去中心化數字版權保護技術初探

吳 健

（作者單位：四川省廣播電視科研所）

去中心化數字版權保護技術初探

吳 健

（作者單位：四川省廣播電視科研所）

本文簡要說明當前數字版權保護機制所面臨的挑戰，介紹了區塊鏈技術的起源和數據結構，對區塊鏈技術應用于數字版權保護的優勢和特點進行了比較和說明，指出基于區塊鏈技術的數字版權保護需要解決的問題并簡要介紹了應用實例。

去中心化；區塊鏈；數字版權保護

0 引言（概論）

版權保護不是“如何防止使用”，而是“如何控制使用”。 版權保護的目的是鼓勵創新、有效運用、依法保護、科學管理。整個版權制度的建立都在于鼓勵創新，通過版權保護將各種智力成果轉化為現實生產力。

早在中國南宋紹熙年間（1190—1194），四川眉州人王充所著《東都事略》，目錄頁上有“眉山程舍人宅刊行，已申上司不許覆板”的聲明。這種由官方授予印刷商壟斷某些作品的出版權，或下令禁止翻印他人已經出版的作品的版權保護方式，沿用至今。

隨著信息技術的飛速發展，數字出版產業也方興未艾。有預測，到2020年我國網絡出版的銷售額將占到出版產業的50%，而到2030年，90%的圖書都將是網絡版本。數字版權的概念隨之產生：數字版權是數字化內容（如：電子圖書、圖片、軟件、音樂、電影）在數字化環境下，著作權人對受著作權法保護的作品所享有的人身權利和財產權利。

在數字化、網絡化時代，現行的版權管理機制受到很大挑戰。①數字化知識和信息傳播的快捷性、易復制性等特點使數字盜版泛濫，很多數字出版商未經授權就傳播，給著作權人帶來了比傳統盜版更嚴重的經濟損失。②數字版權貿易日益頻繁，版權授權需求量激增，海量作品的海量授權問題尤為突出。現行的版權交易方式具有過程復雜，交易成本高，交易效率低等特點，已明顯無法適應互聯網時代數字版權貿易的要求。③除了正式出版物，大量的小視頻、圖片、網絡文章也有版權保護的需求，大量這類原創作者不是都為了交易獲利，而是保護自己原創的名義，現行的版權保護模式難以滿足這類要求。

目前的數字版權保護方法（DRM）都是集中登記式的，本質上是一種權威管理機構授權的中心化的版權管理機制。區塊鏈（Blockchain）技術為數字版權提供了一種不可更改的去中心化的版權登記形式。本文討論基于區塊鏈技術的數字版權保護。

表1 數據區塊結構

表2 數據區塊頭部結構

1 區塊鏈技術簡介

1.1 區塊鏈技術的 起源

2008年底，區塊鏈的概念首次由中本聰（Satoshi Nakamoto）發表在比特幣論壇中的論文《Bitcoin∶ A Peer-to-Peer Electronic Cash System》提出。區塊鏈技術是構建比特幣數據結構與交易信息加密傳輸的基礎技術，該技術實現了比特幣的挖礦與交易。中本聰認為：①1借助第三方機構來處理信息的模式擁有點與點之間缺乏信任的弱點；②中介機構的存在，增加了交易成本，限制了實際可行的最低交易成本；③數字簽名本身能夠解決電子貨幣的身份問題，如果還需要第三方支持才能防止雙重消費，則系統將失去價值。基于以上三點現存的問題，中本聰在區塊鏈技術的基礎上，創建了比特幣。

1.2 區塊鏈的定義

區塊鏈是由節點參與的分布式數據庫系統，基于一種新型去中心化協議，能安全地存儲比特幣交易或其它數據（債權、股權、版權等數字資產），區塊鏈的信息不可偽造和篡改，無需任何中心化機構的審核。區塊鏈技術解決了拜占庭將軍問題，大大降低了現實經濟、社會活動的信任成本與會計成本。

