基于區(qū)塊鏈的數(shù)字版權(quán)認(rèn)證模型

胡殿凱 李宗霖 周 煒 王金龍

(青島理工大學(xué)信息與控制工程學(xué)院 山東 青島 266520)

0 引 言

隨著互聯(lián)網(wǎng)上文本傳播的泛濫，文本內(nèi)容爆炸性增長，依靠第三方機(jī)構(gòu)的傳統(tǒng)版權(quán)管理控制機(jī)制流程繁瑣、成本高、效率低下[1]，并且維權(quán)證據(jù)不足，已無法滿足文本版權(quán)保護(hù)的需求。區(qū)塊鏈作為比特幣[2]的底層實(shí)現(xiàn)技術(shù)，具有去中心化、可溯源、防篡改和分布式存儲(chǔ)的特性[1]。基于以上特性，區(qū)塊鏈技術(shù)可以被較好地應(yīng)用在版權(quán)管理與保護(hù)中。文獻(xiàn)[1]提到了區(qū)塊鏈技術(shù)在解決數(shù)字版權(quán)問題方面有著天然的優(yōu)勢(shì)；文獻(xiàn)[3]主要介紹了基于區(qū)塊鏈的數(shù)字媒體版權(quán)保護(hù)的基本技術(shù)和方法；文獻(xiàn)[4-6]主要講述了區(qū)塊鏈技術(shù)在保護(hù)視頻和圖像作品方面的應(yīng)用；文獻(xiàn)[7]主要講述了區(qū)塊鏈技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)保護(hù)音樂版權(quán)方面的方法和缺陷。現(xiàn)有的區(qū)塊鏈版權(quán)保護(hù)系統(tǒng)解決文本版權(quán)問題的方法主要有以下幾種：

億書通過使用橢圓曲線密碼編碼學(xué)(Elliptic Curve Cryptography，ECC)對(duì)作品進(jìn)行數(shù)字簽名，同時(shí)用雜湊密碼算法生成作品的數(shù)字指紋，加上可信時(shí)間戳以及作者姓名等信息，一起寫入?yún)^(qū)塊鏈從而保證數(shù)據(jù)的可信及不可篡改；小犀版權(quán)鏈將作品名稱、權(quán)利人和登記時(shí)間等核心信息生成唯一的數(shù)字指紋，并將數(shù)字指紋封存于不可篡改的區(qū)塊鏈中，實(shí)現(xiàn)版權(quán)信息的永久存證；保全網(wǎng)通過對(duì)原創(chuàng)內(nèi)容的數(shù)字摘要提取確權(quán)上鏈，保證內(nèi)容的完整性與原創(chuàng)性；原本版權(quán)鏈將原創(chuàng)內(nèi)容所包含的信息哈希成全網(wǎng)唯一的版權(quán)DNA(Copyright Deoxyribonucleic Acid，CDNA)[8]，并存儲(chǔ)到區(qū)塊上保證其不可以篡改，以此來保證作品的版權(quán)；紙貴科技通過借助以太坊區(qū)塊鏈生成包含時(shí)間戳、區(qū)塊鏈存證ID(Blockchain Confirmation Identification，BCID)、作品名、作者姓名、存在平臺(tái)和作品唯一MD5碼(Message-Digest Algorithm 5 Code，MD5C)的證書的方式進(jìn)行版權(quán)保護(hù)[9]。

總結(jié)現(xiàn)有區(qū)塊鏈版權(quán)保護(hù)系統(tǒng)對(duì)于文本作品版權(quán)保護(hù)的主要方式是把數(shù)字作品的特征值(hash值)存儲(chǔ)到區(qū)塊鏈中，保證其不可篡改與永久存儲(chǔ)，作品具體內(nèi)容存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中以備對(duì)比[10]，因?yàn)楣Ｋ惴ň哂休斎朊舾行?。趙豐等[11]也提出了對(duì)原作品輕微修改即可躲避特征值再次認(rèn)證的問題，修改作品即可導(dǎo)致特征值驗(yàn)證失敗。邵奇峰等[12]總結(jié)了區(qū)塊鏈相對(duì)于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的優(yōu)勢(shì)以及發(fā)展趨勢(shì)，區(qū)塊鏈更適合文本作品內(nèi)容的存儲(chǔ)。作品版權(quán)認(rèn)證還存在如下問題：侵權(quán)者利用區(qū)塊鏈時(shí)間戳存在性證明可以搶先認(rèn)證作品，即盜取作者創(chuàng)作稿件提前認(rèn)證作品版權(quán)，因?yàn)閰^(qū)塊鏈的不可篡改性，作品一旦認(rèn)證版權(quán)，作者就失去修改權(quán)[7]。

