一種基于區(qū)塊鏈的自媒體版權(quán)管理方案

李 銘，沈蘇彬

(1.南京郵電大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，江蘇 南京 210046；2.南京郵電大學(xué) 通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)國(guó)家工程研究中心，江蘇 南京 210046)

0 引 言

自媒體是指私人化、自主性的新媒體的總稱，以電子化的手段向群體或個(gè)人傳遞信息，具有傳播速度快、信息來(lái)源廣泛等特點(diǎn)[1]。隨著自媒體的快速發(fā)展，導(dǎo)致侵權(quán)事件頻發(fā)，受到維權(quán)的成本等因素的制約，許多自媒體人難以采取有效的追究措施。版權(quán)是對(duì)權(quán)利人所創(chuàng)作的具有原創(chuàng)性作品的法律保護(hù)，數(shù)字版權(quán)可以給自媒體人提供一種有效的保護(hù)措施。傳統(tǒng)的數(shù)字版權(quán)管理方案普遍采用中心化的管理模式，在當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下自媒體作品的版權(quán)登記面臨的問(wèn)題如下：一方面，版權(quán)登記需要的周期較長(zhǎng)，登記的流程較為復(fù)雜，打擊了自媒體人的確權(quán)積極性；另一方面，中心化的管理模式存在信任問(wèn)題[2]。

隨著比特幣[3]的出現(xiàn)，區(qū)塊鏈技術(shù)引起了研究者的關(guān)注。區(qū)塊鏈作為存儲(chǔ)比特幣系統(tǒng)中交易記錄的公共賬本[4]，該賬本由網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)共同維護(hù)且不可篡改。Vitalik Buterin提出了以太坊區(qū)塊鏈平臺(tái)[5]，第一次將智能合約應(yīng)用于區(qū)塊鏈，智能合約是指運(yùn)行在區(qū)塊鏈上的根據(jù)預(yù)設(shè)條件自動(dòng)執(zhí)行的一段程序化規(guī)則和邏輯[6]。隨著研究人員對(duì)區(qū)塊鏈相關(guān)研究的深入，區(qū)塊鏈的應(yīng)用不僅局限于數(shù)字貨幣領(lǐng)域，而且應(yīng)用到物聯(lián)網(wǎng)、供應(yīng)鏈、存證、醫(yī)療等多個(gè)非數(shù)字貨幣領(lǐng)域[7]。

為了解決傳統(tǒng)數(shù)字版權(quán)管理采用中心化模式存在的信任問(wèn)題，該文利用區(qū)塊鏈的去中心化、防篡改、可追溯等技術(shù)特點(diǎn)，將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于自媒體作品的數(shù)字版權(quán)管理，設(shè)計(jì)了一種去中心化模式下的自媒體版權(quán)管理方案。該方案在版權(quán)登記、版權(quán)驗(yàn)證這兩個(gè)方面進(jìn)行研究，將版權(quán)管理過(guò)程中涉及到信任管理的關(guān)鍵信息存儲(chǔ)到區(qū)塊鏈，實(shí)現(xiàn)版權(quán)登記和版權(quán)查詢的可信管理。同時(shí)，基于以太坊平臺(tái)進(jìn)行了仿真實(shí)現(xiàn)與測(cè)試，驗(yàn)證了該方案具有可行性。該方案的應(yīng)用價(jià)值如下：其一，方便版權(quán)的登記。設(shè)計(jì)了版權(quán)登記的流程及驗(yàn)證過(guò)程，提高了版權(quán)登記的效率。用戶將自媒體作品等版權(quán)登記信息存儲(chǔ)到區(qū)塊鏈，區(qū)塊鏈不可篡改的特性保證了數(shù)據(jù)的真實(shí)性，為版權(quán)糾紛提供可靠的證據(jù)。其二，方便版權(quán)的驗(yàn)證。設(shè)計(jì)了版權(quán)查詢的流程及驗(yàn)證過(guò)程，提高了版權(quán)查詢的效率。用戶通過(guò)版權(quán)登記編號(hào)來(lái)查詢版權(quán)登記信息進(jìn)行驗(yàn)證，確保這條版權(quán)登記信息的唯一性，為自媒體作品的版權(quán)提供了保護(hù)。