1.3 區塊鏈的數據結構

每一個數據區塊記錄了六個內容：神奇數、區塊大小、數據區塊頭部信息、交易計數、交易詳情。其中，數據區塊頭部信息的HASH值是下一個新區塊的HASH值的參考目標數，最后一項交易詳情記錄了該區塊中所有的交易記錄。數據區塊結構見表1。

1.3.1 數據區塊頭部結構

數據區塊頭部結構中記錄了：版本號、前一個區塊的記錄、Merkle樹的根值、時間戳、目標特征值、隨機數。其中Merkle樹的根值為該區塊中所有被記錄交易的根節點HASH值，中本聰用一個HASH樹來對每一筆交易進行數字簽名，以確保每一筆交易都不可偽造和沒有重復交易，Merkle樹就是HASH樹的一種。數據區塊頭部結構見表2。

1.3.2 交易記錄

交易記錄就像一個記賬本一樣，記錄了所有比特幣的交易信息，每一次收支情況都被永久的嵌入了數據區塊中以供其他人查詢，每一筆比特幣交易都是公開的，可以查詢到的。這些數據區塊中的交易數據存放在每一個客戶端節點中，所有的這些節點則組成了比特幣的分布式數據庫系統，即區塊鏈。任何一個節點的數據被破壞都不會影響整個數據庫的正常運轉，因為其它的健康節點中都保存了完整的數據庫。

數據區塊的交易記錄中，詳細記載了比特幣的交易記錄和相關細節。其中在比特幣收支詳情里面，記錄了收支的比特幣地址和merkle節點值等情況，收支詳情是交易記錄中最重要的部分。完整的交易記錄結構見表3。

1.3.3 比特幣支出和接收交易的結構

在數據塊中，比特幣支出和接收交易是寫在一起的，整個收支記錄包括很多筆記錄。每一筆記錄都有自己的索引編號供查詢。每一筆記錄中包括了生成時間、引用交易的哈希值、交易記錄索引編號、比特幣支出地址、支出地址數量等細節。每一筆收支交易記錄都有一個Merkle節點值，這個節點值是整個Merkle樹的一部分，決定了每一個地址都不能重復交易和被偽造。收支交易結構見表4。區塊鏈的局部結構如圖1所示。

表3 數據區塊交易記錄

表4 收支交易結構

2 基于區塊鏈技術的數字版權保護

2.1 區塊鏈的特點與版權保護

結合數字版權保護的要求，區塊鏈技術具有如下特點。

2.1.1 自我監管，極大降低了版權保護的管理成本

理論上講，區塊鏈技術可以讓版權保護系統不再需要來自于第三方的監管。在所有出版發行的領域中，國家版權局制定統一的規則，并且進行管理。而區塊鏈提供一個稱為“工作量證明”的機制，讓系統中的每個節點參與審批每一筆交易。該系統內置檢查和平衡機制，以確保系統中的任何節點都無法欺瞞系統。所有的這些審查和監督完全由算法自動完成。雖然現在已有可以替代“工作量證明”機制的其他共識模型（比如POS機制），但都保留了每個客戶端或者節點能夠點對點管理系統的這個核心理念。更加重要的是，區塊鏈讓系統中的每個元素都是完全透明，從而利用“來源大眾的監管”實現去中心化的監管，有效地降低欺詐行為。區塊鏈技術為數字版權保護提供了新的方法，并可以極大的節省成本和提高效率。

2.1.2 便于追蹤，具有可操作性

數字作品所有者能夠把版權信息和版權交易信息記錄在區塊鏈上。任何交易雙方之間的交易都是可以被追蹤和查詢，并被充分證明。這是因為所有的交易都是需要一組公鑰/私鑰來加解密，一旦加入到區塊鏈上，就永久性的不可改變。任何記錄，一旦寫入到區塊鏈，都是無法篡改的。任何在區塊鏈上持有的版權或者數字貨幣的人都會有在區塊鏈上有他們自己的公鑰。當發生交易時，需要由控制這些版權的前一個持有者使用私鑰進行簽名。區塊鏈還允許多種機制來發生交易，比如可以設定為需要兩個人聯合簽名才能進行一筆版權交易。所以，基于區塊鏈技術的版權保護機制可以提供比現行版權保護方式更強的可操作性。