蔡維德等[13]總結(jié)了基于區(qū)塊鏈的應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)方法，給出了區(qū)塊鏈應(yīng)用開發(fā)需要注意的關(guān)鍵問題。郝琨等[14]提出了一種基于區(qū)塊鏈的去中心化分布式存儲(chǔ)模型。文獻(xiàn)[15]提出了一種數(shù)字版權(quán)唯一標(biāo)識(shí)符管控模型，該模型能夠有效保障作品唯一標(biāo)識(shí)符不被篡改，但是區(qū)塊結(jié)構(gòu)信息中只存儲(chǔ)作品交易信息簽名，只能驗(yàn)證未修改的作品，因?yàn)楣Ｋ惴ǖ脑驅(qū)е录?xì)微修改的作品并不能準(zhǔn)確驗(yàn)證。由于區(qū)塊信息無法修改，該模型沒有針對(duì)作品認(rèn)證版權(quán)后作者失去作品修改權(quán)的問題提出對(duì)應(yīng)的解決方法?？偨Y(jié)上述經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)文本作品區(qū)塊鏈版權(quán)系統(tǒng)存在的問題，本文結(jié)合時(shí)間戳技術(shù)、非對(duì)稱加密技術(shù)、哈希算法和Simhash算法，提出并實(shí)現(xiàn)了一種文本作品內(nèi)容鏈上存儲(chǔ)的區(qū)塊鏈版權(quán)認(rèn)證模型。

本文主要貢獻(xiàn)如下：

(1) 提出文本作品內(nèi)容鏈上存儲(chǔ)的區(qū)塊鏈版權(quán)認(rèn)證模型，設(shè)計(jì)存儲(chǔ)文本作品內(nèi)容和版權(quán)認(rèn)證記錄的區(qū)塊模型，解決了作品內(nèi)容在數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)可能導(dǎo)致的鏈上特征值驗(yàn)證失敗的問題。

(2) 提出半成品作品的簽名上鏈存儲(chǔ)的方法，結(jié)合區(qū)塊鏈模型記錄創(chuàng)作過程，解決了利用時(shí)間戳的存在性證明搶先登記作品的問題。

(3) 提出識(shí)別公鑰覆蓋式認(rèn)證準(zhǔn)則，結(jié)合時(shí)間戳技術(shù)解決了版權(quán)認(rèn)證后作者失去修改權(quán)的問題。

1 文本作品區(qū)塊鏈認(rèn)證存儲(chǔ)模型設(shè)計(jì)

區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)分布式賬本[16]，所有節(jié)點(diǎn)都對(duì)等存儲(chǔ)完整的區(qū)塊信息，沒有中心節(jié)點(diǎn)，通過區(qū)塊頭中的工作量證明(Proof of Work,POW)[17]驗(yàn)證值nonce保證各節(jié)點(diǎn)中區(qū)塊信息的一致性。本模型中區(qū)塊鏈設(shè)定為私有鏈，采用POW共識(shí)算法，從而確保了交易確認(rèn)速度快，節(jié)點(diǎn)作惡成本高，區(qū)塊信息無法篡改。每個(gè)區(qū)塊都存儲(chǔ)前一區(qū)塊的哈希值，以此來保證區(qū)塊數(shù)據(jù)不被篡改，即要修改某一區(qū)塊的信息需要計(jì)算此區(qū)塊之前所有區(qū)塊的哈希值，并且修改所有節(jié)點(diǎn)中對(duì)應(yīng)區(qū)塊的信息，由此可見區(qū)塊鏈非常適合構(gòu)建安全的存儲(chǔ)系統(tǒng)。同時(shí)區(qū)塊鏈?zhǔn)嵌喙?jié)點(diǎn)分布式存儲(chǔ)，能夠有效預(yù)防單節(jié)點(diǎn)故障造成的問題，即某一節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)被篡改，其他節(jié)點(diǎn)也能夠有效工作，并且恢復(fù)該節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。區(qū)塊鏈的防篡改特性能夠有效地保證區(qū)塊鏈中數(shù)據(jù)的完整性。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型