1 相關(guān)工作

Mediachain[8]基于區(qū)塊鏈技術(shù)允許創(chuàng)作者將自己的身份與作品關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)行商和創(chuàng)作者的版權(quán)保護(hù)。原本區(qū)塊鏈[9]為原創(chuàng)作品提供認(rèn)證、版權(quán)保護(hù)服務(wù)，生成唯一的版權(quán)標(biāo)識(shí)存儲(chǔ)到區(qū)塊鏈。文獻(xiàn)[10]對(duì)基于區(qū)塊鏈的版權(quán)保護(hù)技術(shù)進(jìn)行了分析，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于區(qū)塊鏈的版權(quán)保護(hù)的原型系統(tǒng)，關(guān)注于原型系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。文獻(xiàn)[11]對(duì)傳統(tǒng)的數(shù)字版權(quán)管理平臺(tái)進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于區(qū)塊鏈的數(shù)字版權(quán)管理系統(tǒng)，關(guān)注于系統(tǒng)功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。文獻(xiàn)[12]針對(duì)校園版權(quán)業(yè)務(wù)的需求，設(shè)計(jì)了一種基于區(qū)塊鏈的校園版權(quán)管理平臺(tái)，關(guān)注于平臺(tái)功能的設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)[13]提出了一種基于區(qū)塊鏈的數(shù)字版權(quán)管理方案，保證版權(quán)交易記錄的不可篡改，關(guān)注于版權(quán)交易的設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)[14]設(shè)計(jì)了一個(gè)基于區(qū)塊鏈的數(shù)字版權(quán)交易系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了版權(quán)注冊(cè)和版權(quán)交易的功能，關(guān)注于版權(quán)交易的設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)[15]提出了一種基于區(qū)塊鏈的數(shù)字版權(quán)DCI管控模型，通過(guò)創(chuàng)建交易、構(gòu)造區(qū)塊、區(qū)塊的鏈接等步驟實(shí)現(xiàn)了數(shù)字作品區(qū)塊鏈的交易信息存儲(chǔ)機(jī)制，使用了工作量證明的共識(shí)機(jī)制，從而保證了版權(quán)信息的不可篡改。

上述基于區(qū)塊鏈的版權(quán)管理的研究都取得了一定的進(jìn)展，但是仍存在一些問(wèn)題。對(duì)于如何使用區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)去中心化的數(shù)字版權(quán)管理方案，缺乏系統(tǒng)性的研究以及具體的設(shè)計(jì)。第2章中分析了基于區(qū)塊鏈的版權(quán)管理的研究中存在的技術(shù)問(wèn)題。第3章中針對(duì)這些技術(shù)問(wèn)題，從版權(quán)管理的應(yīng)用需求考慮，提出了一種基于區(qū)塊鏈的自媒體版權(quán)管理方案。

2 基于區(qū)塊鏈的版權(quán)管理的研究

基于區(qū)塊鏈的版權(quán)管理的研究中，根據(jù)應(yīng)用需求梳理出了存在的技術(shù)問(wèn)題。其一，版權(quán)登記信息和版權(quán)查詢信息的可信標(biāo)識(shí)；其二，版權(quán)管理相關(guān)信任操作的數(shù)據(jù)定義及交互；其三，版權(quán)登記和版權(quán)查詢的流程及真實(shí)性驗(yàn)證。

針對(duì)第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題：在去中心化模式下，如何保證版權(quán)登記信息和版權(quán)查詢信息的可信標(biāo)識(shí)。去中心化模式下參與方節(jié)點(diǎn)之間失去了信任，為了保證版權(quán)管理的操作是可信的，需要確保參與方身份的真實(shí)性。比特幣系統(tǒng)采用公有鏈，允許任何參與方接入。根據(jù)版權(quán)管理的應(yīng)用需求采用私有鏈，參與方的加入需要獲得許可，避免偽造參與方身份的情況。在沒(méi)有第三方的情況下，使用非對(duì)稱加密算法和數(shù)字簽名技術(shù)實(shí)現(xiàn)參與方的身份標(biāo)識(shí)及驗(yàn)證。使用公鑰生成賬戶地址作為參與方在網(wǎng)絡(luò)中的身份標(biāo)識(shí)，各個(gè)參與方存儲(chǔ)所有參與方的身份標(biāo)識(shí)與其公鑰的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)參與方在網(wǎng)絡(luò)中的身份標(biāo)識(shí)進(jìn)行通信。為了保證網(wǎng)絡(luò)中版權(quán)信息的真實(shí)性，將版權(quán)登記信息、版權(quán)查詢信息與參與方的身份進(jìn)行綁定，實(shí)現(xiàn)版權(quán)登記信息和版權(quán)查詢信息的可信標(biāo)識(shí)。在3.1節(jié)中描述了基于區(qū)塊鏈的版權(quán)管理中參與方的設(shè)計(jì)。

針對(duì)第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題：在去中心化模式下，如何完成版權(quán)管理相關(guān)信任操作的數(shù)據(jù)定義及交互。區(qū)塊鏈存儲(chǔ)的版權(quán)信息需要參與節(jié)點(diǎn)共同維護(hù)，版權(quán)信息是由版權(quán)登記信息、版權(quán)查詢信息對(duì)應(yīng)的操作決定的，將版權(quán)登記和版權(quán)查詢作為信任操作。首先，定義版權(quán)信息的結(jié)構(gòu)。然后，根據(jù)應(yīng)用需求將交易定義為版權(quán)登記交易、版權(quán)查詢交易。版權(quán)管理的區(qū)塊結(jié)構(gòu)，包括版權(quán)登記交易所在區(qū)塊的結(jié)構(gòu)、版權(quán)查詢交易所在區(qū)塊的結(jié)構(gòu)。版權(quán)管理的區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)中審核方維護(hù)一條登記交易鏈，查詢者維護(hù)一條查詢交易鏈，描述參與方通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與區(qū)塊鏈進(jìn)行交互的過(guò)程。在3.2節(jié)中描述了基于區(qū)塊鏈的版權(quán)管理中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，包括：版權(quán)管理的區(qū)塊結(jié)構(gòu)、版權(quán)管理的區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)。

