基于联盟链的农业知识产权确权研究.pdf
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1、针对农业知识产权系统长期存在的农业科技成果确权耗时长、维权成本高、侵权举证难等问题,利用区块链去中心化、可追溯及不可篡改等技术特征,结合智能合约、星际文件系统(IPFS)、加密算法以及数字水印技术,提出一种基于联盟链的农业知识产权确权模型,通过设计知识产权登记和权利转让的预置机制智能合约,实现农业知识产权的自动化确权和转让过程。以国内农业种植技术领域专利为研究对象,构建知识产权保护系统,对模型进行功能模块实现与性能测试,结果表明该模型有良好的性能和较高的安全性,可实现农业知识产权的可信确权与溯源。关键词:农业知识产权;联盟链;智能合约;数字水印;星际文件系统(IPFS)中图分类号:TP311.
2、13;D 9 2 3.4;G 30 1文献标志码:A文章编号:10 0 0-7 6 9 5(2 0 2 3)13-0 119-0 8Research on the Confirmation of Agricultural Intellectual Property RightsBased on the Consortium BlockchainSi Haiping,Song Jiazhen,Li Yujie,Li Weixia,Fernando Bacao,Sun Changxia1,2(1.Department of Information and Management Sciences,H
3、enan Agricultural University,Zhengzhou 450046,China;2.Henan Crop Production Monitoring Big Data Analysis and Application Engineering Research Center,Zhengzhou450046,China;3.NOVA Information Management School(NOVA IMS),Universidade Nova de Lisboa,Campus de Campolide,Lisboa1070-312)Abstract:In respons
4、e to the long-standing problems of agricultural science and technology achievements inthe agricultural intellectual property system,such as time-consuming confirmation of rights,high cost of rightsmaintenance and dificulty in proving infringement,a model of confirmation of agricultural intellectual
5、propertyrights based on the federated chain is proposed by using the technical features of blockchain such as decentralization,traceability and immutability,combining smart contracts,interplanetary file system(IPFS),cryptographic algorithms anddigital watermarking technology,and by designing a smart
6、 contract for intellectual property registration By designinga smart contract with a pre-set mechanism for IPR registration and transfer of rights,it can automate the process ofconfirming and transferring agricultural IPR.The model was implemented and tested in terms of functional modulesand perform
