CN113377873A - 一种基于联盟链的知识产权保护区块链构建方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种基于联盟链的知识产权保护区块链构建方法，设计和模拟了基于联盟链的知识产权保护区块链网络模型，其中的组织节点包括：专利局组织节点、知识产权法院组织节点、单位组织节点、专家组织节点、排序节点；其中专利局组织节点、知识产权法院作为背书节点为交易签名，并且和单位、专家组织等普通节点共同保存账本副本；利用Raft共识机制保证各节点保存的区块链账本数据一致；使用CouchDB作为状态数据库保存数据的最新状态，提高区块链查询效率；本发明通过设计官方组织参与的联盟链网络提高可监管性和权威性；利用世界状态数据库保存数据最新状态提高查询效率；并对网络共识流程进行分析设计，最终达到提高交易吞吐率、知识产权可监管溯源的目的。

Description

一种基于联盟链的知识产权保护区块链构建方法
技术领域
本发明属于区块链应用领域，提出了一种基于联盟链的知识产权保护区块链构建方法，并且通过智能合约提供数据存储和访问接口。
背景技术
区块链是一种基于分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用体系。它本质上是一个去中心化的数据库，是一串使用密码学方法相关联产生的数据块，每一个数据块中包含了一批次网络交易的信息，用于验证其信息的有效性(防伪)和生成下一个区块。广义来讲，区块链技术是利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构与计算方式。
区块链发展目前经历了三个阶段。2008年，Nakamoto首次提出了比特币，迎来了区块链1.0时代；以太坊由俄罗斯的Vitalik Buterin提出，引入智能合约使得分布式应用DAPP开始广泛应用于其他领域，创造了区块链2.0时代；随着区块链技术的深入研究，目前仍处于区块链3.0时代，以超级账本和企业操作***为核心技术主要竞争者。
随着区块链技术的发展，目前区块链分为三类：公有链、联盟链和私有链。并且形成了数据层，网络层、共识层、激励层、合约层、应用层六层架构。目前主要的研究集中在共识层和应用层方面。
共识机制可分为以下几种类型：(1)经典分布式共识，主要在节点之间完成状态机复制，实现一致性和活性。如Paxos、PBFT、Hot-Stuff等。(2)授权共识机制，是节点通过身份认证后再利用分布式一致算法完成区块链的生成和维护。一般用于联盟链网络中，如HyperLedger、DFINITY等。(3)基于工作量证明的共识机制，通过自身算力解决密码学问题完成认证。如比特币、以太坊、BitCoin-NG、GHOST等。(4)基于权益知识证明的共识机制，在合法持币者中随机选择出块节点，概率和持币数量相关。包括PP-Coin、Casper FFG、DPOS等。(5)采用单一委员会的混合共识机制，主要利用PoW和PoS选出部分节点作为共识委员会，委员会内部运行类似于PBFT的一致性算法完成区块链生成。包括PeerCensus、ByzCoin等。(6)采用多委员会混合共识，先将网络划分为不同分区，每个分区运行并行的委员会进行交易处理。包括ELASTICO、Omniledger等。共识机制主要是从安全性、算力消耗、交易吞吐率、交易确认时间、可拓展性等方面进行创新优化。例如将消耗大量算力的工作量证明机制改进为权益知识证明，但是在获得更好的交易性能的基础上损失了一定的容错能力；引入联盟链提高效率的同时舍弃了部分去中心化的特性。
区块链应用在知识产权保护领域，目前已有一些尝试，例如通过数字作品特征提取技术提取特征信息，利用区块链去中心化、不可篡改、可溯源的特性保存相应特征来保护原创作品；利用环签名等技术对创作者身份隐私信息加以保护。也有企业公司针对图片、影音等特定数字产品进行不同程度的保护。但是这些成果往往是利用密码学算法进行计算存储，没有引入政府监管部门相应节点，或者只是对特定作品进行有限的保护。
