5G時代基于FISCO BCOS聯盟鏈版權保護系統的研究

摘" 要：5G時代數字版權保護面臨更加復雜的挑戰，區塊鏈技術中聯盟鏈不僅符合我國監管實際，也契合版權保護的技術要求，可以較好解決確權難、授權難、維權難等問題。基于FISCO BCOS聯盟鏈的版權保護應用系統，按照應用層、服務層、核心鏈層、數據存儲層架構，用solidity編寫智能合約，采用前后端分離開發方式以及IPFS與區塊鏈相結合的鏈上鏈下協同存儲方式，實現版權注冊、查詢和可信交易，有利于緩解鏈上存儲壓力，增強系統安全，提高數字版權保護水平。

關鍵詞：區塊鏈；聯盟鏈；FISCO BCOS；版權保護

中圖分類號：TP391" " " 文獻標識碼：A" " 文章編號：2096-3769（2024）03-084-07

5G時代帶來了更加自由開放、暢通無阻的網絡環境，數字版權產業隨之蓬勃發展，但傳統中心化版權保護的管理模式不僅存在數據安全風險，還存在確權難、授權難、維權難等問題，各方權益難以得到有效保障。加上5G時代萬物互聯，數字內容以多終端跨平臺的方式傳播，大大增加了數字版權保護的難度[1]，網絡盜版侵權技術的不斷更新也讓數字版權保護面臨著更加復雜的挑戰。5G時代同時催生了區塊鏈、大數據、人工智能等新技術的發展，其中區塊鏈技術為數字作品確權及流轉提供創新解決方案，在版權確權、授權和維權中能發揮獨特的技術優勢，較好滿足當今版權產業中的版權運營管理需求，有利于保障數字版權各方權益，促進數字版權產業高質量發展。

一、5G時代區塊鏈技術在數字版權保護應用中的優勢

區塊鏈技術一方面綜合運用了分布式P2P網絡、共識機制、時間戳、密碼學和智能合約等相關技術[2]，具有去中心化、防篡改可追溯、智能執行、開放性和匿名性強等獨特優勢，很適合在不可信環境中建立低成本的新型信任機制和協作模式，其防篡改可追溯的特性，有助于厘清版權權利及授權狀況，便于證據保全，增強可信度，有效保障各方權益；另一方面區塊鏈技術實現數字版權去中心化的管理和交易，不但可以規避中心化系統的數據安全風險，而且在5G高速網絡傳輸的加持下可以實現數字版權的快速認證和交易，提高數字版權的管理效率和便捷性，降低管理成本和交易成本。

二、基于聯盟鏈版權保護系統的應用原理和工作流程

2019年2月《區塊鏈信息服務管理規定》明確規定區塊鏈信息服務提供者應當配合網信部門依法實施監督檢查，并提供必要的技術支持和協助[3]，因此區塊鏈應用應當符合監管需要。在區塊鏈之公有鏈、私有鏈、聯盟鏈三種分類中，聯盟鏈具有部分去中心化、可控性較強、數據安全有保障、交易速度快的特點，可以讓多個機構共同參與管理和監督，共同維護區塊鏈的健康運轉。

基于聯盟鏈的版權保護系統讓版權認證機構、版權代理機構、司法機構和其他公證處、授時中心等可信機構的節點參與其中，提供基于PKI的身份管理，通過共識算法來共同管理和維護由數字版權登記信息、創作者個人信息以及版權流轉信息等記錄構成的版權鏈，有利于對版權登記和流轉等環節進行監管。同時利用智能合約技術，可以簡化并智能化完成終端到終端版權保護的工作流程，減少中間環節，提高執行效率。利用智能合約信息一旦上鏈，則永遠存儲在區塊鏈網絡中，且不會被篡改，又能被查詢到，為每一個環節提供更高的可見性，便于追蹤被管理的版權作品，增強各環節的可信性。

