基于聯(lián)盟鏈的農(nóng)業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)確權(quán)研究

司海平，宋佳珍，李雨杰，李偉霞，F(xiàn)ernando Bacao，孫昌霞

（1. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與管理科學(xué)學(xué)院，河南鄭州 450046；2. 河南省農(nóng)作物生產(chǎn)監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用工程研究中心，河南鄭州 450046;3.NOVA Information Management School (NOVA IMS),Universidade Nova de Lisboa,Campus de Campolide,Lisboa 1070-312)

隨著知識(shí)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展和經(jīng)濟(jì)全球化的不斷加強(qiáng)，知識(shí)產(chǎn)權(quán)作為擁有先進(jìn)技術(shù)水平、自主創(chuàng)新能力以及未來發(fā)展?jié)撃艿臉?biāo)志，對(duì)其創(chuàng)造、保護(hù)和運(yùn)用愈發(fā)成為在農(nóng)業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中取得優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵。調(diào)查顯示，全球農(nóng)業(yè)領(lǐng)域30%～50%的增產(chǎn)要素來源于新技術(shù)或新產(chǎn)品，農(nóng)業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益［1］。近年來，中國(guó)農(nóng)業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)事業(yè)得到了快速發(fā)展，以農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?qū)＠麨槔?，中?guó)專利產(chǎn)出優(yōu)勢(shì)突出，2014—2021 年間農(nóng)業(yè)專利申請(qǐng)量穩(wěn)居世界前列，已成為全球最大農(nóng)業(yè)專利產(chǎn)出國(guó)。與此同時(shí)，專利保護(hù)問題逐漸凸顯，有研究者對(duì)我國(guó)32 家科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些機(jī)構(gòu)全部有被侵權(quán)記錄，且由于保護(hù)成本高、流程繁瑣等基本都采用協(xié)商解決的方式［2］，足見知識(shí)產(chǎn)權(quán)侵權(quán)現(xiàn)象較為嚴(yán)重，至今還沒有很好的解決辦法。侵權(quán)問題難以解決，使得專利保護(hù)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)的有效轉(zhuǎn)化和利用受到一定的制約，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域知識(shí)產(chǎn)權(quán)能力與發(fā)達(dá)國(guó)家仍存在較大差距。這種情況下，通過增強(qiáng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識(shí)，利用高新技術(shù)培育知識(shí)產(chǎn)權(quán)驅(qū)動(dòng)的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，建立知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)機(jī)制，可以逐步解決知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)和轉(zhuǎn)化利用中存在的問題，為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展提供更廣闊的空間。

農(nóng)業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)領(lǐng)域目前已有不少成果，比如致力于構(gòu)建互聯(lián)互通的全國(guó)農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的全國(guó)農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)移服務(wù)中心、提供專利檢索和專利預(yù)警與侵權(quán)服務(wù)的內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)高校國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)服務(wù)中心、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院技術(shù)轉(zhuǎn)移中心研發(fā)建設(shè)的農(nóng)業(yè)國(guó)際合作知識(shí)產(chǎn)權(quán)服務(wù)平臺(tái)以及江蘇省知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)中心發(fā)布的農(nóng)業(yè)技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)公共服務(wù)平臺(tái)等。然而隨著信息技術(shù)和現(xiàn)代生物學(xué)的突破性發(fā)展，農(nóng)業(yè)知識(shí)在網(wǎng)絡(luò)上的傳播更加便捷且具有隱蔽性，侵權(quán)行為的防范也更加困難，進(jìn)一步增加了農(nóng)業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)難度，且知識(shí)產(chǎn)權(quán)確權(quán)耗時(shí)長(zhǎng)、成本高、存在單點(diǎn)故障等問題是這些傳統(tǒng)企業(yè)無(wú)法解決的，幫助產(chǎn)權(quán)方進(jìn)行維權(quán)的機(jī)構(gòu)較少，通常需要舉證方自行尋找侵權(quán)證據(jù)，導(dǎo)致侵權(quán)舉證和產(chǎn)權(quán)溯源也異常困難。而區(qū)塊鏈技術(shù)去中心化、可追溯及不可篡改性等技術(shù)特征可以解決上述傳統(tǒng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)系統(tǒng)存在的問題［3］。