各層功能簡介：

(1) 用戶層：主要供用戶向驗(yàn)證層提交版權(quán)認(rèn)證或驗(yàn)證所需的信息，信息與區(qū)塊鏈中的交易(Transaction，TX)記錄信息一一對(duì)應(yīng)，可以做到作品信息完整上鏈。

(2) 驗(yàn)證層：主要包括系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)、礦工節(jié)點(diǎn)、用戶節(jié)點(diǎn)。系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的主要功能是接收其他節(jié)點(diǎn)的請(qǐng)求指令并處理，把對(duì)應(yīng)的信息發(fā)送給其他節(jié)點(diǎn)。礦工節(jié)點(diǎn)的主要功能是接收系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)發(fā)來的用戶節(jié)點(diǎn)交易信息，進(jìn)行驗(yàn)證生成新區(qū)塊。用戶節(jié)點(diǎn)的主要功能是供用戶操作，進(jìn)行信息上鏈存儲(chǔ)和信息驗(yàn)證查詢。

(3) 區(qū)塊鏈層：主要功能是各節(jié)點(diǎn)保存到本地的全局狀態(tài)區(qū)塊鏈，挖礦節(jié)點(diǎn)總數(shù)小于系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)和用戶節(jié)點(diǎn)總數(shù)之和，所有節(jié)點(diǎn)通過定期同步驗(yàn)證的方式來保證本地區(qū)塊鏈的一致性，系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)和用戶節(jié)點(diǎn)通過同步挖礦節(jié)點(diǎn)新挖出的區(qū)塊來維持本地區(qū)塊鏈的有效性，同步區(qū)塊有兩個(gè)條件：① 待同步區(qū)塊高度比本地最新區(qū)塊高度大1；② 待同步區(qū)塊的父塊哈希值為本地最新區(qū)塊的哈希值。區(qū)塊同步條件保證了即使挖礦節(jié)點(diǎn)作惡，系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)和用戶節(jié)點(diǎn)也不會(huì)同步區(qū)塊。

區(qū)塊鏈中作品的相關(guān)信息保存在若干個(gè)區(qū)塊中，區(qū)塊包括區(qū)塊頭和區(qū)塊體兩部分。區(qū)塊頭中本區(qū)塊的hash值由前一區(qū)塊hash值與本區(qū)塊頭中的其他值哈希計(jì)算而成，這樣就把所有區(qū)塊連接成依賴其前一區(qū)塊的鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。區(qū)塊體主要包含交易數(shù)據(jù)，針對(duì)應(yīng)用領(lǐng)域不同，保存的交易數(shù)據(jù)類型也不相同，如在比特幣等加密貨幣中，保存的是用戶轉(zhuǎn)賬交易信息，而在以太坊[18]等智能合約應(yīng)用中，保存的是用戶的智能合約。不同于這些應(yīng)用領(lǐng)域，本文模型的區(qū)塊體中主要保存作品版權(quán)認(rèn)證信息。區(qū)塊結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。

圖2 區(qū)塊結(jié)構(gòu)模型

區(qū)塊結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有的大多數(shù)區(qū)塊鏈系統(tǒng)的區(qū)塊結(jié)構(gòu)類似，區(qū)塊頭包括時(shí)間戳、父塊hash、本區(qū)塊hash、區(qū)塊高度、Nonce和TX哈希值，Nonce值由POW機(jī)制對(duì)父塊hash、TX哈希值、時(shí)間戳、Nonce測(cè)試值和挖礦難度值target進(jìn)行計(jì)算得出，可以方便地驗(yàn)證區(qū)塊中數(shù)據(jù)的正確性，保證了區(qū)塊前后的關(guān)聯(lián)性，增加了區(qū)塊的篡改難度，從而保證區(qū)塊數(shù)據(jù)的正確性。本文模型與多數(shù)現(xiàn)有的區(qū)塊鏈相比不同之處在于TX記錄不僅包含轉(zhuǎn)賬記錄還包含版權(quán)認(rèn)證信息，版權(quán)認(rèn)證信息由用戶登記作品認(rèn)證版權(quán)時(shí)產(chǎn)生，當(dāng)作品發(fā)生版權(quán)糾紛時(shí)，版權(quán)認(rèn)證信息能夠提供包括作品內(nèi)容、數(shù)字簽名等準(zhǔn)確的版權(quán)登記信息，版權(quán)認(rèn)證信息具體內(nèi)容為用戶Id、用戶公鑰、用戶姓名、作品名、作品摘要、作品內(nèi)容、數(shù)字簽名、交易哈希、時(shí)間戳等。