基于聯盟鏈的版權保護工作流程如圖1所示，可在確權、授權、維權應用場景中發揮較好作用。

（一）確權場景

個人或機構兩種類型的用戶通過系統數字簽名等技術進行身份認證后，可以在平臺上提出版權認證的智能合約請求，并上傳內容作品及其元數據，例如標題、簡介、類型、授權和消費規則等作品信息。平臺對用戶上傳的作品內容進行原創檢測，檢測通過后，數據存儲中心再根據數據隱私保護需要和既定方法固存，利用可信時間戳標記注冊時間，并將內容作品哈希加密生成作品專屬數據指紋，必要信息記錄在區塊鏈上，進行聯盟鏈網絡廣播，為用戶提供確權憑證，必要時可以成為版權糾紛申訴的有效證據。

（二）授權場景

當用戶提出版權交易的智能合約請求時，在可信版權的基礎上，根據智能合約里指定的轉讓交易規則，實現版權轉讓授權等交易活動。采用自動化的智能合約，確保授權和分成結算等過程透明、可靠和高效，有效保證版權方和授權方的權益。

（三）維權場景

當用戶提出維權的智能合約請求時，由于系統中每個版權作品都有唯一的指紋信息，可通過數據指紋進行查詢和比對，為侵權取證數據作參考。區塊鏈的不可篡改性保證了信息的安全可靠和真實性，具有一定的法律效力，便于司法機構等進行查證，整個業務過程安全可信、公平公正，破解了取證難的問題，為維權起到至關重要的作用。

三、基于FISCO BCOS聯盟鏈版權保護系統的設計

本文研究的區塊鏈版權保護應用系統旨在為創作者提供一種安全、高效、透明的數字版權保護服務，業務涵蓋數字作品的存證與交易活動，充分利用區塊鏈技術保證版權信息和交易記錄的透明性和安全性，滿足創作者對版權保護和交易的需求，確保被授權用戶對授權作品的合法使用，避免版權糾紛和侵權行為發生。

在眾多的區塊鏈系統中，Hyperledger Fabric[4]（以下簡稱Fabic）、FISCO BCOS[5]是目前較為成熟、研究相對較多的聯盟鏈系統。Fabric是國外Linux基金會管理的開源項目，是國際應用最廣泛的聯盟鏈[6]。FISCO BCOS是國內最具代表性的聯盟鏈，是由金鏈盟開源工作組主導研發、完全開源的企業級金融聯盟鏈底層技術平臺，可為企業和組織提供可定制、高性能和安全可控的區塊鏈解決方案，應用場景覆蓋文化版權、政務服務、金融等多領域，已經發展成為最大最活躍的國產開源聯盟鏈生態圈。FISCO BCOS相比Fabric，它共識效率高、交易快、吞吐量高，具有支持多鏈架構和多群組節點管理，便于擴容節點，智能合約開發工具和接口豐富，方便部署應用，能較好適應國內市場本土化特殊需求等優點[7]。為提高版權保護的公信力，讓監管機構參與其中，滿足版權保護業務場景應用，同時兼顧用戶隱私保護和業務數據安全，實現多鏈業務信息存儲，本系統采用金鏈盟FISCO BCOS作為區塊鏈底層平臺，有利于增強系統在國內的合規性和安全性。

（一）系統功能設計

該區塊鏈版權保護應用系統包含三個主要功能模塊，分別是版權注冊與管理模塊、版權查詢與追溯模塊，以及版權可信交易管理模塊，功能模塊如圖2所示。

版權注冊與管理模塊用于版權存證，它包括用戶相關信息注冊、數字作品相關信息注冊、數據指紋生成、版權信息分鏈存儲等幾個基本步驟。用戶選擇類型注冊，審查通過后，可以執行對應身份的訪問權限；數字內容作品相關信息注冊，包括數字作品的元數據信息、創作者信息、權利信息、作品樣本等；數字指紋生成是在平臺范圍內賦予具有唯一性和可識別性的如水印等數據指紋，并將這些數據指紋通過哈希算法計算出哈希值指紋；版權信息分鏈存儲是指依據隱私保護的需求將采集到的數據分類整理，按預定的方法對用戶信息、數字作品內容信息、作品版權信息等進行分鏈存儲，寫入區塊鏈，最后生成存證圖以供用戶保留，在需要對存證的指紋進行驗證時，提供數字指紋比對查詢。版權注冊與管理工作流程如圖3所示。