針對(duì)第三個(gè)技術(shù)問(wèn)題：在去中心化模式下，如何完成版權(quán)登記和版權(quán)查詢的流程及真實(shí)性驗(yàn)證。為了保證版權(quán)管理涉及的版權(quán)登記、版權(quán)查詢這兩個(gè)操作是可信的，在數(shù)據(jù)上鏈前需要對(duì)版權(quán)登記和版權(quán)查詢的真實(shí)性驗(yàn)證進(jìn)行研究。版權(quán)管理的流程設(shè)計(jì)，包括版權(quán)登記的流程、版權(quán)查詢的流程。版權(quán)登記交易的真實(shí)性驗(yàn)證，包括驗(yàn)證登記者的身份、驗(yàn)證版權(quán)登記信息、驗(yàn)證審核方的身份、驗(yàn)證審核后的版權(quán)登記交易。版權(quán)查詢交易的真實(shí)性驗(yàn)證，包括驗(yàn)證查詢者的身份、驗(yàn)證版權(quán)查詢交易。在3.3節(jié)中描述了基于區(qū)塊鏈的版權(quán)管理中流程及驗(yàn)證過(guò)程的設(shè)計(jì)，包括：版權(quán)登記的流程及驗(yàn)證過(guò)程、版權(quán)查詢的流程及驗(yàn)證過(guò)程。

3 基于區(qū)塊鏈的版權(quán)管理方案的設(shè)計(jì)

針對(duì)數(shù)字版權(quán)管理的中心化的管理模式中存在的信任問(wèn)題，將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于自媒體版權(quán)管理，設(shè)計(jì)了一種基于區(qū)塊鏈的版權(quán)管理方案。本章分別描述了版權(quán)管理的參與方、版權(quán)管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、版權(quán)管理的流程及驗(yàn)證過(guò)程。

3.1 版權(quán)管理的參與方

根據(jù)傳統(tǒng)的數(shù)字版權(quán)管理以及基于區(qū)塊鏈的數(shù)字版權(quán)管理的研究，完成了方案參與方的劃分，包括登記者、審核方和查詢者。登記者是指對(duì)版權(quán)信息進(jìn)行登記的用戶，發(fā)送版權(quán)登記信息到區(qū)塊鏈的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中，接受審核方的驗(yàn)證。審核方是指對(duì)版權(quán)登記信息進(jìn)行審核的用戶，在網(wǎng)絡(luò)中收集并驗(yàn)證版權(quán)登記信息，審核通過(guò)后將版權(quán)登記信息作為交易打包到區(qū)塊并發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中，接受其他參與方的驗(yàn)證。若該區(qū)塊被其他參與方驗(yàn)證通過(guò)，則表示網(wǎng)絡(luò)中對(duì)該區(qū)塊中的交易達(dá)成了共識(shí)，交易信息表示版權(quán)登記信息，代表版權(quán)登記的操作完成。查詢者是指對(duì)版權(quán)登記信息進(jìn)行查詢的用戶，在網(wǎng)絡(luò)中收集對(duì)應(yīng)的版權(quán)登記信息，版權(quán)查詢信息作為交易打包到區(qū)塊并發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中，接受其他參與方的驗(yàn)證。若該區(qū)塊被其他參與方驗(yàn)證通過(guò)，則表示網(wǎng)絡(luò)中對(duì)該區(qū)塊中的交易達(dá)成了共識(shí)，交易信息表示版權(quán)查詢信息，代表版權(quán)查詢的操作完成。

在沒(méi)有第三方的情況下，使用非對(duì)稱加密算法和數(shù)字簽名技術(shù)實(shí)現(xiàn)參與方的身份標(biāo)識(shí)及驗(yàn)證。每個(gè)參與方生成一對(duì)公私鑰并加入?yún)^(qū)塊鏈的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，使用公鑰生成賬戶地址作為參與方在網(wǎng)絡(luò)中的身份標(biāo)識(shí)，私鑰保存在本地用于數(shù)字簽名，公鑰對(duì)外公開用于驗(yàn)證數(shù)字簽名。由于公鑰表示位數(shù)過(guò)長(zhǎng)，不適合直接使用公鑰在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，因此各個(gè)參與方都存儲(chǔ)所有參與方的身份標(biāo)識(shí)與其公鑰的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)參與方在網(wǎng)絡(luò)中的身份標(biāo)識(shí)進(jìn)行通信。