區(qū)塊鏈技術(shù)自提出以來發(fā)展至今，即將迎來3.0時(shí)代，開始拓展到金融領(lǐng)域之外落地應(yīng)用項(xiàng)目，為各行各業(yè)提供去中心化解決方案［4］。知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理方面的應(yīng)用被認(rèn)為是區(qū)塊鏈技術(shù)最有可能落地的應(yīng)用方向之一，諸多學(xué)者也對(duì)基于區(qū)塊鏈的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)方案進(jìn)行了研究。其中，寧夢(mèng)月等［5］分析了當(dāng)前知識(shí)產(chǎn)權(quán)領(lǐng)域存在的問題，構(gòu)建基于Polkadot 的異構(gòu)多鏈知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)模型，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)地址、權(quán)限流轉(zhuǎn)記錄、維權(quán)信息在區(qū)塊鏈內(nèi)的永久記錄，并對(duì)模型進(jìn)行科學(xué)性及應(yīng)用可行性分析；陽(yáng)真等［6］使用AES 和改進(jìn)的CP-ABE 算法對(duì)測(cè)試任務(wù)與代碼進(jìn)行訪問控制實(shí)現(xiàn)隱私保護(hù)，結(jié)合區(qū)塊鏈與IPFS 進(jìn)行測(cè)試報(bào)告與被測(cè)代碼的可信存證與實(shí)時(shí)確權(quán)，實(shí)驗(yàn)與分析證明了眾測(cè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)方案的實(shí)用性和有效性；孫嘉豪等［7］在改進(jìn)的PBFT 算法基礎(chǔ)上，構(gòu)造一種區(qū)塊鏈知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)模型，設(shè)計(jì)了包括產(chǎn)權(quán)登記和轉(zhuǎn)讓智能合約的知識(shí)產(chǎn)權(quán)管控協(xié)議，提供了解決數(shù)字作品產(chǎn)權(quán)登記困難和交易混亂問題的方法；張海強(qiáng)等［8］針對(duì)基于區(qū)塊鏈的知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理平臺(tái)競(jìng)爭(zhēng)策略，提出了基于 Hotelling 模型的三階段博弈模型，并分析新興的基于區(qū)塊鏈的知識(shí)產(chǎn)權(quán)確權(quán)渠道，探索了不同市場(chǎng)環(huán)境下平臺(tái)確權(quán)渠道的最優(yōu)決策問題，為確定知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理平臺(tái)的最佳確權(quán)可信能力提供啟示。理論層次也有很多學(xué)者，例如，華劼［9］分析了區(qū)塊鏈技術(shù)和智能合約應(yīng)用于知識(shí)產(chǎn)權(quán)確權(quán)和交易領(lǐng)域的法律規(guī)制問題；黃武雙等［10］分析了區(qū)塊鏈技術(shù)對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的確權(quán)幫助作用以及侵權(quán)證明作用；喬瑜［11］指出了區(qū)塊鏈技術(shù)在文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)中的應(yīng)用困境和保護(hù)路徑。

上述研究多是從區(qū)塊鏈和知識(shí)產(chǎn)權(quán)相關(guān)法律法規(guī)、區(qū)塊鏈應(yīng)用場(chǎng)景、基于區(qū)塊鏈的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)理論上的可行性、相關(guān)算法及系統(tǒng)架構(gòu)等方面進(jìn)行探討，但針對(duì)區(qū)塊鏈背景下完整的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)建的研究相對(duì)較少，且專注于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域知識(shí)產(chǎn)權(quán)系統(tǒng)的開發(fā)基本沒有。本文通過研究Hyperledger Fabric 聯(lián)盟鏈、IPFS、加密算法、數(shù)字水印技術(shù)以及CouchDb 數(shù)據(jù)庫(kù)，以聯(lián)盟鏈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)農(nóng)業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)登記、查詢與轉(zhuǎn)讓等智能合約實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可信存證與溯源追蹤，解決了農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)時(shí)間長(zhǎng)、成本高，侵權(quán)訴訟舉證困難、公證處證據(jù)固定耗時(shí)久等問題，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的有效確權(quán)保護(hù)。

1 關(guān)鍵技術(shù)

1.1 聯(lián)盟鏈

作為非對(duì)稱加密技術(shù)、時(shí)間戳、共識(shí)機(jī)制等一系列技術(shù)的集成，區(qū)塊鏈概念一經(jīng)提出就掀起了一股金融科技狂潮，2016 年相關(guān)企業(yè)投資達(dá)到數(shù)十億美元，2017 年中國(guó)政府網(wǎng)發(fā)表《我國(guó)區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)有望走在世界前列》向大眾普及區(qū)塊鏈技術(shù)并公開支持區(qū)塊鏈發(fā)展。區(qū)塊鏈以其去中心化、公開透明及數(shù)據(jù)不可篡改等特征，在金融、物聯(lián)網(wǎng)、醫(yī)療、能源等多個(gè)不同領(lǐng)域的應(yīng)用加速落地［12］。其主要開發(fā)平臺(tái)包括完全去中心化、人人可參與的公有鏈如以太坊，部分去中心化、寫入權(quán)限僅限系統(tǒng)參與者的聯(lián)盟鏈如Hyperledger Fabric 等［13］。

