在。如果說知識產權客體的無形性已經給知識產權侵權的認定與保護帶來了較之有形財產權復雜得多的問題，那么在網絡時代，這些資源的無形性和不確定性更增加了知識產權保護的難度。

2.3知識產權的區域性更易沖擊

傳統知識產權保護具有明顯的地域性，知識產權在空間上的效力不是無限的，它只在被依法確認的國家或地區受該地域法律的保護，如果需要某國或某幾個國家對其知識產權進行保護，必須按這些國家的法律去申請。但網絡空間的“無國界性”給傳統知識產權的“地域性”造成巨大沖擊。在網絡空間，智力成果可以極快的速度在全球范圍內傳播，國與國之間的界限被模糊和淡化，智力成果更容易被不同法律環境中的主體所接受和使用。網絡空間知識產權對地域性的這種超越，導致了網絡空間的侵權行為難以確定，執法主體難以明確。

知識產權與區塊鏈技術的結合對推動知識產權保護發揮著積極的作用，區塊鏈技術的引入可極大的提升知識產權服務業運行效率，從確權、用權、維權三個環節解決產業鏈冗長繁雜的問題。

貼士

拜占庭將軍問題是一個協議問題，拜占庭帝國軍隊的將軍們必須全體一致的決定是否攻擊某一支敵軍。問題是這些將軍在地理上是分隔開來的，并且將軍中存在叛徒。叛徒可以任意行動以達到以下目標：欺騙某些將軍采取進攻行動；促成一個不是所有將軍都同意的決定，如當將軍們不希望進攻時促成進攻行動；或者迷惑某些將軍，使他們無法做出決定。如果叛徒達到了這些目的之一，則任何攻擊行動的結果都是注定要失敗的，只有完全達成一致的努力才能獲得勝利。這是由萊斯利·蘭伯特提出的點對點通信中的基本問題。含義是在存在消息丟失的不可靠信道上試圖通過消息傳遞的方式達到一致性是不可能的。因此對一致性的研究一般假設信道是可靠的，或不存在本問題。

（1）區塊鏈的哈希算法和時間戳解決知識產權無形性風險

對于鑒證服務，區塊鏈技術的兩個重要功能：哈希算法和安全時間戳。哈希算法針對任意內容的文件進行加密，運算結果會根據內容生成一段字符串，而這段字符串不能反向推出原來的內容。哈希散列非常短，足夠放在區塊鏈交易的文本內，因此當交易發生時可以把它作為一個安全時間戳作為交易證明。通過將加密的哈希作為一種資產的驗證和認證的形式來使用。區塊鏈哈希將會成為整個社會運作中一個非常重要的功能，使用區塊鏈能夠證明在特定時間內，任何文件或其他數字資產的確定內容。區塊鏈鑒證通常包括文件歸檔、存儲和注冊等各類相關公證服務和知識產權保護服務。

（2）區塊鏈的存在性證明解決知識產權獨占性問題

通過網絡服務，用哈希來為知識產權完成權益人證明，區塊鏈能夠被用來證明某個文件或某樣數字資產在某個特定時間的已存在內容。以一種不可改變的方式提供了時間戳數據,并且同時確保了文件內容信息不被泄漏。這種鑒證服務可以鑒證任何文件和數字資產。

（3）區塊鏈的全球性共享解決知識產權區域性限制

區塊鏈作為一個永久、公開、無法篡改的全球分布式數據庫，交易一旦寫入區塊鏈，將永遠保存于數據庫中，這個特性對公證、知識產權保護是個新穎的解決方案。

3　基于區塊鏈技術的知識產權服務實踐探討

3.1知識產權申請變更登記管理

知識產權的申請變更登記是知識產權確權的基本保障，因此申請變更登記管理就變得極為重要。其發揮著向社會展示權屬人公示作用，讓潛在交易主體了解特定的權屬狀態，通過申請變更登記權利正確性推定效力維護收益的安全性同時也記錄著權益的轉移。區塊鏈獨特的身份賬戶體系，記錄的知識產權信息作為申請變更登記的電子憑證，充分利用區塊鏈技術的安全透明，不可篡改，易于跟蹤等特點，記錄知識產權及其變更歷史。

3.2知識產權交易流通

知識產權的交易流通是促進知識產權運營的重要環節，能夠激發市場的活躍度，促使更多版權作品和專利技術的創作和開發。現階段主流的知識產權尤其是版權的收益權，由于是以中心化機制為主導，中間成本高昂，受眾群體少，盜版猖獗，權益人收益降低。區塊鏈技術的去中心化機制，會大幅度降低交易成本，減少中間環節，增加受眾群體，提高權益人的收益，推動了知識產權的交易。

3.3知識產權服務平臺與數據共享

知識產權的交易轉化不是由一個或少數幾個統一的平臺來完成的，而是由眾多獨立運營的公司、高校、科研院所、個人共同完成的，因此這些交易轉化的環節分散于各家平臺。基于區塊鏈的知識產權信息平臺可以將這些零散的用戶和信息匯集起來，形成聯合的分布式信息交易轉化中心。

統一信息、資訊、交易平臺建設最大的危機來自于信任，由區塊鏈構建的去中心化信任和全民參與的機制，天然適合搭建一個統一的共享平臺。區塊鏈技術構建的信任，不以個體的意志為轉移，彼此之間在無信任的前提下，依然能夠保障系統和業務的正常運作。每個用戶都成為區塊鏈統一平臺的一個節點，擁有各自的公鑰和私鑰，共同參與信息的驗證和記錄。

3.4知識產權服務智能合約

對涉及知識產權服務的不同主體共同簽署一個知識產權服務合約，約定各方的責任與義務。合約以智能合約的形式存入區塊鏈中，由區塊鏈技術確保合約在履行中不得篡改。

3.5系統實現架構

區塊鏈知識產權服務平臺可以由三層架構構成。底層為區塊鏈網絡，構建一個去中心化、去信任的共享參與分布式總賬；中間層通過業務邏輯與區塊鏈共識機制構建，建立賬戶中心、知識產權登記、知識產權展示、知識產權交易等通過智能合約實現知識產權服務功能；最上層為各個知識產權參與主體提供的業務服務(如圖3所示)。