將參與方的身份與版權(quán)登記信息進(jìn)行綁定，對(duì)版權(quán)登記信息進(jìn)行可信標(biāo)識(shí)。登記者使用哈希算法對(duì)reg_info進(jìn)行計(jì)算得到數(shù)字摘要Dreg，使用私鑰SKreg對(duì)Dreg進(jìn)行數(shù)字簽名，生成版權(quán)登記信息的唯一標(biāo)識(shí)Signreg，如公式2所示。其他參與方使用公鑰PKreg驗(yàn)證該登記者的身份。其中SKreg表示該登記者的私鑰、reg_info表示版權(quán)登記信息、PKreg表示該登記者的公鑰。

Dreg= Hash(reg_info)

(1)

Signreg= SignSKreg(Dreg)

(2)

將參與方的身份與版權(quán)查詢信息進(jìn)行綁定，對(duì)版權(quán)查詢信息進(jìn)行可信標(biāo)識(shí)。查詢者使用哈希算法對(duì)que_info進(jìn)行計(jì)算得到數(shù)字摘要Dque，使用私鑰SKque對(duì)Dque進(jìn)行數(shù)字簽名，生成版權(quán)查詢信息的唯一標(biāo)識(shí)Signque，如公式4所示。其他參與方使用公鑰PKque驗(yàn)證該查詢者的身份。其中SKque表示該查詢者的私鑰、que_info表示版權(quán)查詢信息、PKque表示該查詢者的公鑰。

Dque= Hash(que_info)

(3)

Signque= SignSKque(Dque)

(4)

3.2 版權(quán)管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

3.2.1 版權(quán)管理的區(qū)塊結(jié)構(gòu)

版權(quán)信息的結(jié)構(gòu)，包括作品的版權(quán)編號(hào)id、作品的作者author、作品名name、作品文件的哈希值fileHash、發(fā)布的時(shí)間戳timestamp、參與方的身份標(biāo)識(shí)owner、參與方的數(shù)字簽名sign。參考了比特幣中區(qū)塊結(jié)構(gòu)，每個(gè)區(qū)塊的結(jié)構(gòu)包含區(qū)塊頭和區(qū)塊體。區(qū)塊頭中包含前一個(gè)區(qū)塊的哈希值、時(shí)間戳和Merkle樹的根節(jié)點(diǎn)，其中前一個(gè)區(qū)塊的哈希值用來(lái)與前一個(gè)區(qū)塊相連，時(shí)間戳記錄區(qū)塊生成的時(shí)間，Merkle樹的根節(jié)點(diǎn)作為區(qū)塊中所有交易的唯一標(biāo)識(shí)。區(qū)塊體中存儲(chǔ)了已經(jīng)通過(guò)驗(yàn)證的交易記錄，使用Merkle樹的形式進(jìn)行存儲(chǔ)，對(duì)區(qū)塊鏈上的交易記錄進(jìn)行任何修改都會(huì)導(dǎo)致Merkle樹中根節(jié)點(diǎn)的值被改變，因此保證了數(shù)據(jù)不可被篡改。根據(jù)應(yīng)用需求將比特幣中的交易重新定義為版權(quán)登記交易和版權(quán)查詢交易。版權(quán)登記交易的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括版權(quán)信息、登記者的身份標(biāo)識(shí)、審核方的身份標(biāo)識(shí)、審核方的數(shù)字簽名。版權(quán)查詢交易的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括版權(quán)信息、查詢者的身份標(biāo)識(shí)、查詢者的數(shù)字簽名。版權(quán)管理的區(qū)塊結(jié)構(gòu)，包括版權(quán)登記交易所在區(qū)塊的結(jié)構(gòu)、版權(quán)查詢交易所在區(qū)塊的結(jié)構(gòu)，圖1表示版權(quán)管理的區(qū)塊結(jié)構(gòu)。

基于區(qū)塊鏈的自媒體版權(quán)的管理中需要對(duì)版權(quán)登記信息和版權(quán)查詢信息進(jìn)行可信管理。版權(quán)登記交易表示存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈上的版權(quán)登記信息，版權(quán)查詢交易表示存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈上的版權(quán)查詢信息。

圖1 版權(quán)管理的區(qū)塊結(jié)構(gòu)

3.2.2 版權(quán)管理的區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)

版權(quán)登記交易和版權(quán)查詢交易加入?yún)^(qū)塊并進(jìn)行數(shù)據(jù)上鏈的過(guò)程中，為了保證鏈上數(shù)據(jù)的一致性，使用了共識(shí)機(jī)制使去中心化網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間達(dá)成共識(shí)，比特幣中使用工作量證明(Proof of Work，PoW)的共識(shí)機(jī)制，該共識(shí)機(jī)制依賴于節(jié)點(diǎn)的計(jì)算資源。研究者后續(xù)提出了權(quán)益證明(Proof of Stake，PoS)[16]、授權(quán)股份證明(Delegated Proof of Stake，DPOS)[17]、實(shí)用拜占庭容錯(cuò)(Practical Byzantine Fault Tolerance，PBFT)[18]等共識(shí)機(jī)制，共識(shí)機(jī)制的選擇取決于實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景。基于區(qū)塊鏈的自媒體版權(quán)管理方案中，使用工作量證明的共識(shí)機(jī)制會(huì)造成不必要的計(jì)算資源浪費(fèi)，因此使用實(shí)用拜占庭容錯(cuò)的共識(shí)機(jī)制。