聯(lián)盟鏈?zhǔn)侵付鄠€(gè)機(jī)構(gòu)或組織參與管理的區(qū)塊鏈，其中每個(gè)組織成員都擁有一個(gè)或多個(gè)Peer 節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)間共同記錄交易數(shù)據(jù)［14］。隨著IBM 推出Hyperledger Fabric，聯(lián)盟鏈這一去代幣化的區(qū)塊鏈模型成為國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)區(qū)塊鏈的基礎(chǔ)模型，國(guó)內(nèi)大量產(chǎn)生的產(chǎn)業(yè)區(qū)塊鏈絕大多數(shù)是以Hyperledger Fabric 為參考的聯(lián)盟鏈應(yīng)用體系。不同于涉及加密代幣的工作量證明（PoW）共識(shí)機(jī)制，聯(lián)盟鏈系統(tǒng)中的共識(shí)算法多采用經(jīng)典分布式問題中的拜占庭容錯(cuò)算法PBFT和RAFT 算法，通常需要CA 證書體系進(jìn)行準(zhǔn)入控制以抵御可能出現(xiàn)的“女巫攻擊”［15］。Hyperledger Fabric 克服了公有鏈項(xiàng)目交易公開無(wú)隱私保護(hù)、共識(shí)算法低效及吞吐量低等缺點(diǎn)［16］，不僅擁有存證和溯源的基礎(chǔ)能力，還具有交易速度快、易擴(kuò)大規(guī)模、成本低等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)領(lǐng)域。故本文使用交易效率較高、適合商用、包含身份認(rèn)證、訪問控制和智能合約等服務(wù)的Hyperledger Fabric 平臺(tái)構(gòu)建系統(tǒng)。

1.2 智能合約

智能合約是運(yùn)行在區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫(kù)上的一種計(jì)算機(jī)程序，能夠讓用戶自己定義所需交易邏輯，是應(yīng)用系統(tǒng)與區(qū)塊鏈底層交互的中間件，可以在滿足其源代碼設(shè)定條件下自行執(zhí)行，其主要應(yīng)用場(chǎng)景包括比特幣、以太坊以及Hyperledger Fabric 聯(lián)盟鏈等項(xiàng)目。以智能合約從協(xié)商、開發(fā)、部署到執(zhí)行的生命周期為順序，主要過程包括合約各方協(xié)商確定合約內(nèi)容后開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)合約代碼；然后將合約以P2P 方式發(fā)送至每一個(gè)節(jié)點(diǎn)，待所有節(jié)點(diǎn)達(dá)成共識(shí)后即可以區(qū)塊形式將合約集合發(fā)送至全網(wǎng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)，最后通過外部事件觸發(fā)合約自動(dòng)執(zhí)行［17］，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)賬本的更新和維護(hù)。整個(gè)合約處理過程都由區(qū)塊鏈底層內(nèi)置的智能合約系統(tǒng)自動(dòng)完成，公開透明，不可篡改。

本文智能合約采用Go 語(yǔ)言編寫，部署在Peer 上，單獨(dú)運(yùn)行在Docker 容器中，外部應(yīng)用程序通過命令行或SDK 對(duì)賬本進(jìn)行操作，采用JavaScript 語(yǔ)言的相關(guān)API 來實(shí)現(xiàn)對(duì)鏈碼的部署及調(diào)用執(zhí)行，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式賬本上鍵值對(duì)或其他狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)的讀寫操作。在知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，通過智能合約的調(diào)用實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化存證、數(shù)據(jù)交易以及用戶維權(quán)，既可以保障知識(shí)產(chǎn)權(quán)交易安全性與實(shí)現(xiàn)確權(quán)保證，又為農(nóng)業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)維權(quán)提供有力憑據(jù)。

1.3 文檔數(shù)字水印算法

數(shù)字水印（digital watermark），是將標(biāo)識(shí)信息直接嵌入數(shù)字載體（包括文本、圖像、音頻和視頻等）中以解決網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中產(chǎn)權(quán)保護(hù)問題，并實(shí)現(xiàn)防偽溯源，包括嵌入信息能被看見的明水印和一般狀況下無(wú)法被發(fā)現(xiàn)的隱藏式暗水印。隱藏式水印的重要應(yīng)用之一就是產(chǎn)權(quán)保護(hù)和用戶維權(quán)?；诒疚难芯繉?duì)象的PDF 特征，選取隱藏式文檔數(shù)字水印算法，在相應(yīng)PDF 文檔中嵌入產(chǎn)權(quán)和交易信息等水印信息，對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)數(shù)據(jù)保護(hù)和交易進(jìn)行可信管理。