作品具體內(nèi)容可以跟隨認(rèn)證信息一同上鏈存儲(chǔ)，不需要傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)，依靠區(qū)塊鏈的不可篡改性保證其完整性和正確性。由于橢圓加密算法具有私鑰加密公鑰解密的特性，依據(jù)鏈上的作品內(nèi)容、私鑰簽名和公鑰便可驗(yàn)證私鑰簽名，避免了數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)的作品內(nèi)容被更改導(dǎo)致的私鑰簽名驗(yàn)證失敗的問題。因?yàn)樗借€簽名具有唯一性，所以通過驗(yàn)證私鑰簽名便可鑒定作品版權(quán)的歸屬。

本文模型TX記錄中的版權(quán)認(rèn)證信息部分不僅可以記錄作者登記作品版權(quán)時(shí)的版權(quán)認(rèn)證信息，還可以記錄作者保存半成品作品時(shí)的作品創(chuàng)作記錄，即作者在創(chuàng)作過程中，可以階段性地上鏈存儲(chǔ)作品創(chuàng)作記錄，能夠完整地記錄作品創(chuàng)作過程中的各種版本，作品創(chuàng)作記錄具體內(nèi)容為用戶id、用戶公鑰、用戶姓名、作品名、作品摘要、作品內(nèi)容、數(shù)字簽名、時(shí)間戳等。

假設(shè)作者創(chuàng)作完成作品后未及時(shí)登記作品認(rèn)證版權(quán)，侵權(quán)者盜取作品搶先登記作品認(rèn)證版權(quán)，作者依然可以通過鏈上存儲(chǔ)作品創(chuàng)作記錄證明作品的版權(quán)歸屬，能夠有效地避免侵權(quán)者利用時(shí)間戳存在性證明搶先登記作品認(rèn)證版權(quán)的問題。

因?yàn)閰^(qū)塊鏈的不可篡改性，當(dāng)侵權(quán)者搶先認(rèn)證版權(quán)或作者認(rèn)證版權(quán)之后，鏈上的作品內(nèi)容便無法修改，作者便失去了對(duì)作品的修改權(quán)。本文模型針對(duì)作品的修改制定了識(shí)別私鑰覆蓋式認(rèn)證的準(zhǔn)則：設(shè)定鏈中作品的版權(quán)認(rèn)證信息以最新的認(rèn)證信息為有效記錄，通過驗(yàn)證版權(quán)認(rèn)證信息中的私鑰簽名，可以躲避作品內(nèi)容查重再次登記作品認(rèn)證版權(quán)，新的版權(quán)認(rèn)證信息會(huì)覆蓋之前的版權(quán)認(rèn)證信息成為有效版權(quán)認(rèn)證記錄。依據(jù)該準(zhǔn)則作者可以采用識(shí)別私鑰的方法修改作品的內(nèi)容重新認(rèn)證版權(quán)，同時(shí)也可以修正侵權(quán)者搶先認(rèn)證版權(quán)造成的錯(cuò)誤版權(quán)認(rèn)證記錄。

針對(duì)抄襲作品登記認(rèn)證版權(quán)的問題，本文模型首先采用Simhash算法對(duì)作品進(jìn)行查重比對(duì)，篩除抄襲作品，保證登記作品不被抄襲。雖然通過某種手段可以躲過Simhash查重，但是本文模型的版權(quán)認(rèn)證記錄包含作品內(nèi)容和時(shí)間戳證明，即抄襲作品認(rèn)證版權(quán)的證據(jù)會(huì)永久存儲(chǔ)，通過時(shí)間戳很容易就能判定抄襲行為，能夠有效避免抄襲作品認(rèn)證版權(quán)的問題。

2 作品版權(quán)認(rèn)證和驗(yàn)證

本文模型主要包括作品版權(quán)認(rèn)證和作品版權(quán)驗(yàn)證兩部分。作品版權(quán)認(rèn)證主要包括：在創(chuàng)作過程中，作者進(jìn)行鏈上記錄作品創(chuàng)作進(jìn)度；在完成創(chuàng)作之后，作者進(jìn)行作品登記認(rèn)證作品版權(quán)。作品版權(quán)驗(yàn)證包括：當(dāng)發(fā)生版權(quán)糾紛時(shí)，通過鏈上查詢驗(yàn)證作品，得出準(zhǔn)確的版權(quán)歸屬記錄，解決版權(quán)糾紛。