圖2 參與方與區(qū)塊鏈交互的過(guò)程

版權(quán)登記信息和版權(quán)查詢信息作為交易在網(wǎng)絡(luò)中廣播，需要接受其他參與方的驗(yàn)證。若驗(yàn)證通過(guò)，則將該筆交易加入到本地區(qū)塊中；若驗(yàn)證不通過(guò)，則不添加該筆交易。每個(gè)區(qū)塊加入到區(qū)塊鏈之前，也需要接受網(wǎng)絡(luò)中其他參與方的驗(yàn)證。版權(quán)管理的區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)中審核方維護(hù)一條登記交易鏈，查詢者維護(hù)一條查詢交易鏈，使用雙鏈結(jié)構(gòu)描述各個(gè)參與方之間與區(qū)塊鏈進(jìn)行交互的過(guò)程。版權(quán)登記和版權(quán)查詢，兩者信任管理的級(jí)別不同，圖2表示參與方與區(qū)塊鏈交互的過(guò)程。對(duì)于查詢交易，網(wǎng)絡(luò)中的其他參與方只需要驗(yàn)證查詢者身份的真實(shí)性；對(duì)于登記交易，網(wǎng)絡(luò)中的審核方需要驗(yàn)證登記者身份的真實(shí)性，其他參與方需要驗(yàn)證審核方身份的真實(shí)性。

3.3 版權(quán)管理的流程及驗(yàn)證過(guò)程

3.3.1 版權(quán)登記的流程及驗(yàn)證過(guò)程

版權(quán)登記的功能是為了將登記信息存儲(chǔ)在登記交易鏈。版權(quán)登記的流程如下：登記者發(fā)送登記信息到網(wǎng)絡(luò)中，接受審核方的驗(yàn)證；審核方從網(wǎng)絡(luò)中獲取登記信息，審核登記信息通過(guò)后構(gòu)造登記交易并廣播到網(wǎng)絡(luò)，接受其他參與方的驗(yàn)證；其他參與方從網(wǎng)絡(luò)中獲取登記交易，對(duì)該交易進(jìn)行真實(shí)性驗(yàn)證，驗(yàn)證通過(guò)后加入當(dāng)前區(qū)塊。

登記交易信息存儲(chǔ)在登記交易鏈，為了保證登記交易鏈上的登記交易是真實(shí)可信的，需要驗(yàn)證登記交易的真實(shí)性，包括以下部分：驗(yàn)證登記者的身份、驗(yàn)證版權(quán)登記信息、驗(yàn)證審核方的身份、驗(yàn)證審核后的版權(quán)登記交易。若這些驗(yàn)證都通過(guò)，則說(shuō)明這筆登記交易是真實(shí)可信的。

版權(quán)登記的驗(yàn)證過(guò)程中的符號(hào)含義，其中reg_info表示登記信息，reg_info表示登記交易，id_map表示參與方的身份標(biāo)識(shí)與其公鑰的對(duì)應(yīng)關(guān)系，reg_id表示登記者的身份標(biāo)識(shí)，PKreg表示登記者的公鑰，SKreg表示登記者的私鑰，aud_id表示審核方的身份標(biāo)識(shí)，PKaud表示審核方的公鑰，SKaud表示審核方的私鑰。數(shù)據(jù)上鏈前版權(quán)登記的驗(yàn)證過(guò)程，具體步驟如下：

步驟1：版權(quán)登記信息的可信標(biāo)識(shí)。參考3.1節(jié)，將Signreg作為版權(quán)登記信息的可信標(biāo)識(shí)。

步驟2：登記者生成審核方可驗(yàn)證的信息。登記者根據(jù)aud_id獲取id_map中對(duì)應(yīng)的PKaud，使用PKaud加密Signreg得到M1，發(fā)送M1、reg_info、reg_id到網(wǎng)絡(luò)中等待審核方的驗(yàn)證。

PKaud= id_map.get(aud_id)

(5)

M1= EncryptPKaud(Signreg)

(6)

步驟3：審核方驗(yàn)證登記者的身份。審核方接收到消息后，驗(yàn)證reg_id是否存在于id_map。若reg_id存在，則繼續(xù)執(zhí)行；若reg_id不存在，則終止流程。

{true, false} = id_map.contains(reg_id)

(7)

Signreg= DecryptSKaud(M1)

(8)

PKreg= id_map.get(reg_id)

(9)

Dreg= DecryptPKreg(Signreg)

(10)

(11)

(12)