設(shè)M為待添加水印的文檔，W為原始水印信息，由于目前數(shù)字水印技術(shù)不如密碼技術(shù)那樣成熟。需要配合密碼學(xué)技術(shù)才更可信賴，K表示加密算法，處理后的水印信息由W表示，由函數(shù)F定義如式（1）：

編碼函數(shù)設(shè)為E，水印文檔嵌入可表示為式（2）：

必要的時(shí)候?qū)λ∵M(jìn)行提取以確認(rèn)文件所有權(quán)和跟蹤侵權(quán)行為，水印提取過程中需要用到解碼函數(shù)D，輸出一個(gè)判定水印信息是否存在的0-1 決策，為提取出的水印，水印信息檢測(cè)函數(shù)用C表示，δ為決策閾值，水印信息提取和檢測(cè)公式如式（3）—（4）：

根據(jù)提取到的水印信息與原始水印進(jìn)行相關(guān)性測(cè)試，Corr 取值在［-1,1］之間，相關(guān)值超過該閾值，則認(rèn)為水印存在，計(jì)算如公式（5）：

本文選取行末標(biāo)識(shí)符作為水印嵌入點(diǎn)，利用PDF 文檔中空白字符不會(huì)在頁(yè)面上顯示的特性，對(duì)交叉引用表中行末標(biāo)識(shí)符進(jìn)行同等大小的替換，實(shí)現(xiàn)水印信息嵌入。如圖1 所示，水印嵌入階段用戶以formData 格式傳入PDF 文檔和水印信息，對(duì)行末標(biāo)識(shí)符進(jìn)行統(tǒng)一修改，然后加密水印信息并將密文編碼為二進(jìn)制數(shù)據(jù)流，再據(jù)此對(duì)交叉引用表中行末標(biāo)識(shí)符進(jìn)行修改，重新生成PDF 文檔，完成水印嵌入工作。水印提取則是將上述嵌入過程逆轉(zhuǎn)，根據(jù)已嵌入水印文檔中行末標(biāo)識(shí)符還原水印二進(jìn)制數(shù)據(jù)流，經(jīng)過解碼、解密處理得到水印明文［18］。

圖1 水印嵌入與提取流程

1.4 星際文件系統(tǒng)

星際文件系統(tǒng)（inter planetary file system,IPFS）旨在創(chuàng)建持久且分布式存儲(chǔ)和共享文件的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，利用分布式存儲(chǔ)和內(nèi)容尋址技術(shù)，將點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的單點(diǎn)傳輸變?yōu)镻2P 傳輸，具有數(shù)據(jù)安全防篡改、無(wú)單點(diǎn)故障、訪問速度快以及有容災(zāi)備份機(jī)制等優(yōu)勢(shì)。IPFS 存儲(chǔ)文件時(shí)將文件等大小分塊，再構(gòu)建各塊Hash 值和文件檢索表，之后將文件分塊存儲(chǔ)在分布式服務(wù)器上。查找時(shí)只需輸入存儲(chǔ)文件時(shí)返回的HashID，系統(tǒng)根據(jù)文件檢索表和內(nèi)部路由表自動(dòng)查找并合并各文件塊組成原始文件［19］。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016—2021 年我國(guó)農(nóng)業(yè)專利申請(qǐng)量均突破十萬(wàn)，為滿足基于聯(lián)盟鏈的農(nóng)業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)系統(tǒng)后續(xù)推廣需求、處理大規(guī)模數(shù)據(jù)，故選擇IPFS作為鏈下存儲(chǔ)系統(tǒng)輔助存儲(chǔ)，以減少鏈上存儲(chǔ)消耗，緩解存儲(chǔ)壓力。在IPFS 上實(shí)現(xiàn)水印文檔的加密存儲(chǔ)，鏈上僅保存少量關(guān)鍵信息以及鏈下數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)位置索引信息，從而擴(kuò)展現(xiàn)有區(qū)塊鏈應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力。

本文結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)和數(shù)字水印技術(shù)，將嵌入水印的文檔通過哈希加密生成IPFS 地址，再將地址信息和數(shù)據(jù)摘要存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈上，等同于將原始數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化成IPFS 地址后上鏈，極大緩解了區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)壓力，為后續(xù)農(nóng)業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)系統(tǒng)的推廣使用提供了有利條件。通過在區(qū)塊鏈上存儲(chǔ)嵌入水印的文檔的IPFS 地址和數(shù)據(jù)摘要，提供了溯源和證明知識(shí)產(chǎn)權(quán)的憑證，后續(xù)出現(xiàn)侵權(quán)行為時(shí)，亦可通過提取文檔中的水印信息即在文檔中嵌入的可識(shí)別和追溯的標(biāo)識(shí)，包含產(chǎn)權(quán)人信息、時(shí)間戳等內(nèi)容，以證明知識(shí)產(chǎn)權(quán)的歸屬和侵權(quán)事實(shí)，作為維權(quán)的重要依據(jù)之一。