7、ance.The results show that the model has good performance and high security,and can achieve credibleconfirmation and traceability of agricultural intellectual property rights.Key words:agricultural intellectual property;consortium blockchain;smart contract;digital watermarking;interplanetary file sy
8、stem(IPFS)随着知识经济的迅猛发展和经济全球化的不断加强,知识产权作为拥有先进技术水平、自主创新能力以及未来发展潜能的标志,对其创造、保护和运用愈发成为在农业国际竞争中取得优势的关键。收稿日期:2 0 2 2-12-2 9,修回日期:2 0 2 3-0 3-2 2基金项目:河南省科技攻关项目“链上链下协同区块的作物种质资源数据安全共享关键技术研究”(2 32 10 2 2 10 12 2);河南省高等学校重点科研项目“基于联盟链和人脸识别的身份认证研究”(2 3A520005);河南省科技攻关项目“基于多属性的种质资源海量数据组织方法研究”(2 32 10 2 52 0 0 0 6)1
9、20司海平等:基于联盟链的农业知识产权确权研究调查显示,全球农业领域30%50%的增产要素来源于新技术或新产品,农业知识产权具有巨大的经济效益【1。近年来,中国农业知识产权事业得到了快速发展,以农业领域专利为例,中国专利产出优势突出,2 0 142 0 2 1年间农业专利申请量稳居世界前列,已成为全球最大农业专利产出国。与此同时,专利保护问题逐渐凸显,有研究者对我国32 家科研机构进行了调查,结果发现这些机构全部有被侵权记录,且由于保护成本高、流程繁琐等基本都采用协商解决的方式 2】,足见知识产权侵权现象较为严重,至今还没有很好的解决办法。侵权问题难以解决,使得专利保护和知识产权的有效转化和利
10、用受到一定的制约,农业领域知识产权能力与发达国家仍存在较大差距。这种情况下,通过增强知识产权保护意识,利用高新技术培育知识产权驱动的农业产业链,建立知识产权保护机制,可以逐步解决知识产权保护和转化利用中存在的问题,为农业领域的发展提供更广阔的空间。农业知识产权保护领域目前已有不少成果,比如致力于构建互联互通的全国农业科技成果转化系统的全国农业科技成果转移服务中心、提供专利检索和专利预警与侵权服务的内蒙古农业大学高校国家知识产权服务中心、中国农业科学院技术转移中心研发建设的农业国际合作知识产权服务平台以及江苏省知识产权保护中心发布的农业技术知识产权公共服务平台等。然而随着信息技术和现代生物学的突
11、破性发展,农业知识在网络上的传播更加便捷且具有隐蔽性,侵权行为的防范也更加困难,进一步增加了农业知识产权保护难度,且知识产权确权耗时长、成本高、存在单点故障等问题是这些传统企业无法解决的,帮助产权方进行维权的机构较少,通常需要举证方自行寻找侵权证据,导致侵权举证和产权溯源也异常困难。而区块链技术去中心化、可追溯及不可篡改性等技术特征可以解决上述传统知识产权系统存在的问题【3区块链技术自提出以来发展至今,即将迎来3.0时代,开始拓展到金融领域之外落地应用项目,为各行各业提供去中心化解决方案【4。知识产权管理方面的应用被认为是区块链技术最有可能落地的应用方向之一,诸多学者也对基于区块链的知识产权保
12、护方案进行了研究。其中,宁梦月等5】分析了当前知识产权领域存在的问题,构建基于Polkadot的异构多链知识产权保护模型,实现节点地址、权限流转记录、维权信息在区块链内的永久记录,并对模型进行科学性及应用可行性分析;阳真等【6 使用AES和改进的CP-ABE算法对测试任务与代码进行访问控制实现隐私保护,结合区块链与IPFS进行测试报告与被测代码的可信存证与实时确权,实验与分析证明了众测知识产权保护方案的实用性和有效性;孙嘉豪等7 在改进的PBFT算法基础上,构造一种区块链知识产权保护模型,设计了包括产权登记和转让智能合约的知识产权管控协议,提供了解决数字作品产权登记困难和交易混乱问题的方法;张