2.1 作品創(chuàng)作進(jìn)度登記

2.1.1作品創(chuàng)作進(jìn)度登記流程

作品創(chuàng)作進(jìn)度登記需要的信息主要包括：用戶姓名，用戶密碼，作品名，作品內(nèi)容文件名。具體流程如圖3所示。

圖3 作品進(jìn)度登記流程

針對(duì)創(chuàng)作過程中的作品，用戶可以用私鑰加密作品內(nèi)容生成私鑰簽名，將作品內(nèi)容和私鑰簽名等信息上鏈存儲(chǔ)來記錄作品的創(chuàng)作過程。

2.1.2對(duì)比改進(jìn)

與現(xiàn)有系統(tǒng)對(duì)比，本文模型提供階段性作品登記記錄的功能，作者不僅可以登記完整作品認(rèn)證版權(quán)，還可以對(duì)階段性創(chuàng)作的作品進(jìn)行簽名登記，簽名記錄跟版權(quán)認(rèn)證記錄一樣上鏈存儲(chǔ)，可以全程記錄作品的創(chuàng)作過程，為作者提供有效的版權(quán)證明，能夠有效地避免侵權(quán)者盜取稿件提前登記作品認(rèn)證版權(quán)的問題。

2.2 作品認(rèn)證版權(quán)

2.2.1作品認(rèn)證版權(quán)流程

認(rèn)證版權(quán)需要的信息主要包括：用戶姓名，用戶密碼，作品名稱，作品摘要，作品內(nèi)容文件名。具體流程如圖4所示。

圖4 版權(quán)認(rèn)證流程

作者修改已認(rèn)證版權(quán)的作品之后，再次登記作品認(rèn)證版權(quán)的流程如圖5所示。

圖5 作品內(nèi)容修改版權(quán)認(rèn)證流程

作者修改已認(rèn)證版權(quán)的作品后再次認(rèn)證版權(quán)時(shí)，省去了Simhash算法查重環(huán)節(jié)，添加了對(duì)比私鑰識(shí)別版權(quán)所有者的環(huán)節(jié)，這也就是本文模型制定的識(shí)別私鑰覆蓋式注冊(cè)準(zhǔn)則，該方法使得作者可以隨時(shí)修改已認(rèn)證版權(quán)的作品，有利于作者完善作品。

2.2.2對(duì)比改進(jìn)

區(qū)塊鏈的防篡改性和Simhash去重性導(dǎo)致了一旦作品的版權(quán)認(rèn)證成功，作者便無法修改作品，即失去了作品的修改權(quán)。與現(xiàn)有區(qū)塊鏈版權(quán)系統(tǒng)比較，本文模型結(jié)合時(shí)間戳技術(shù)制定了識(shí)別私鑰覆蓋式認(rèn)證的準(zhǔn)則，實(shí)現(xiàn)了作者對(duì)已認(rèn)證版權(quán)作品進(jìn)行修改的功能，避免了作品認(rèn)證版權(quán)后作者失去修改權(quán)的問題。雖然通過某些技術(shù)可以躲避Simhash算法查重，對(duì)作品內(nèi)容進(jìn)行修改或者重新認(rèn)證，但是本文模型中存儲(chǔ)有作品的創(chuàng)作記錄和版權(quán)認(rèn)證記錄，當(dāng)發(fā)生版權(quán)糾紛時(shí)，通過查詢依據(jù)時(shí)間戳可以判定侵權(quán)行為，有效地為作者提供正確的版權(quán)證明支援。

2.2.3版權(quán)認(rèn)證算法

輸入：待認(rèn)證作品信息work，作者信息user。

輸出：包含作品認(rèn)證信息的新區(qū)塊newblock。

1. useradd=Getadd(user.password,user.name)

2. if validateadd(useradd){

3. simhash=Simhash(work.content)

4. for bsimhash in Blockchain{

5. if comp(simhash,bsimhash)

6. print(“作品重復(fù)率過高”)

7. }

8. }

//simhash查重

9. signEcc(privateKey,content)

//私鑰簽名

10. crete workdata and transaction

11. if verifytransaction(TXinput){

12. send transaction to systemnode

13. }

//驗(yàn)證transaction輸入

14. if miningsuccess {

15. print{newblock}

//輸出新區(qū)塊

16. send message to everynode

17. }

//各節(jié)點(diǎn)同步新區(qū)塊

18. }

2.3 作品版權(quán)驗(yàn)證

作品版權(quán)驗(yàn)證主要通過區(qū)塊鏈存儲(chǔ)的作品版權(quán)認(rèn)證信息和用戶提供的公鑰驗(yàn)證作品的私鑰簽名，進(jìn)而判斷版權(quán)歸屬解決作品的版權(quán)糾紛問題。