2 農(nóng)業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 農(nóng)業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)模型

基于區(qū)塊鏈技術(shù)、數(shù)字水印算法和IPFS 星際文件系統(tǒng)，本文以農(nóng)業(yè)種植技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)專利為研究對(duì)象，提出了一種農(nóng)業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)模型，如圖2所示。模型主要包括數(shù)據(jù)確權(quán)、數(shù)據(jù)交易以及用戶維權(quán)3 個(gè)部分，用戶可在客戶端操作，通過調(diào)用智能合約實(shí)現(xiàn)整個(gè)專利保護(hù)流程。

圖2 知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)模型

數(shù)據(jù)確權(quán)部分包括：（1）將文檔數(shù)字水印算法應(yīng)用于PDF 文檔中，實(shí)現(xiàn)水印信息的嵌入，含水印文檔儲(chǔ)存于IPFS 星際文件系統(tǒng)并生成唯一地址哈希；（2）將獲得的IPFS 哈希地址與數(shù)據(jù)摘要上鏈存證。

數(shù)據(jù)交易包括：（1）購(gòu)買方從客戶端發(fā)起查詢，從鏈上找到相應(yīng)數(shù)據(jù)后發(fā)起交易請(qǐng)求；（2）觸發(fā)交易，返回購(gòu)買方對(duì)應(yīng)文件的IPFS 哈希地址；（3）交易完成后，交易信息儲(chǔ)存在區(qū)塊鏈分類賬本中，對(duì)應(yīng)水印信息進(jìn)行變更，完成專利權(quán)轉(zhuǎn)移。

用戶維權(quán)包括：（1）產(chǎn)權(quán)方發(fā)起維權(quán)申請(qǐng)，從聯(lián)盟鏈上獲取數(shù)據(jù)交易憑證；（2）根據(jù)IPFS 哈希地址提取文檔水印信息獲取產(chǎn)權(quán)信息；（3）用戶采集被侵權(quán)證據(jù)并實(shí)現(xiàn)鏈上存證，完成證據(jù)固定工作；（4）根據(jù)上述的水印信息、交易憑證、已存證侵權(quán)證據(jù)及時(shí)間戳等進(jìn)行維權(quán)，證據(jù)一目了然、在特定條件下是完全可信的。

在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面，本文采用鏈上鏈下存儲(chǔ)結(jié)合的方式，鏈下存儲(chǔ)加密原件于IPFS 星級(jí)文件系統(tǒng)上，鏈上存儲(chǔ)專利數(shù)據(jù)的摘要信息及IPFS 哈希地址等必要數(shù)據(jù)信息。鑒于區(qū)塊鏈不可篡改和IPFS 系統(tǒng)分布式存儲(chǔ)的特性，保證了某一節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)數(shù)據(jù)的安全性并減小了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)消耗，提高了系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的傳輸速度和檢索效率。

2.2 知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于Hyperledger Fabric 的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)系統(tǒng)總體架構(gòu)可分為業(yè)務(wù)層、合約層、網(wǎng)絡(luò)層和存儲(chǔ)層四層。業(yè)務(wù)層給用戶提供API 方式調(diào)用身份、賬本、交易和智能合約等信息。合約層主要包括用戶身份管理合約、確權(quán)、交易以及維權(quán)智能合約，身份管理部分提供注冊(cè)、登記和申請(qǐng)證書等功能，用戶只有通過PKI 證書體系獲得唯一的數(shù)字證書才可加入到聯(lián)盟鏈中。其它鏈碼服務(wù)包括確權(quán)存證、數(shù)據(jù)交易以及維權(quán)涉及分布式賬本的存儲(chǔ)、交易排序及背書功能，記賬節(jié)點(diǎn)對(duì)排序后的交易進(jìn)行校驗(yàn)，將合法的交易寫入賬本并存儲(chǔ)于支持富查詢的CouchDB數(shù)據(jù)庫(kù)中。鏈碼文件采用GO 語(yǔ)言編寫，單獨(dú)運(yùn)行在Docker 容器中，其執(zhí)行與共識(shí)機(jī)制分離以提高效率，鏈碼安裝及實(shí)例化成功后通過gPRC 協(xié)議與聯(lián)盟鏈中同一通道內(nèi)的節(jié)點(diǎn)連接。網(wǎng)絡(luò)層給各個(gè)通信節(jié)點(diǎn)提供P2P 協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，以保障區(qū)塊鏈分布式存儲(chǔ)的一致性［20］。存儲(chǔ)層包括IPFS 和CouchDB數(shù)據(jù)庫(kù)，由于區(qū)塊鏈不適合存儲(chǔ)較大的文件，所以本文采用鏈上鏈下協(xié)同存儲(chǔ)，將知識(shí)產(chǎn)權(quán)相關(guān)信息和交易信息存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈上，原文檔嵌入水印后存儲(chǔ)于IPFS 系統(tǒng)。