13、海强等【8】针对基于区块链的知识产权管理平台竞争策略,提出了基于Hotelling模型的三阶段博奔模型,并分析新兴的基于区块链的知识产权确权渠道,探索了不同市场环境下平台确权渠道的最优决策问题,为确定知识产权代理平台的最佳确权可信能力提供启示。理论层次也有很多学者,例如,华劫 】分析了区块链技术和智能合约应用于知识产权确权和交易领域的法律规制问题;黄武双等【10 分析了区块链技术对知识产权的确权帮助作用以及侵权证明作用;乔瑜【11 指出了区块链技术在文化创意产业知识产权保护中的应用困境和保护路径。上述研究多是从区块链和知识产权相关法律法规、区块链应用场景、基于区块链的知识产权保护理论上的可行性
14、、相关算法及系统架构等方面进行探讨,但针对区块链背景下完整的知识产权保护系统构建的研究相对较少,且专注于农业领域知识产权系统的开发基本没有。本文通过研究HyperledgerFabric联盟链、IPFS、加密算法、数字水印技术以及CouchDb数据库,以联盟链网络结构设计农业知识产权登记、查询与转让等智能合约实现数据的可信存证与溯源追踪,解决了农业领域专利申请时间长、成本高,侵权诉讼举证困难、公证处证据固定耗时久等问题,实现了农业知识产权的有效确权保护。1关键技术1.1联盟链作为非对称加密技术、时间戳、共识机制等一系列技术的集成,区块链概念一经提出就起了一股金融科技狂潮,2 0 16 年相关企
15、业投资达到数十亿美元,2 0 17 年中国政府网发表我国区块链产业有望走在世界前列向大众普及区块链技术并公开支持区块链发展。区块链以其去中心化、公开透明及数据不可篡改等特征,在金融、物联网、医疗、能源等多个不同领域的应用加速落地 12 。其主要开发平台包括完全去中心化、人人可参与的公有链如以太坊,部分去中心化、写入权限仅限系统参与者的联盟链如HyperledgerFabric等13联盟链是指多个机构或组织参与管理的区块链,其中每个组织成员都拥有一个或多个Peer节121司海平等:基于联盟链的农知识产权确权研究点,节点间共同记录交易数据【14。随着IBM推出HyperledgerFabric,联
16、盟链这一去代币化的区块链模型成为国内产业区块链的基础模型,国内大量产生的产业区块链绝大多数是以HyperledgerFabric为参考的联盟链应用体系。不同于涉及加密代币的工作量证明(PoW)共识机制,联盟链系统中的共识算法多采用经典分布式问题中的拜占庭容错算法PBFT和RAFT算法,通常需要CA证书体系进行准人控制以抵御可能出现的“女巫攻击”5。HyperledgerFabric克服了公有链项目交易公开无隐私保护、共识算法低效及吞吐量低等缺点【16 ,不仅拥有存证和溯源的基础能力,还具有交易速度快、易扩大规模、成本低等优势,被广泛应用于知识产权保护领域。故本文使用交易效率较高、适合商用、包含
17、身份认证、访问控制和智能合约等服务的HyperledgerFabric平台构建系统。1.2智能合约智能合约是运行在区块链数据库上的一种计算机程序,能够让用户自已定义所需交易逻辑,是应用系统与区块链底层交互的中间件,可以在满足其源代码设定条件下自行执行,其主要应用场景包括比特币、以太坊以及HyperledgerFabric联盟链等项目。以智能合约从协商、开发、部署到执行的生命周期为顺序,主要过程包括合约各方协商确定合约内容后开发标准合约代码;然后将合约以P2P方式发送至每一个节点,待所有节点达成共识后即可以区块形式将合约集合发送至全网各个节点,最后通过外部事件触发合约自动执行【17 ,进而实现账
18、本的更新和维护。整个合约处理过程都由区块链底层内置的智能合约系统自动完成,公开透明,不可篡改。本文智能合约采用Go语言编写,部署在Peer上,单独运行在Docker容器中,外部应用程序通过命令行或SDK对账本进行操作,采用JavaScript语言的相关API来实现对链码的部署及调用执行,以此实现对分布式账本上键值对或其他状态数据库的读写操作。在知识产权保护区块链网络中,通过智能合约的调用实现自动化存证、数据交易以及用户维权,既可以保障知识产权交易安全性与实现确权保证,又为农业知识产权维权提供有力凭据。1.3文档数字水印算法数字水印(digitalwatermark),是将标识信息直接嵌人数字载