步驟5：審核方生成其他參與方可驗(yàn)證的信息。若reg_info通過(guò)審核，則審核方根據(jù)reg_info構(gòu)造reg_tx，使用哈希算法對(duì)reg_tx進(jìn)行計(jì)算得到數(shù)字摘要Daud，使用SKaud對(duì)Daud進(jìn)行數(shù)字簽名得到Signaud，廣播Signaud、reg_tx、aud_id到網(wǎng)絡(luò)中等待其他參與方的驗(yàn)證；若reg_info不通過(guò)審核，則終止流程。

Daud= Hash(reg_tx)

(13)

Signaud= SignSKaud(Daud)

(14)

步驟6：其他參與方驗(yàn)證審核方的身份。其他參與方接收到消息后，驗(yàn)證aud_id是否存在于id_map。若aud_id，則繼續(xù)執(zhí)行；若aud_id不存在，則終止流程。

{true, false} = id_map.contains(aud_id)

(15)

PKaud= id_map.get(aud_id)

(16)

Daud= DecryptPKaud(Signaud)

(17)

(18)

(19)

分析版權(quán)登記的驗(yàn)證過(guò)程：若公式7、公式12、公式15、公式19的結(jié)果不都為真，則登記交易驗(yàn)證不通過(guò)；反之，若公式7、公式12、公式15、公式19的結(jié)果都為真，則登記交易驗(yàn)證通過(guò)。版權(quán)登記的驗(yàn)證過(guò)程可以確保鏈上存儲(chǔ)的登記交易都是真實(shí)可信的。

根據(jù)該驗(yàn)證過(guò)程，使用謂詞邏輯構(gòu)造如下命題以及推理過(guò)程。符號(hào)定義：E(x,m)表示公鑰x對(duì)信息m進(jìn)行加密，D(y,m)表示私鑰y對(duì)信息m進(jìn)行解密，K(x,y)表示x和y是非對(duì)稱加密的一對(duì)公私鑰，V(z)表示參與方z進(jìn)行身份驗(yàn)證，P(z)表示參與方z的操作是可信的。

前提：?x?yD(y,E(x,m)),?x?y(D(y,E(x,m))→

K(x,y)),?zV(z),?z(V(z)→P(z))

結(jié)論：?x?y?z(K(x,y)∧P(z))

推理過(guò)程：

(1) ?x?y(D(y,E(x,m))→K(x,y)) 前提引入

(2)D(b,E(a,m))→K(a,b) (1)全稱量詞消去

(3) ?x?yD(y,E(x,m)) 前提引入

(4)D(b,E(a,m)) (3)存在量詞消去

(5)K(a,b) (2)(4)假言推理

(6) ?z(V(z)→P(z)) 前提引入

(7)V(c)→P(c) (6)全稱量詞消去

(8) ?zV(z) 前提引入

(9)V(c) (8)全稱量詞消去

(10)P(c) (7)(9)假言推理

(11)K(a,b)∧P(c) (5)(10)合取引入

(12) ?x?y?z(K(x,y)∧P(z)) (11)全稱量詞引

入

從給定的前提條件出發(fā)，通過(guò)上述推理過(guò)程，可以證該命題的正確性。

3.3.2 版權(quán)查詢的流程及驗(yàn)證過(guò)程

版權(quán)查詢的功能是為了驗(yàn)證版權(quán)登記信息是否存儲(chǔ)在登記交易鏈，并將版權(quán)查詢信息存儲(chǔ)到查詢交易鏈。版權(quán)查詢的流程如下：查詢者構(gòu)造查詢交易廣播到網(wǎng)絡(luò)，接受其他參與方的驗(yàn)證；其他參與方從網(wǎng)絡(luò)中獲取查詢交易，對(duì)該交易進(jìn)行真實(shí)性驗(yàn)證，驗(yàn)證通過(guò)后加入當(dāng)前區(qū)塊；查詢者從網(wǎng)絡(luò)中獲取查詢的版權(quán)登記信息。

查詢交易信息存儲(chǔ)在查詢交易鏈，為了保證查詢交易鏈上的查詢交易是真實(shí)可信的，需要驗(yàn)證查詢交易的真實(shí)性，包括以下部分：驗(yàn)證查詢者的身份、驗(yàn)證版權(quán)查詢交易。若這些驗(yàn)證都通過(guò)，則說(shuō)明這筆查詢交易是真實(shí)可信的。

版權(quán)查詢的驗(yàn)證過(guò)程中的符號(hào)含義，其中que_tx表示查詢交易，id_map表示參與方的身份標(biāo)識(shí)與其公鑰的對(duì)應(yīng)關(guān)系，que_id表示查詢者的身份標(biāo)識(shí)，PKque表示查詢者的公鑰，SKque表示登記者的私鑰。數(shù)據(jù)上鏈前版權(quán)查詢的驗(yàn)證過(guò)程，具體步驟如下：

步驟1：版權(quán)查詢信息的可信標(biāo)識(shí)。參考3.1節(jié)，將Signque作為版權(quán)查詢信息的可信標(biāo)識(shí)。