2.3.1版權(quán)驗(yàn)證流程

作品版權(quán)驗(yàn)證需要的信息包括：待驗(yàn)證作品的名稱，用戶公鑰。本文模型驗(yàn)證機(jī)制如圖6所示。

圖6 作品版權(quán)歸屬驗(yàn)證機(jī)制

現(xiàn)有區(qū)塊鏈版權(quán)保護(hù)系統(tǒng)驗(yàn)證機(jī)制如圖7所示。

圖7 現(xiàn)有區(qū)塊鏈版權(quán)系統(tǒng)版權(quán)驗(yàn)證機(jī)制

2.3.2對(duì)比改進(jìn)

本文模型與現(xiàn)有的區(qū)塊鏈版權(quán)保護(hù)系統(tǒng)在驗(yàn)證機(jī)制方面最大的區(qū)別為：本文模型針對(duì)文字作品設(shè)計(jì)了包含作品內(nèi)容的TX記錄模型，整個(gè)驗(yàn)證過程全在鏈上完成。當(dāng)發(fā)生作品版權(quán)糾紛時(shí)，如圖7所示，現(xiàn)有區(qū)塊鏈系統(tǒng)通過查詢區(qū)塊鏈得到作品認(rèn)證版權(quán)的私鑰簽名，采用公鑰和數(shù)據(jù)庫中的作品內(nèi)容解密私鑰簽名的方式驗(yàn)證版權(quán)歸屬，得出作品版權(quán)歸屬的結(jié)論。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的作品內(nèi)容存在被更改的可能性，比如添加一個(gè)標(biāo)點(diǎn)符號(hào)，一旦被篡改便會(huì)導(dǎo)致新的私鑰簽名、數(shù)字指紋等特征值與原特征值完全不同，即便區(qū)塊鏈中的私鑰簽名、數(shù)字指紋等特征值保持不變，交易記錄依舊存在，沒有準(zhǔn)確的作品內(nèi)容也無法證明作品的版權(quán)歸屬。如圖6所示，本文模型只需要查詢驗(yàn)證區(qū)塊鏈信息便可得到準(zhǔn)確的私鑰簽名、公鑰和作品內(nèi)容，通過公鑰對(duì)比以及解密私鑰簽名即可驗(yàn)證作品的版權(quán)歸屬，依靠區(qū)塊鏈不可篡改的特性來保證所需驗(yàn)證信息不被篡改，進(jìn)而能夠用沒有被篡改的信息去證明作品的版權(quán)歸屬，有效地保護(hù)了作者的作品所有權(quán)。

2.3.3版權(quán)驗(yàn)證算法

輸入：作品信息workdata，作者公鑰pub。

輸出：作品版權(quán)歸屬信息blockwork或驗(yàn)證失敗提示。

1. find block TX in blockchain by workdata

2. if Pow.Validate(block.Prehash,hashTXs(),

Timestamp,target,nonce){

//POW驗(yàn)證區(qū)塊信息

3. if pub==TX.pubkey{

4. if verifySignEcc(TX.content,pub,TX.contentkey){

//公鑰解密驗(yàn)證私鑰簽名

5. print(blockwork)

6. }else{

7. print(公鑰解密失敗)

8. }

9. }

10. }else{

11. print(區(qū)塊被篡改，請(qǐng)同步區(qū)塊再次驗(yàn)證)

12. }

3 安全性分析

假設(shè)區(qū)塊鏈為BC={bc1,bc2,bc3,…,bcn}，bci(1≤i≤n)為第i個(gè)區(qū)塊，txij表示第i個(gè)區(qū)塊中的第j個(gè)TX記錄信息，設(shè)定txijw表示第i個(gè)區(qū)塊中第j個(gè)交易對(duì)應(yīng)的作品w的版權(quán)認(rèn)證信息。由版權(quán)認(rèn)證信息可知，其包含作品對(duì)應(yīng)的內(nèi)容信息和作者信息，通過鏈上信息查詢可以得到TX記錄信息，進(jìn)而得到作品和作者信息，因此作品版權(quán)歸屬是可查詢的。由于每個(gè)版權(quán)認(rèn)證信息或者作品創(chuàng)作記錄信息均包含時(shí)間戳證明，通過相應(yīng)的作者和作品信息可查詢到對(duì)應(yīng)的TX記錄信息，依據(jù)時(shí)間戳順序可以追溯到最早的版權(quán)認(rèn)證記錄或者作品創(chuàng)作記錄，因此作品版權(quán)是可以溯源的。綜上所述，本文模型中的作品版權(quán)認(rèn)證、作品創(chuàng)作記錄登記均可以溯源查詢。