版權查詢與追溯模塊主要完成版權的查詢追溯、侵權存證工作，創作者和被授權用戶可查詢和下載版權證書或授權證書。版權查詢與追溯工作流程如圖4所示，對于陷入版權糾紛的維權者可以發起版權查驗和溯源請求，系統根據維權者舉報或全網監測到的作品信息與平臺中區塊鏈上登記的版權作品的數據指紋特性進行匹配度測試，如果相似度達到規定的閾值則進行侵權預警和取證操作。若進一步確認是侵權則直接進行侵權取證，證據保全寫入區塊鏈，永久保存且不可篡改，具有一定的法律效力，為維權者提供維權證據。

版權可信交易管理模塊主要完成版權可信交易，被授權用戶可以通過系統發起購買作品版權的使用權或所有權請求，再通過簽訂授權合同約定授權對象、授權產品、授權期限、授權使用限制、授權結算方式等，保證其購買和使用的作品版權來源合法。

（二）系統架構設計

該項目的平臺邏輯層次自上而下分為應用層、服務層、核心鏈層和數據存儲層四層級，系統架構如圖5所示。

1.應用層。系統采用MVC模式設計和前后端分離開發方式，通過前端頁面直觀地向用戶提供區塊鏈相關的信息錄入、查詢和管理等各種服務入口[8]，實現版權注冊與登記（含用戶注冊）、版權查詢與追溯、版權交易等業務功能。

2.服務層。包括系統基礎服務和數據交互服務，用來接收用戶的權限請求和調用下層服務，完成數據的接收、校驗、格式處理、緩存、上傳等環節，同時調用各種系統動態建模過程產生的服務類接口、文件服務接口和FISCO BCOS智能合約調用接口，實現系統業務邏輯。

3.核心鏈層。是區塊鏈的核心層，利用P2P技術構建出一個認證允入的聯盟鏈網絡，利用PBFT/RAFT共識機制來維護區塊鏈網絡中各節點數據的一致性與延續性，利用智能合約為區塊鏈數據提供版權存證、查詢、交易等更靈活的交互功能，并利用多種加密技術對區塊數據、版權數據進行加密。

4.數據存儲層。是整個平臺的數據倉庫，對結構化數據和非結構化數據分別處理，采用鏈上鏈下相結合的存儲方式，包括鏈下IPFS分布式文件存儲、MYSQL鏈上區塊鏈共識存儲和本地數據庫的記錄存儲、Redis高性能數據緩存三個存儲服務模塊。其中IPFS又稱星際文件系統[9]，它是基于內容尋址的分布式文件系統[10]，分布式存儲鏈下原創數字作品文件，以此來緩解區塊鏈的存儲壓力；以Redis高性能數據緩存相關的業務數據來提高系統的響應速度；MySQL關系型數據庫一方面用來持久化保存鏈下版權業務信息，如作品摘要信息、作品存放地址IPFS_Hash值和其它相關信息等，這些業務信息一般由運營公司維護；另一方面用來保存區塊鏈層的上鏈數據信息，存儲版權憑證存證和機構的憑證狀態管理參數等，這部分數據面向聯盟鏈網絡公開，由聯盟鏈的節點共同維護。

（三）上鏈數據梳理與存儲設計

系統在實際應用中將產生龐大的數據量，需要存儲的數據有數字內容審計、用戶管理與隱私保護、交易與授權的數據存儲和審計等，但只要將必要的記錄存于區塊鏈上，這樣才有利于對成本的控制和性能的保證。