步驟2：查詢者生成其他參與方可驗(yàn)證的信息。查詢者廣播Signque、que_tx、que_id到網(wǎng)絡(luò)中，等待其他參與方的驗(yàn)證。

步驟3：其他參與方驗(yàn)證查詢者的身份。其他參與方接收到消息后，驗(yàn)證que_id是否存在于id_map。若que_id存在，則繼續(xù)執(zhí)行；若que_id不存在，則終止流程。

{true, false} = id_map.contains(que_id)

(20)

PKque= id_map.get(que_id)

(21)

Dque= DecryptPKque(Signque)

(22)

(23)

(24)

分析版權(quán)查詢的驗(yàn)證過(guò)程：若公式20、公式24的結(jié)果不都為真，則查詢交易驗(yàn)證不通過(guò)；反之，若公式20、公式24的結(jié)果都為真，則查詢交易驗(yàn)證通過(guò)。版權(quán)查詢的驗(yàn)證過(guò)程可以確保鏈上存儲(chǔ)的查詢交易都是真實(shí)可信的。對(duì)于版權(quán)查詢的驗(yàn)證過(guò)程，構(gòu)造的命題以及推理過(guò)程與3.3.1節(jié)中版權(quán)登記的驗(yàn)證過(guò)程相似，同理可以證明該命題的正確性。

4 仿真實(shí)現(xiàn)與測(cè)試

根據(jù)第3章提出的基于區(qū)塊鏈的版權(quán)管理方案，基于以太坊平臺(tái)進(jìn)行仿真實(shí)現(xiàn)與測(cè)試。本章分別描述了實(shí)驗(yàn)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、測(cè)試與結(jié)果分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了該方案具有可行性。

4.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

為了驗(yàn)證所提方案的可行性，基于以太坊平臺(tái)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，以太坊是一個(gè)基于區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化應(yīng)用平臺(tái)。智能合約是以太坊平臺(tái)上運(yùn)行的程序，開發(fā)去中心化應(yīng)用需要根據(jù)業(yè)務(wù)邏輯來(lái)制定執(zhí)行規(guī)則，當(dāng)執(zhí)行條件滿足時(shí)自動(dòng)執(zhí)行對(duì)應(yīng)的邏輯。使用Ganache客戶端生成私有鏈，使用Solidity語(yǔ)言編寫版權(quán)管理的智能合約，使用Truffle框架進(jìn)行智能合約的編譯、部署和測(cè)試。實(shí)驗(yàn)使用服務(wù)器的配置如下：操作系統(tǒng)為Ubuntu16.04，處理器數(shù)量為2，內(nèi)存為2 GB，硬盤容量為40 GB。

4.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

4.2.1 版權(quán)登記函數(shù)的設(shè)計(jì)

在版權(quán)登記的流程中，驗(yàn)證登記者和審核方發(fā)出的數(shù)字簽名通過(guò)后，調(diào)用智能合約中的版權(quán)登記函數(shù)將版權(quán)登記信息存儲(chǔ)到登記交易鏈完成存證。合約中包含一個(gè)版權(quán)登記函數(shù)，該函數(shù)允許登記者將版權(quán)登記信息存儲(chǔ)到登記交易鏈，版權(quán)登記交易所在區(qū)塊的結(jié)構(gòu)中_owner表示登記者,_author表示版權(quán)的作者,_name表示版權(quán)的作品名,_fileHash表示版權(quán)的作品文件的哈希值，圖3表示版權(quán)登記函數(shù)的關(guān)鍵代碼。

圖3 版權(quán)登記函數(shù)的關(guān)鍵代碼

4.2.2 版權(quán)查詢函數(shù)的設(shè)計(jì)

在版權(quán)查詢的流程中，驗(yàn)證查詢者發(fā)出的數(shù)字簽名通過(guò)后，調(diào)用智能合約中的版權(quán)查詢函數(shù)將版權(quán)查詢信息存儲(chǔ)到查詢交易鏈完成存證。合約中包含一個(gè)版權(quán)查詢函數(shù)，該函數(shù)允許查詢者從登記交易鏈上查詢已完成的版權(quán)登記交易，并將版權(quán)查詢信息存儲(chǔ)到查詢交易鏈，版權(quán)查詢交易所在區(qū)塊的結(jié)構(gòu)中_id表示版權(quán)編號(hào)，圖4表示版權(quán)查詢函數(shù)的關(guān)鍵代碼。

圖4 版權(quán)查詢函數(shù)的關(guān)鍵代碼

4.3 測(cè)試與結(jié)果分析

首先，對(duì)合約代碼進(jìn)行編譯、部署；然后，進(jìn)行測(cè)試。根據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程設(shè)計(jì)了測(cè)試用例，對(duì)版權(quán)登記、版權(quán)查詢進(jìn)行功能測(cè)試和性能測(cè)試，驗(yàn)證提出的基于區(qū)塊鏈的自媒體版權(quán)管理方案具有可行性。