本文模型中設(shè)定了多個(gè)礦工節(jié)點(diǎn)，礦工節(jié)點(diǎn)之間是協(xié)作關(guān)系，不存在競(jìng)爭關(guān)系，即所有礦工節(jié)點(diǎn)同時(shí)收集驗(yàn)證新產(chǎn)生的TX信息，最先收集到規(guī)定數(shù)量的交易信息并且成功驗(yàn)證的節(jié)點(diǎn)獲得記賬權(quán)，同時(shí)會(huì)廣播消息給其他礦工節(jié)點(diǎn)令其結(jié)束當(dāng)前過程，這樣也就保證了某一時(shí)刻只有一個(gè)礦工節(jié)點(diǎn)可以對(duì)全局區(qū)塊鏈進(jìn)行修改，避免了區(qū)塊鏈分叉的問題。用戶節(jié)點(diǎn)對(duì)已上鏈數(shù)據(jù)只有查詢權(quán)限，并且用戶節(jié)點(diǎn)會(huì)及時(shí)同步新生成的區(qū)塊，保證了本地區(qū)塊中數(shù)據(jù)的正確性和實(shí)時(shí)性。本文模型中，雖然礦工節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)產(chǎn)生新區(qū)塊，但是礦工節(jié)點(diǎn)只有收集交易信息驗(yàn)證私鑰簽名的權(quán)限，并不能修改交易信息，保證了新生成區(qū)塊的正確性。礦工節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)生成區(qū)塊，理論上掌握一半以上算力即可修改區(qū)塊，因?yàn)橄到y(tǒng)節(jié)點(diǎn)同步新區(qū)塊的條件，所以即使挖礦節(jié)點(diǎn)修改區(qū)塊，系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)和用戶節(jié)點(diǎn)也不會(huì)同步；又因?yàn)橥诘V節(jié)點(diǎn)總數(shù)少于系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)和用戶節(jié)點(diǎn)總數(shù)之和，即使所有挖礦節(jié)點(diǎn)都修改同步了區(qū)塊，系統(tǒng)中所有節(jié)點(diǎn)定期同步驗(yàn)證區(qū)塊時(shí)，依然會(huì)因?yàn)橥诘V節(jié)點(diǎn)是少數(shù)節(jié)點(diǎn)而被改為正確區(qū)塊。這樣挖礦節(jié)點(diǎn)作惡變得毫無意義，從而保證了所有鏈上信息的正確性。

4 實(shí)驗(yàn)分析

實(shí)驗(yàn)的硬件環(huán)境是Intel Core i5-3230 CPU @ 2.60 GHz×4，RAM為3.4 GB，節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)模擬由3個(gè)礦工節(jié)點(diǎn)、1個(gè)系統(tǒng)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)、3個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)組成，采用POW共識(shí)算法生成新區(qū)塊。所有算法代碼均由Go語言實(shí)現(xiàn)，使用多線程技術(shù)模擬多個(gè)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為普通的文本文檔數(shù)據(jù)，本文模型區(qū)塊哈希采用雙SHA-256哈希算法計(jì)算生成。

實(shí)驗(yàn)測(cè)試主要分為以下幾組：

(1) 當(dāng)有足夠數(shù)量的TX信息時(shí)，測(cè)試本文模型驗(yàn)證TX信息生成區(qū)塊所需的時(shí)間，如圖8所示。

圖8 出塊時(shí)間折線圖

經(jīng)過30次測(cè)試，本文模型驗(yàn)證TX信息生成區(qū)塊的平均時(shí)間為0.56 s，考慮到實(shí)際應(yīng)用會(huì)由多個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)起上鏈交易，因此本文模型測(cè)試由3個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)起TX上鏈交易，平均0.56 s產(chǎn)生一個(gè)區(qū)塊的測(cè)試結(jié)果足以滿足實(shí)際用戶的需要。