2.3 IPFS 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

IPFS 將每個(gè)文件分成小塊，IPFS 網(wǎng)絡(luò)在全國(guó)各地都有服務(wù)器，部分服務(wù)器失效、被篡改之后，仍然可以通過其他服務(wù)器的備份文件塊來還原，因此可以實(shí)現(xiàn)永久保存［21］。該優(yōu)勢(shì)可保證后續(xù)侵權(quán)證據(jù)固化過程中數(shù)據(jù)的真實(shí)性。

將IPFS 與區(qū)塊鏈聯(lián)系起來，聯(lián)盟鏈系統(tǒng)負(fù)責(zé)維護(hù)證書吊銷列表CRL，訪問IPFS 需要CA 頒發(fā)的證書。確權(quán)過程中產(chǎn)權(quán)人將已嵌入數(shù)字水印的PDF 文檔上傳到IPFS 數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)后返回的CID 作為元數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)摘要一起存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈上，完成專利數(shù)據(jù)的確權(quán)存證。交易階段買家發(fā)起交易后賣家將生成的HashID 添加到合約中，完成交易，并更新IPFS上文件水印信息。修改IPFS 內(nèi)容時(shí)我們可借助IPNS重新發(fā)布，IPNS 允許節(jié)點(diǎn)域名空間中引用一個(gè)IPFS hash，可通過節(jié)點(diǎn)ID 對(duì)項(xiàng)目根目錄的IPFS hash 進(jìn)行綁定，并通過節(jié)點(diǎn)ID 訪問網(wǎng)站［22］。用戶維權(quán)過程則可根據(jù)HashID 實(shí)現(xiàn)水印信息的提取和證據(jù)固定。

2.4 智能合約功能設(shè)計(jì)

面向農(nóng)業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的聯(lián)盟鏈智能合約設(shè)計(jì)主要是編寫實(shí)現(xiàn)完整的鏈碼，并通過調(diào)用鏈碼中各個(gè)函數(shù)以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)狀態(tài)的操作，功能設(shè)計(jì)如表1 所示。通過調(diào)用智能合約可實(shí)現(xiàn)水印的嵌入和提取、含水印文檔的存儲(chǔ)、產(chǎn)權(quán)信息存證、買賣雙方自動(dòng)化交易以及交易信息的存儲(chǔ)與水印信息變更等功能。所有的交易記錄都將保存在區(qū)塊鏈中，可追溯且不可篡改，保證知識(shí)產(chǎn)權(quán)確權(quán)方案的有效性和可行性。

表1 智能合約接口

2.4.1 數(shù)據(jù)確權(quán)存證

智能合約安裝在相應(yīng)的peer 節(jié)點(diǎn)，使用Go 語(yǔ)言開發(fā)，運(yùn)行在Docker 容器中，通過gRPC 協(xié)議與Peer 節(jié)點(diǎn)交互。首先調(diào)用shim.Star()方法進(jìn)行注冊(cè)、調(diào)用Init()方法實(shí)現(xiàn)鏈碼初始化，之后Peer 節(jié)點(diǎn)即可通過給鏈碼發(fā)送消息實(shí)現(xiàn)對(duì)智能合約的調(diào)用，從而完成用戶確權(quán)、交易以及維權(quán)等一系列操作。

數(shù)據(jù)確權(quán)步驟是：用戶從web 端登錄，通過對(duì)應(yīng)界面調(diào)用Add(info)方法完成專利數(shù)據(jù)文檔的水印嵌入并存入自己的IPFS 節(jié)點(diǎn)，請(qǐng)求調(diào)用Save(info)方法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)摘要及生成的HashID 信息在web 端錄入后在鏈上同步產(chǎn)生，聯(lián)盟鏈中其它節(jié)點(diǎn)接收到請(qǐng)求之后驗(yàn)證上傳者簽名，驗(yàn)證通過則廣播給其它節(jié)點(diǎn)，達(dá)成共識(shí)后將交易記錄寫入賬本，用戶收到上鏈成功的反饋。具體流程如圖3 所示。