19、体(包括文本、图像、音频和视频等)中以解决网络环境中产权保护问题,并实现防伪溯源,包括嵌人信息能被看见的明水印和一般状况下无法被发现的隐藏式暗水印。隐藏式水印的重要应用之一就是产权保护和用户维权。基于本文研究对象的PDF特征,选取隐藏式文档数字水印算法,在相应PDF文档中嵌人产权和交易信息等水印信息,对知识产权数据保护和交易进行可信管理。设M为待添加水印的文档,W为原始水印信息,由于目前数字水印技术不如密码技术那样成熟。需要配合密码学技术才更可信赖,K表示加密算法,处理后的水印信息由W表示,由函数F定义如式(1):W=F(M,W,K)(1)编码函数设为E,水印文档嵌人可表示为式(2)M =E(
20、M,W/)=E(M,F(M,W,K)(2)必要的时候对水印进行提取以确认文件所有权和跟踪侵权行为,水印提取过程中需要用到解码函数D,输出一个判定水印信息是否存在的0-1决策,W*为提取出的水印,水印信息检测函数用C表示,S为决策阈值,水印信息提取和检测公式如式(3)一4)W*=D(M,M)(3)(0 未检测到水印信息)C(W,W*,K,8):(4)(1检测到水印信息根据提取到的水印信息与原始水印进行相关性测试,Corr取值在-1,1之间,相关值超过该阈值,则认为水印存在,计算如公式(5):NZ(w,-w)(w-w)Corr(w,w)=1(5)2(w-W)2(w.-w)N=1=1本文选取行末标识
21、符作为水印嵌人点,利用PDF文档中空白字符不会在页面上显示的特性,对交叉引用表中行末标识符进行同等大小的替换,实现水印信息嵌人。如图1所示,水印嵌人阶段用户以formData格式传PDF文档和水印信息,对行末标识符进行统一修改,然后加密水印信息并将密文编码为二进制数据流,再据此对交叉引用表中行末标识符进行修改,重新生成PDF文档,完成水印嵌人工作。水印提取则是将上述嵌人过程逆转,根据已嵌入水印文档中行末标识符还原水印二进制数据流,经过解码、解密处理得到水印明文 18 O加编水印信息密文密码水印解码含水印文档水印明文信息嵌入解密PDF文档水印嵌入水印提取图1水印嵌入与提取流程1.4星际文件系统星
22、际文件系统(interplanetaryfilesystem,IPFS)122司海平等:基于联盟链的农业知识产权确权研究旨在创建持久且分布式存储和共享文件的网络传输协议,利用分布式存储和内容寻址技术,将点对点的单点传输变为P2P传输,具有数据安全防篡改、无单点故障、访问速度快以及有容灾备份机制等优势。IPFS存储文件时将文件等大小分块,再构建各块Hash值和文件检索表,之后将文件分块存储在分布式服务器上。查找时只需输人存储文件时返回的HashID,系统根据文件检索表和内部路由表自动查找并合并各文件块组成原始文件【19 O据统计,2 0 16 一2 0 2 1年我国农业专利申请量均突破十万,为满
23、足基于联盟链的农业知识产权保护系统后续推广需求、处理大规模数据,故选择IPFS作为链下存储系统辅助存储,以减少链上存储消耗,缓解存储压力。在IPFS上实现水印文档的加密存储,链上仅保存少量关键信息以及链下数据的存储位置索引信息,从而扩展现有区块链应用系统的数据存储能力。本文结合区块链技术和数字水印技术,将嵌入水印的文档通过哈希加密生成IPFS地址,再将地址信息和数据摘要存储在区块链上,等同于将原始数据简化成IPFS地址后上链,极大缓解了区块链节点的存储压力,为后续农业知识产权保护系统的推广使用提供了有利条件。通过在区块链上存储嵌人水印的文档的IPFS地址和数据摘要,提供了溯源和证明知识产权的凭
24、证,后续出现侵权行为时,亦可通过提取文档中的水印信息即在文档中嵌入的可识别和追溯的标识,包含产权人信息、时间戳等内容,以证明知识产权的归属和侵权事实,作为维权的重要依据之一。2农业知识产权保护系统设计2.1农业知识产权保护模型基于区块链技术、数字水印算法和IPFS星际文件系统,本文以农业种植技术领域相关专利为研究对象,提出了一种农业知识产权保护模型,如图2所示。模型主要包括数据确权、数据交易以及用户维权3个部分,用户可在客户端操作,通过调用智能合约实现整个专利保护流程。数据确权部分包括:(1)将文档数字水印算法应用于PDF文档中,实现水印信息的嵌人,含水印文档储存于IPFS星际文件系统并生成唯
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