(2) 當(dāng)作品字?jǐn)?shù)不同時(shí)，測(cè)試作品版權(quán)認(rèn)證消耗的時(shí)間，作品字?jǐn)?shù)分別為：5 397、28 262、32 691、39 817、42 141、55 815、69 489、83 163、166 326、249 489、332 652，如圖9所示。

圖9 不同字?jǐn)?shù)的作品認(rèn)證版權(quán)耗時(shí)折線圖

不同字?jǐn)?shù)的作品版權(quán)認(rèn)證時(shí)所消耗的時(shí)間與作品字?jǐn)?shù)多少無關(guān)，并且通過區(qū)塊查詢也可以準(zhǔn)確地查看作品內(nèi)容，332 652遠(yuǎn)大于正常文章的字?jǐn)?shù)，因此足以滿足實(shí)際用戶需要。

(3) 測(cè)試字?jǐn)?shù)不同的作品進(jìn)行版權(quán)認(rèn)證時(shí)區(qū)塊存儲(chǔ)的開銷情況，測(cè)試作品為第二項(xiàng)測(cè)試中的作品，設(shè)作品文本存儲(chǔ)的開銷為R1、區(qū)塊鏈中版權(quán)認(rèn)證記錄的存儲(chǔ)開銷(只包含該認(rèn)證記錄的區(qū)塊開銷)為R2，P為區(qū)塊記錄存儲(chǔ)開銷與文本存儲(chǔ)開銷的比值，如圖10和圖11所示。

圖10 不同字?jǐn)?shù)的作品文本存儲(chǔ)開銷折線圖

圖11 作品區(qū)塊記錄存儲(chǔ)與文本存儲(chǔ)開銷比例折線圖

由圖11可知，區(qū)塊版權(quán)認(rèn)證記錄存儲(chǔ)開銷約是文本存儲(chǔ)的2倍左右，根據(jù)作品字?jǐn)?shù)的不同略有波動(dòng)。由圖10和圖11可知，在區(qū)塊鏈存儲(chǔ)33萬字的作品認(rèn)證記錄時(shí)，存儲(chǔ)開銷約為3 430 KB，相對(duì)于文本存儲(chǔ)開銷，本文模型并沒有過多消耗存儲(chǔ)空間，并且文本存儲(chǔ)并不包括認(rèn)證記錄開銷和區(qū)塊結(jié)構(gòu)開銷，因此，區(qū)塊存儲(chǔ)作品信息開銷合理可以實(shí)際應(yīng)用。

(4) 當(dāng)并發(fā)200條TX記錄時(shí)，測(cè)試本文模型處理并發(fā)數(shù)據(jù)的時(shí)間消耗，通過時(shí)間消耗和并發(fā)數(shù)據(jù)量得出本模型處理并發(fā)數(shù)據(jù)的速度，進(jìn)行30次測(cè)試本文模型所用時(shí)間的記錄如圖12所示。

圖12 200條并發(fā)交易耗時(shí)折線圖

在30次測(cè)試中本模型處理200條并發(fā)交易所用的平均時(shí)間為5.1 s，平均每秒可處理39.2條數(shù)據(jù)，最快處理速度為200條/s，最壞測(cè)試結(jié)果為16條/s，模型性能較優(yōu)可以滿足實(shí)際需要。

5 結(jié) 語

本文首先針對(duì)現(xiàn)有區(qū)塊鏈版權(quán)系統(tǒng)在作品版權(quán)記錄存儲(chǔ)驗(yàn)證方面的漏洞，提出作品內(nèi)容鏈上存儲(chǔ)的方法。通過擴(kuò)展區(qū)塊結(jié)構(gòu)，針對(duì)作品版權(quán)記錄設(shè)計(jì)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，真正意義上實(shí)現(xiàn)了作品內(nèi)容和作品版權(quán)記錄的上鏈存儲(chǔ)。然后，根據(jù)作品版權(quán)認(rèn)證的實(shí)際情況，提供半成品作品私鑰簽名登記記錄的功能，使得作者可以全程記錄作品的創(chuàng)作過程；制定了識(shí)別公鑰覆蓋式認(rèn)證準(zhǔn)則，使得作者能夠修改已經(jīng)認(rèn)證版權(quán)的作品內(nèi)容。之后，采用理論證明了模型的安全性、作品版權(quán)認(rèn)證的可追溯性。最后，采用Go語言實(shí)現(xiàn)了多節(jié)點(diǎn)同步運(yùn)行的模型，對(duì)模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試，實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明本文模型具有良好的性能，可以滿足管理和保護(hù)作品版權(quán)的實(shí)際需要。