2.1.3 去中心化，安全性高

區塊鏈是一個完全的去中心化的點對點網絡，有許多分布式節點和計算機服務器來支撐，有著很高的可靠性，系統中每一個參與的節點上都保存了一份完整賬本的副本。這使得整個系統具有很高的容錯性，如果任何一部分的幾個節點出現問題，都不會影響網絡其他部分繼續運作。這使得基于區塊鏈技術的版權保護機制能夠像災難恢復中心或數據庫冗余中心一樣，獲得7*24小時全天候運營安全保障，從而實現低成本的高安全性的版權保護系統。

2.1.4 可擴展性強

區塊鏈技術可以根據不同的使用環境和版權交易需求，來分叉出全新的版本。新的版本同樣需要符合區塊鏈的整體理念，所有的這些改變必須獲得系統中所有成員的認可，并且每個人能夠獲得相同的利益。此外，這些改變不會影響已經發生并且在區塊鏈上進行確認過的交易。所以，基于區塊鏈技術的數字版權保護系統具有足夠的健壯性和靈活性。

2.2 版權登記

2.2.1 現行的版權登記簡介

圖1 區塊鏈的局部結構示意圖

圖2 現行版權登 記的流程圖

依照我國法律，作品登記不是版權取得的必要手續。作品實行自愿登記。作品無論是否登記，作者或其他著作權人依法取得的版權不受影響。但版權登記有助于解決因著作權歸屬造成的版權糾紛，并能為解決版權糾紛提供初步證據。版權登記從申請提交到獲得證書，一般需要一個月，費用約1200元/每件。典型流程如圖2所示。

從圖2可見，需要一個政府機構（各級版權局）來受理并登記版權，而版權登記機構不會對提交的材料進行深入的實質性審查，只做形式審查。所以當出現版權糾紛時，版權登記的證書能夠提供的法律支撐力度有限。

傳統權威機構的版權登記，這種方式的缺點有：需要準備的材料多；過程比較長；費用較高；出現版權糾紛后的法律支撐力不夠理想。

2.2.2 基于區塊鏈技術的版權登記

基于區塊鏈技術的版權登記的原理：①區塊鏈的不可變更的特點提供了一個新的方法來證明作品的存在，無論是一張圖片、一段文字或者音視頻，均可以通過區塊鏈證明其存在性；②區塊鏈能夠為一個特定的時間點的存在提供證明，無論是作品創作的時間點，還是版權交易的時間點，均準確記錄，而且沒有任何異議的可能；③基于區塊鏈的構成原理，它能夠為版權提供獨一無二的證明，包括作品提交的時間、所有權歸屬以及版權交易等都是獨一無二的。3）因為區塊鏈是不可變更的，被記錄過的版權、版權交易在某一特定時間點的存在提供了結論性證明，為保護數字版權提供強大的技術保障；4）區塊鏈不會區別大型媒體公司與創作個體；任何人或機構都可以方便的利用區塊鏈進行版權登記，所以非常有利于鼓勵創新、創作，與版權保護的根本宗旨高度契合。

區塊鏈能夠提供強大的工具來維護和跟蹤版權和版權交易。與政府登記版權方式相比，基于區塊鏈技術的版權保護機制具有如下優勢：①區塊鏈數據庫（主鏈）的去中心化且加密安全性質使它不太可能會遭受災難性損失或失敗，又或者遭受黑客攻擊；②注冊過程幾乎是瞬時的，可以極大的降低版權保護的流程和準備工作；③成本極低，幾乎可以忽略。基于主鏈的一次版權注冊成本最低約人民幣0.4元（跟隨比特幣的價格波動），基于側鏈的注冊成本更低；④作品的后續交易也會被實時記錄，并且在交易網上可以被追蹤到；⑤鑒于區塊鏈的公開性，區塊鏈注冊可以使更多的人知道作者對作品擁有所有權；⑥區塊鏈更有助于解決版權糾紛。