圖3 數(shù)據(jù)確權(quán)存證流程

2.4.2 農(nóng)業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)交易

農(nóng)業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)交易步驟是：買家注冊(cè)登錄，調(diào)用Query 方法查詢需要的專利信息，之后調(diào)用Invoke方法發(fā)起交易，產(chǎn)權(quán)人接收到交易信息后根據(jù)設(shè)計(jì)的智能合約自動(dòng)完成交易過程，達(dá)到交易條件后系統(tǒng)返回給買方對(duì)應(yīng)的HashID，節(jié)點(diǎn)間達(dá)成共識(shí)后將交易記錄存入賬本，并借助IPNS 更新文檔水印信息后重新發(fā)布，實(shí)現(xiàn)專利權(quán)的變更。具體流程如圖4所示。

圖4 農(nóng)業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)交易流程

2.4.3 產(chǎn)權(quán)人維權(quán)

產(chǎn)權(quán)人維權(quán)步驟是：產(chǎn)權(quán)人發(fā)現(xiàn)自己被侵權(quán)后，在web 端相應(yīng)功能界面實(shí)現(xiàn)圖片或者視頻等侵權(quán)證據(jù)上傳，調(diào)用Save2(info)方法同步上鏈存證，根據(jù)Get 函數(shù)獲取歷史交易記錄得到交易信息并完成水印提取作為維權(quán)憑證，根據(jù)已存證的侵權(quán)證據(jù)、歷史交易記錄、水印信息以及時(shí)間戳等實(shí)現(xiàn)舉證維權(quán)。具體流程如圖5 所示。

圖5 產(chǎn)權(quán)人維權(quán)流程

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境配置

本系統(tǒng)開發(fā)和測(cè)試所用的環(huán)境為Windows10 操作系統(tǒng)，配置為CPU AMD銳龍75700U，鐳龍顯卡1.80 GHz，內(nèi)存16 GB，VMware 虛擬機(jī)安裝Ubuntu20.04系統(tǒng)。使用Hyperledger Fabric 聯(lián)盟鏈為開發(fā)平臺(tái)。環(huán)境配置及Hyperledger Fabric 版本如表2 所示。

表2 開發(fā)環(huán)境配置

Hyperledger Fabric 網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)部署成功后可以看到兩個(gè)peer 節(jié)點(diǎn)，一個(gè)orderer 節(jié)點(diǎn)，一個(gè)CA 容器及一個(gè)CouchDB 容器，代表已成功創(chuàng)建了一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)，可以隨SDK 一起使用，參與聯(lián)盟鏈的節(jié)點(diǎn)包括參與交易的普通用戶、進(jìn)行背書認(rèn)證的相關(guān)機(jī)構(gòu)、負(fù)責(zé)維權(quán)保護(hù)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)法庭等。據(jù)佰騰網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，自1998 年3 月4 日至2022 年5 月27 日，小麥、玉米、水稻三大農(nóng)作物種植技術(shù)領(lǐng)域的專利文獻(xiàn)有689件，文件大小在147 k 到619 k 之間。

3.2 確權(quán)實(shí)現(xiàn)

用戶在客戶端使用Fabric-SDK-Go 提供的接口對(duì)象調(diào)用相應(yīng)的API 訪問鏈碼，以實(shí)現(xiàn)對(duì)分類賬本中的狀態(tài)進(jìn)行操作。通過Save 函數(shù)實(shí)現(xiàn)鏈碼調(diào)用，執(zhí)行用戶專利信息上鏈存證交易，從而改變狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，向分類賬本中添加交易變化記錄。所有數(shù)據(jù)的最新值都存儲(chǔ)在CouchDB 狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)中。通過實(shí)現(xiàn)信息存證，用戶可以完成專利數(shù)據(jù)存證，實(shí)現(xiàn)專利的確權(quán)。

這個(gè)過程中，參與交易的各方都會(huì)獲得一份交易記錄，并在分類賬本中更新最新的交易狀態(tài)，從而確保所有節(jié)點(diǎn)都同步更新數(shù)據(jù)。當(dāng)發(fā)布專利信息成功時(shí)，交易編號(hào)會(huì)被記錄在鏈碼事件中，鏈碼的執(zhí)行結(jié)果也會(huì)被記錄在 CouchDB 狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)中，以便后續(xù)查詢。

3.3 維權(quán)實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)成功上鏈后，即分類賬本狀態(tài)已添加，便可根據(jù)指定條件查詢出相應(yīng)的狀態(tài)，專利申請(qǐng)?zhí)柡褪跈?quán)公告號(hào)唯一，用戶可通過查詢專利名稱、專利類型等了解所需要的各種專利信息，并選擇合適的交易項(xiàng)目。本文定義查詢函數(shù)編寫相應(yīng)鏈碼可實(shí)現(xiàn)根據(jù)專利名稱、申請(qǐng)?zhí)柤笆跈?quán)公告號(hào)的查詢功能，產(chǎn)權(quán)人在維權(quán)環(huán)節(jié)查找歷史交易記錄時(shí)則可根據(jù)唯一的申請(qǐng)?zhí)柡褪跈?quán)公告號(hào)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)查找。