发明内容
为了解决公有链交易吞吐量低、没有政府官方节点参与的问题，本发明对区块链网络进行了深入研究，提出了一种基于联盟链的知识产权保护区块链构建方法。该方法基于联盟链身份验证的思想，提出了产权保护区块链网络模型，并对网络共识机制进行分析设计，利用智能合约进行数据存储和访问，达到提高交易吞吐率、知识产权可监管溯源的目的。
本发明的技术方案是：一种基于联盟链的知识产权保护区块链网络构建方法，包括如下步骤：
步骤1：进行服务器集群准备和环境配置，准备5台配置基本环境的服务器模拟各组织节点，相互之间能够进行网络访问，设计并模拟多组织参与的联盟链网络，其中的组织节点包括：知识产权法院组织节点、专利局组织节点、单位组织节点、专家组织节点、排序节点；其中专利局组织节点、知识产权法院作为背书节点为交易签名，并且和单位、专家组织等普通节点共同保存账本副本；利用Raft共识机制保证各节点保存的区块链账本数据一致；使用CouchDB作为状态数据库保存数据的最新状态，提高区块链查询效率；
步骤2：确定各服务器容器个数和相应角色；编写相应的配置文件在对应的主机启动相应的基本容器；
步骤3：生成组织结构和身份证书，通过相应的配置文件指定整个网络中相关组织节点的详细信息，生成相应证书和密钥；
步骤4：创建创世区块和通道，利用配置文件指定组织信息和通道中不同组织的访问权限，实现数据的隔离性和隐私的保护，最终生成创世区块和通道；
步骤5：将各组织节点加入通道并生成锚节点用于跨组织通信；
步骤6：启动网络中各个节点，编写相应的配置文件并使用docker-compose工具启动网络。
步骤7：测试网络运行状态，在网络中实例化已编写的智能合约并测试运行，检查交易运行流程是否正确和对应数据的变化情况是否符合预期；如果运行符合预期，则基于联盟链的知识产权保护区块链网络构建完成。
进一步的，所述步骤2中，5台服务器模拟为知识产权法院组织、专利局组织、专家组织、单位组织、排序组织的物理计算机节点，前四台服务器分别运行两个Peer容器和对应的CouchDB容器作为世界状态数据库；另外知识产权法院组织、专利局组织服务器中的其中一个peer容器用于为知识产权交易背书，增加交易的监管性和权威性；排序组织运行三个order节点运行Raft共识机制保证所有节点的本地账本一致。
进一步的，所述步骤7具体包括：
7.1：专家或者单位组织的用户通过客户端容器调用所有权转换的智能合约，客户端整理数据向专利局组织和知识产权法院组织的背书节点发起交易申请背书；
7.2：专利局组织和知识产权法院组织的背书节点模拟执行智能合约，验证正确后进行签名并返回背书数据；
7.3：客户端收集到官方节点(即专利局组织和知识产权法院组织节点)的任一背书即可向排序节点发送交易信息，排序节点验证背书并执行通过后，内部容器根据Raft共识机制保证一段时间收到的交易数据有序一致；
7.4：排序节点在规定的时间内产生相应区块加入本地区块链，并且广播给所有组织节点的Leader节点，并且将智能合约执行结果返回给客户端；
7.5：不同组织的Leader节点利用gossip协议向组织内其他节点广播，所有节点最终形成一致的本地数据，并将数据的最新状态存入CouchDB中便于查询。
有益效果：
本发明由于采取联盟链技术方案，与传统的中心化方案和公有链方案相比具有以下有益效果：
1、半去中心化、可溯源。避免在中心化存储方式中心服务器被攻击而导致的知识产权交易数据篡改、缺失数据导致知识产权不可溯源等问题。
2、提高了交易的吞吐率。因为联盟链已经对加入区块链的节点进行身份验证和授权，不需要使用公有链中的高度重视安全而忽略吞吐率的共识算法。从而满足实际分享交易***的需要。
3、增加了查询效率并提供富查询功能。利用支持富查询的CouchDB存储数据最新状态。无需遍历整个区块链才能获得数据最新状态。
4、区块链网络中引入专利局、知识产权法院两个政府官方节点作为背书节点。提高知识产权分享交易的可监管性和权威性，为可能存在的知识产权纠纷提供可信且完整的参考数据。
附图说明
图1为服务器节点设计图；