2.3 存在的問題和實例

基于區塊 鏈的版權保護，首先要解決如何將數字作品版權加密存儲在區塊鏈中，目前的做法主要有兩種：①用OP_RETURN或CoinSpark制作加密ID，保存到區塊鏈中；⑥用定制的分布式賬本將作品的數據直接綁定到每筆交易中。

這兩種方法都有各自的缺點：第一種，按照比特幣協議，OP_RETURN內置代碼的每筆交易允許的最大數據容量是40字節，所以在區塊鏈中存儲更多數據不現實，這不利于版權保護的大規模應用；第二個方法的缺陷是短期內安全性沒有保障。脫離比特幣主鏈，缺乏礦工和算力的新建網絡對51%攻擊的抵抗力有限，這種方法建立版權保護機制的資金成本和時間成本都比較高，但好處是有更大的自由度和靈活性。

所以，基于區塊鏈實現數字版權保護機制還需要在現有區塊鏈技術基礎上，加大研究力度，根據我國版權保護的基礎和特點，實現具有自主知識產權的新的數字版權保護方式。

美國紐約的一家創業公司Mine Labs，開發了一個基于區塊鏈的元數據協議，這個名為Mediachain的系統利用IPFS（Interplanetary File System）文件系統，實現數字作品版權保護，目前主要是面向數字圖片的版權保護應用。

Mediachain是一種協作性聯合媒體元數據協議，提供創新作品版權認定：版權所有者用加密簽名簽署元數據聲明。分布式賬本中聲明的區塊鏈時間戳存儲在IPFS中。通過搜索可以獲取這些聲明內容。圖3為Mediachain的協議棧。

圖3 Mediachain的協議棧

目前，Mediachain已經為超過200萬張原創圖片創建元數據記錄。紐約現代藝術博物館（Museum of Modern Art）、Getty Images（提供創意圖片和影視素材）、美國數字公共圖書館（Digital Public Library of America）和歐洲數位圖書館（Europeana）都是Mediachain的用戶。

3 結束語

區塊鏈技術是互聯網技術的拓展和延伸：互聯網實現了不依賴中心化組織的信息傳遞，區塊鏈實現了不依賴中心化組織的價值傳遞。當前，圍繞區塊鏈的應用正掀起一波新的熱潮。但是，區塊鏈的應用才剛剛起步，還不夠成熟，需要更多的研究機構和研究人員加入到區塊鏈創新應用研究中來。基于區塊鏈的數字版權保護的應用研究具有潛在的巨大價值，符合版權保護是鼓勵創新的根本宗旨。版權管理機構也應積極配合，出臺相關政策支持區塊鏈在數字版權保護領域的嘗試和發展。

[1]馮明,唐宏,陳戈,等.數字版權管理技術原理與應用[M].北京:人民郵電出版社,2009(8).

[2]Alqassem Israa, Svetinovic Davor. T owards R eference Architecture for Cryptocurrencies:Bitcoin Architectural Analysis[C]//.ITHINGS’14 Proceedings of the 2014 IEEE International Conference on Internet of Things(iThings)_,and IEEE Green Computing and Communications (GreenCom)and IEEE Cyber, Physical and Social Computing(CPSCom),2014:436-443.

[3]C aitlin Lustig, Bonnie Nardi. Algorithmic Authority: T he C ase of Bitcoin[C]//System Sciences(HICSS), 2015 48th Hawaii International Conference on, 2015:743-752.

[4]丁未.基于區塊鏈技術的儀器數據管理創新系統[J].中國儀器儀表,2015(10):15-17.

[5]黎娟.淺析我國數字圖書版權貿易[J].中國報業,2012(10).

吳健（1963-），男，重慶大學無線電技術系學士學位，現任四川省廣播電視科研所所長，高級工程師。主持開發、研制的系統和產品，以及提供的技術咨詢服務，在廣播電視領域的村村響、應急廣播系統建設、基于廣電HFC網實現會議電視功能和廣播電視公共文化服務體系建設等應用中，都獲得了較好的社會效益和經濟效益。曾獲得廣電總局科技進步一等獎和科技成果應用于技術革新獎。