Hyperledger Fabric 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，可調(diào)用智能合約實(shí)現(xiàn)專利交易的自動(dòng)化操作，實(shí)現(xiàn)專利權(quán)人變更和變更后查詢功能。為保證產(chǎn)權(quán)信息可追溯，編寫鏈碼函數(shù)來添加新狀態(tài)，而不是刪除之前的狀態(tài)。專利權(quán)人變更記錄會(huì)永久存儲(chǔ)于區(qū)塊鏈上，相關(guān)信息也會(huì)以水印方式嵌入對(duì)應(yīng)專利的PDF 源文檔中，用戶在進(jìn)行侵權(quán)訴訟時(shí)即可通過查詢區(qū)塊鏈上的存證信息和提取文檔中水印信息為自身維權(quán)提供憑證。

4 系統(tǒng)性能測(cè)試與分析

本文對(duì)數(shù)據(jù)上鏈平均時(shí)延和交易查詢平均時(shí)延進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試中選擇普通用戶節(jié)peer0.org1.com作為發(fā)起數(shù)據(jù)上鏈交易的節(jié)點(diǎn)。在加入聯(lián)盟鏈并開始進(jìn)行查詢?cè)L問之前，普通用戶節(jié)點(diǎn)、國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局以及知識(shí)產(chǎn)權(quán)法庭等都需要向fabric-ca 服務(wù)器申請(qǐng)賬號(hào)證書。peer0.org1.com 封裝組織1 在身份管理模塊生成的聯(lián)盟鏈?zhǔn)跈?quán)證書。通過使用這個(gè)授權(quán)證書，可以確保peer0.org1.com 節(jié)點(diǎn)在聯(lián)盟鏈中的身份得到有效驗(yàn)證，并獲得相應(yīng)的訪問權(quán)限。驗(yàn)證證書的序列號(hào)、有效期和指紋等信息，可以確認(rèn)證書的真實(shí)性和完整性。

利用數(shù)據(jù)上鏈時(shí)間和交易查詢時(shí)間這兩個(gè)指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，記錄下每次實(shí)驗(yàn)所需時(shí)間，測(cè)試5 次后得到平均時(shí)延，共測(cè)試50 次，數(shù)據(jù)上鏈和交易查詢平均時(shí)延如圖6 所示，隨著交易次數(shù)的累積并不是完全呈上升趨勢(shì)，呈穩(wěn)定波動(dòng)狀態(tài)，平均時(shí)延分別為31.714 4 s 和34.208 s，能夠滿足農(nóng)業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)系統(tǒng)數(shù)據(jù)確權(quán)與維權(quán)需求。

圖6 測(cè)試結(jié)果

5 總結(jié)

農(nóng)業(yè)領(lǐng)域海量知識(shí)產(chǎn)權(quán)信息的可信確權(quán)與維護(hù)是我國(guó)智慧農(nóng)業(yè)和創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略實(shí)施面臨的一個(gè)難題。針對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)方案中存在的確權(quán)耗時(shí)長(zhǎng)、維權(quán)成本高、侵權(quán)舉證難和產(chǎn)權(quán)溯源困難等問題，本文對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)在農(nóng)業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)領(lǐng)域展開研究，提出了一種基于聯(lián)盟鏈的農(nóng)業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)確權(quán)方案，將產(chǎn)權(quán)信息和交易信息存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈，原文檔嵌入水印后加密存儲(chǔ)于IPFS 系統(tǒng)。鏈上存儲(chǔ)的交易信息以及嵌入的水印信息可為專利數(shù)據(jù)確權(quán)提供憑證，用戶亦可通過時(shí)間戳、鏈上交易記錄以及IPFS 系統(tǒng)中數(shù)據(jù)水印信息的提取完成維權(quán)申訴。本方案有完善的產(chǎn)權(quán)信息上鏈和交易信息查詢模塊滿足用戶需求，能切實(shí)保護(hù)用戶權(quán)益。本方案還有一些不完善的地方，目前系統(tǒng)數(shù)據(jù)主要是農(nóng)業(yè)種植技術(shù)領(lǐng)域的專利文件，下一步工作重點(diǎn)會(huì)擴(kuò)充農(nóng)業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)數(shù)據(jù)量，同時(shí)考慮本系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)領(lǐng)域的應(yīng)用與推廣。