图2为发起交易时***时序图；
图3为Raft共识机制节点状态转移图；
图4为节点配置文件示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点表达地更加清楚明白，以下结合附图和具体实施步骤对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
根据本发明的实施例，提出一种基于联盟链的知识产权保护区块链网络构建方法，包括如下步骤：
步骤1：服务器集群准备和环境配置。根据本发明的一个实施例，准备5台配置go语言、docker、Hyperledger Fabric等基本环境并且能够相互访问的服务器；利用所述5台服务器分别模拟专利局组织节点、知识产权法院组织节点、单位组织节点、专家组织节点、排序组织节点，相互之间能够进行网络访问；
步骤2：确定各服务器容器个数和相应角色。根据图1的节点设计图编写相应的配置文件，主要包括容器名称、容器镜像、访问端口、文件映射等信息，利用docker-compose工具在不同服务器启动相应的基本容器。例如，服务器1作为知识产权法院组织节点，容器名称分别设置为peer0.org1.SmartCityDataResource.com等，其角色用途设置为：Leader/背书节点；client容器提供外部访问接口。服务器2、服务器3、服务器4相似。服务器5作为排序组织节点，启动三个容器并运行Raft共识机制保证网络中的区块链账本数据和世界状态服务器一致。
具体配置文件参考图4，例如图中的container_name制定了容器名称，image制定了镜像文件、volumes制定了文件映射关系。
步骤3：生成组织结构和身份证书。根据本发明的一个实施例，可选的，通过crypto-config.yaml配置文件指定整个网络中相关组织的详细信息，包括网络域名、组织名称、组织中Peer节点数量、世界状态数据库信息、Peer中用户节点数量等信息，通过cryptogen工具生成相应证书和密钥，以固定结构并保存至相应节点。
步骤4：创建初始区块和通道。根据本发明的一个实施例，可选的，利用configtx.yaml配置文件指定当前各组织信息以及通道中不同组织的访问权限；利用configtxgen工具生成创世区块和通道，只有加入通道的组织才能访问，实现数据的隔离性和隐私的保护。
步骤5：将各组织节点加入通道并生成锚节点。联盟链中需要跨组织通信，所以需要配置锚节点信息作为同一通道中其他组织的入口。利用peer channel join命令让容器加入通道；利用peer channel update更新组织中的锚节点。
步骤6：启动网络中各个节点。根据本发明的一个实施例，可选的，利用docker-compose-cli.yaml配置文件中指明容器中区块保存路径、MSP所在路径即公钥和证书路径、监听端口、世界状态数据库访问路径、Raft共识机制、背书节点、背书策略等信息,利用docker-compose命令启动整个网络。
步骤7：测试网络运行状态。将已经编写完成的智能合约利用命令行进行打包、安装、实例化部署完成之后，调用相应的交易函数测试，检查交易流程是否如图3进行、数据是否上链、世界状态数据库是否达成共识、返回的结果是否正确等。具体如下：
7.1：专家或者单位组织的用户通过客户端容器调用所有权转换的智能合约，客户端整理数据向专利局组织和知识产权法院组织的背书节点发起交易申请背书。
7.2：知识产权法院组织和专利局组织的背书节点模拟执行智能合约，验证正确后进行签名并返回背书数据。
7.3：客户端收集到官方节点(即知识产权法院组织节点和专利局组织)的任一背书即可向排序节点发送交易信息，排序节点验证背书并执行通过后，内部容器根据Raft共识机制保证一段时间收到的交易数据有序一致。
7.4：排序节点在规定的时间内产生相应区块加入本地区块链，并且广播给所有组织的Leader节点，并且将智能合约执行结果返回给客户端。
7.5：不同组织的Leader节点利用gossip协议向组织内其他节点广播，所有节点最终形成一致的本地数据，并将数据的最新状态存入CouchDB中便于查询。