FISCO BCOS支持多賬本，每條鏈可包括多個獨立賬本，賬本間數據相互隔離，群組間交易處理也相互隔離。為了避免單鏈區塊鏈在海量數據存儲下網絡性能下降，同時考慮版權監管信息的共享和對用戶隱私數據保護的需要，采用多鏈架構，各鏈數據必要時通過跨鏈技術來互通。

本系統將通過構建雙鏈的方式來實現，包括數字版權監管鏈和作品內容鏈，以此間接提升區塊鏈共識效率和平臺吞吐量。其中數字版權監管鏈負責存儲作品注冊、用戶權屬、交易、授權等環節的上鏈數據，作品內容鏈主要用來存儲IPFS分布式網絡上作品的文件摘要信息和其他結構數據。

（四）智能合約設計

智能合約是區塊鏈數字版權應用系統的核心，合約功能主要包括登記合約、交易合約和授權合約三個部分及相應接口。其中登記合約功能包括上傳作品信息、驗證身份、獲得作品存證等，便于用戶將版權作品登記上鏈；交易合約功能主要包括發布交易信息、購買作品、確認交易、交易記錄查詢等，主要用于版權交易；授權合約主要用于用戶選擇授權方式、設定授權條件、確認授權、查看授權信息等。本系統采用solidity語言編寫合約，并用Postman測試驗證合約接口函數。系統創建了添加授權用戶addAuthorizedUser（）、獲取版權作品信息getWork（）及轉移所有權transferOwnership（）等接口函數。合約采用安全的訪問權限控制和數據加密方式，對敏感信息進行加密處理，只有授權用戶才能訪問和執行合約功能，確保數據的安全性和可靠性。

四、基于FISCO BCOS的聯盟鏈版權保護應用系統的實現

（一）搭建IPFS網絡存儲數據

基于內容尋址的IPFS分布式文件系統可自動拆分大文件，存儲共享圖像、視頻流等各類數據，文件下載可從多個服務器并發獲取，具有去重數據存儲、集群持久性和傳輸高性能的特點。本系統利用docker搭建IPFS網絡，部署具有2個以上節點的私有集群，節點數可根據實際情況進行擴充。當文件大于256KB時，系統將自動拆分，同時根據存儲的版權作品內容生成唯一的哈希值IPFS_Hash，并將哈希值IPFS_Hash加密處理后上鏈，避免版權作品數據本身上鏈，大大緩解鏈上存儲壓力。哈希表DHT的去重功能和BitTorrent協議多點分布式傳輸方式，也可以節省存儲成本和帶寬[11]，有利于對版權作品原創性進行初步篩查。由于哈希算法具有高度敏感性，當文件被修改時其哈希值就會改變，能有效防止文件被篡改，有利于提高文件存儲安全性。如果發生版權交易需要共享版權資源時，借助IPFS網絡也方便共享[12]。

（二）搭建FISCO BCOS聯盟鏈及部署合約

搭建模擬多機構多節點的區塊鏈網絡結構的實驗運行環境，使用docker部署區塊鏈，聯盟鏈由4個機構10個節點構成，分別是版權認證機構、司法機構和2個版權代理機構，每個機構維護2～3個節點。保證區塊鏈網絡正常運行后，應用WeBASE管理平臺部署和管理合約。

（三）開發前后端分離版權保護系統

本系統前端采用Vue框架，后端采用Spring Boot框架和MySQL數據庫開發。前端為用戶提供可視化的界面，后端在Spring Boot項目中引入并配置Web3SDK，利用Web3SDK提供的API接口將Spring Boot與FISCO BCOS 聯盟鏈的各個節點連接在一起，建立SSL 連接通信，完成業務接口的開發。

利用IPFS網絡實現版權作品的分布式存儲，為本系統提供去中心化的數據存儲服務[13]，MySQL數據庫主要來存儲作品的IPFS_Hash值和其他相關信息。在節點服務器上部署FISCO BCOS聯盟鏈，并部署編譯前面的智能合約，引入到SpringBoot項目中，實現版權注冊與存證、版權查詢、版權交易等功能，所有交易活動產生的需上鏈信息通過FISCO BCOS聯盟鏈的P2P網絡，利用PBFT算法達成共識。