4.3.1 功能測(cè)試的分析

圖5表示版權(quán)登記功能的執(zhí)行。測(cè)試結(jié)果一的測(cè)試用例設(shè)計(jì)：登記者發(fā)布需要登記的版權(quán)信息，在前端頁(yè)面輸入登記信息，該操作通過(guò)驗(yàn)證。在這種情況下，版權(quán)登記功能執(zhí)行完成，登記交易被存儲(chǔ)到區(qū)塊鏈。測(cè)試結(jié)果二的測(cè)試用例設(shè)計(jì)：登記者發(fā)布需要登記的版權(quán)信息，在前端頁(yè)面輸入登記信息，該操作未通過(guò)驗(yàn)證。在這種情況下，版權(quán)登記功能執(zhí)行異常，登記信息上鏈?zhǔn)　０鏅?quán)登記的流程和驗(yàn)證參考3.3.1節(jié)。

圖5 版權(quán)登記功能的執(zhí)行

圖6表示版權(quán)查詢的執(zhí)行。測(cè)試結(jié)果一的測(cè)試用例設(shè)計(jì)：查詢者發(fā)布需要查詢的版權(quán)信息，在前端頁(yè)面輸入查詢的版權(quán)編號(hào)，該操作通過(guò)驗(yàn)證。在這種情況下，版權(quán)查詢功能執(zhí)行完成，查詢交易被存儲(chǔ)到區(qū)塊鏈。測(cè)試結(jié)果二的測(cè)試用例設(shè)計(jì)：查詢者發(fā)布需要查詢的版權(quán)信息，在前端頁(yè)面輸入查詢的版權(quán)編號(hào)，該操作未通過(guò)驗(yàn)證。在這種情況下，版權(quán)查詢功能執(zhí)行異常，查詢信息上鏈?zhǔn)　０鏅?quán)查詢的流程和驗(yàn)證參考3.3.2節(jié)。

圖6 版權(quán)查詢功能的執(zhí)行

上述功能測(cè)試的結(jié)果表明，提出的基于區(qū)塊鏈的自媒體版權(quán)管理方案能夠以去中心化的方式實(shí)現(xiàn)版權(quán)登記信息和版權(quán)查詢信息的可信管理，確保版權(quán)信息的可信存儲(chǔ)。

4.3.2 性能測(cè)試的分析

在上述實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，在以太坊平臺(tái)搭建10個(gè)節(jié)點(diǎn)參與的私有鏈進(jìn)行性能測(cè)試。該方案的性能可以通過(guò)版權(quán)登記功能、版權(quán)查詢功能的執(zhí)行時(shí)間來(lái)評(píng)估，因此測(cè)試某個(gè)功能在一定的并發(fā)請(qǐng)求量的情況下從開始到結(jié)束的執(zhí)行時(shí)間，多次測(cè)試取平均值。在并發(fā)請(qǐng)求量為100的情況下，對(duì)版權(quán)登記功能、版權(quán)查詢功能的執(zhí)行時(shí)間進(jìn)行10次測(cè)試，取10次測(cè)試結(jié)果的平均值。測(cè)試次數(shù)與執(zhí)行時(shí)間的關(guān)系如圖7所示。

圖7 測(cè)試次數(shù)與執(zhí)行時(shí)間的關(guān)系

在并發(fā)請(qǐng)求數(shù)為100的10次測(cè)試中，版權(quán)登記功能、版權(quán)查詢功能的執(zhí)行時(shí)間隨著測(cè)試次數(shù)的增加逐漸趨于穩(wěn)定，版權(quán)登記功能的平均執(zhí)行時(shí)間為0.58 s，版權(quán)查詢功能的平均執(zhí)行時(shí)間為0.31 s。由于版權(quán)登記功能存儲(chǔ)到區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)量較大，所以版權(quán)登記功能的平均執(zhí)行時(shí)間高于版權(quán)查詢功能。上述性能測(cè)試的結(jié)果表明，該方案在私有鏈環(huán)境下比公有鏈的數(shù)字版權(quán)管理方案的平均執(zhí)行時(shí)間更短，在上述實(shí)驗(yàn)環(huán)境下版權(quán)登記功能、版權(quán)查詢功能的性能可以滿足應(yīng)用的需求。

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)傳統(tǒng)數(shù)字版權(quán)管理采用中心化的管理模式存在的信任問(wèn)題，提出了一種基于區(qū)塊鏈的自媒體版權(quán)管理方案。該方案包括版權(quán)管理的參與方、版權(quán)管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和版權(quán)管理的流程及驗(yàn)證過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了自媒體版權(quán)的可信管理。同時(shí)，基于以太坊平臺(tái)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)與測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明提出的方案具有可行性。下一步準(zhǔn)備對(duì)現(xiàn)有的共識(shí)機(jī)制進(jìn)行研究，完善提出的基于區(qū)塊鏈的自媒體版權(quán)管理方案。