通过上述七个步骤，可以搭建起适用于知识产权保护的联盟链网络。并且达到了半去中心化、可溯源、较高的交易吞吐量和查询效率、政府节点背书等效果。其中不同节点保存的本地账本通过排序节点运行的Raft共识机制保证一致，图2是Raft共识机制节点状态转移图。其中时间被划分成任期，一个任期中跟随者接受来自候选者的投票请求和接受领导者的心跳，如果一段时间内没有收到任何请求或心跳则成为候选者并发起投票；候选者收到大部分节点投票之后称为领导者，如果选举中发现领导者或者任期更高的候选者则变成跟随者，当选举超时则重新发起选举；领导者周期性向所有跟随者发送心跳信号保证跟随者复制其账本信息。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (3)

1.一种基于联盟链的知识产权保护区块链网络构建方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：进行服务器集群准备和环境配置，准备5台配置基本环境的服务器模拟各组织节点，相互之间能够进行网络访问，设计并模拟多组织参与的联盟链网络，其中的组织节点包括：知识产权法院组织节点、专利局组织节点、单位组织节点、专家组织节点、排序节点；其中专利局组织节点、知识产权法院作为背书节点为交易签名，并且和单位、专家组织普通节点共同保存账本副本；利用Raft共识机制保证各节点保存的区块链账本数据一致；使用CouchDB作为状态数据库保存数据的最新状态，提高区块链查询效率；
步骤2：确定各服务器容器个数和相应角色；编写相应的配置文件在对应的主机启动相应的基本容器；
步骤3：生成组织结构和身份证书，通过相应的配置文件指定整个网络中相关组织节点的详细信息，生成相应证书和密钥；
步骤4：创建创世区块和通道，利用配置文件指定组织信息和通道中不同组织的访问权限，实现数据的隔离性和隐私的保护，最终生成创世区块和通道；
步骤5：将各组织节点加入通道并生成锚节点用于跨组织通信；
步骤6：启动网络中各个节点，编写相应的配置文件并使用docker-compose工具启动网络；
步骤7：测试网络运行状态，在网络中实例化已编写的智能合约并测试运行，检查交易运行流程是否正确和对应数据的变化情况是否符合预期；如果运行符合预期，则基于联盟链的知识产权保护区块链网络构建完成。
2.根据权利要求1所述基于联盟链的知识产权保护区块链网络构建方法，其特征在于：
所述步骤2中，5台服务器模拟为知识产权法院组织、专利局组织、专家组织、单位组织、排序组织的物理计算机节点，前四台服务器分别运行两个peer容器和对应的CouchDB容器作为世界状态数据库；另外知识产权法院组织、专利局组织服务器中的其中一个peer容器用于为知识产权交易背书，增加交易的监管性和权威性；排序组织运行三个order节点运行Raft共识机制保证所有节点的本地账本一致。
3.根据权利要求1所述基于联盟链的知识产权保护区块链网络构建方法，其特征在于：所述步骤7具体包括：
7.1：专家或者单位组织的用户通过客户端容器调用所有权转换的智能合约，客户端整理数据向专利局组织和知识产权法院组织的背书节点发起交易申请背书；
7.2：专利局组织和知识产权法院组织的背书节点模拟执行智能合约，验证正确后进行签名并返回背书数据；
7.3：客户端收集到官方节点即专利局组织和知识产权法院组织节点的任一背书即可向排序节点发送交易信息，排序节点验证背书并执行通过后，内部容器根据Raft共识机制保证一段时间收到的交易数据有序一致；
7.4：排序节点在规定的时间内产生相应区块加入本地区块链，并且广播给所有组织节点的Leader节点，并且将智能合约执行结果返回给客户端；
7.5：不同组织的Leader节点利用gossip协议向组织内其他节点广播，所有节点最终形成一致的本地数据，并将数据的最新状态存入CouchDB中便于查询。
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