五、系統測試

系統測試包含系統的功能測試和性能測試，功能測試包括用戶注冊、版權注冊、交易、查詢等業務功能，性能測試主要測試區塊鏈的性能。

（一）功能測試

功能測試結果顯示，用戶成功注冊后，系統能夠生成FISCO BCOS聯盟鏈中的賬戶地址、公鑰和私鑰，并提供前端用戶身份查閱。用戶登錄系統可進行版權注冊、版權交易、版權查詢等操作，用戶能方便上傳作品樣本并存儲到后端MYSQL數據庫，同時在FISCO BCOS聯盟鏈進行存證。版權注冊成功后可生成版權存證證書，記錄區塊ID和地址hash值，便于用戶溯源查詢和下載保存。在版權交易環節，系統可記錄最新的交易時間、授權產品、授權期限、授權使用限制等交易要義，并生成相應的存證信息，用戶可以在版權列表中查閱版權變化。

（二）性能測試

利用Hyperledger Caliper測試工具默認的基準測試引擎對系統實施壓力測試，實驗中重點觀察在4個FISCO BCOS節點和2個IPFS節點的規模下，20個大小為2M～18M文件的版權登記用時情況，主要包括版權存證生成hash、版權上鏈、IPFS文件存儲等環節。如表1所示，版權存證hash處理平均耗時為126.3ms，版權上鏈處理的時間為560.25ms，IPFS文件存儲的時間為7467.05ms。其中IPFS文件存儲的耗時最長，占總耗時的91.58%，據IPFS性能評估IPFS可以實現文件秒級傳輸，即使IPFS文件存儲環節耗時較多，但實驗觀察版權登記總耗時還能保持在秒級內，符合預期性能。

本系統實現版權注冊、版權查詢、版權交易等基本功能，利用聯盟鏈和IPFS鏈上鏈下協同存儲，解決區塊鏈鏈上存儲效率低的問題，降低存儲的成本，提高存儲的安全性，也為跨鏈協作提供方便。系統將IPFS的永久文件存儲和區塊鏈的不可篡改、時間戳等特性相結合，可以較好地保護版權所有者的權益。由于本文構建的聯盟鏈是相關機構或企業自愿加入的，初期可能存在聯盟鏈成員數量不足，影響聯盟鏈的健壯性，下一步將完善聯盟激勵機制，激發更多的聯盟鏈成員加入版權保護。此外，本系統也將進一步加強作品原創性檢測和侵權檢測，在IPFS增設原創作品的特征指紋庫，引入dHash、simHash等多種主流相似度[14]檢測算法，強化侵權檢測掃描，提升原創作品判定的準確性和數字版權保護水平。

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Research on Copyright Protection System Based on FISCO BCOS Union Chain in 5G Era

XIE Shu-li， XU Zhen-hui， LIU Wen-hua

（Electronic Information School， Zhangzhou Institute of Technology，

Zhangzhou Fujian 363000， China）

Abstract： Digital copyright protection in the 5G era faces more complicated challenges， and the coalition chain in blockchain technology is not only in line with the regulatory reality in China， but also fits the technical requirements of copyright protection， which can better solve the problems of difficult to confirm the copyright， difficult to authorize the copyright， and difficult to defend the copyright. The copyright protection application system， based on FISCO BCOS alliance chain， in accordance with the four-layer framework of application layer， service layer， core chain layer and data storage layer， writes smart contracts with SOLIDITY， adopts front-end and back-end separation development method， as well as the on-chain and off-chain synergistic storage method combining IPFS and blockchain， realizes the registration inquires and trustworthy transactions of copyrights， which is conducive to ease the pressure of on-chain storage， enhance system security， and improve the security of digital copyright protection.

Key words： Coalition Chain； Union Chain； ISCO BCOS； Copyrights Protection