基于区块链NFT的知识产权数字化上链管理方法.pdf

Computer Era No.10 20230 引言非同质化通证1（Non-Fungible Token,NFT）由加密猫 CryptoKitties 的创始人兼 CTO Dieter Shirley在2017年正式提出的，实质是区块链网络里具有惟一性特点的可信数字权益凭证2，是一种可在区块链上记录和处理多维、复杂属性的数据对象。区别于同质化通证（Fungible Token,FT），NFT具有独一无二、不可替代的特性，目前被广泛应用于互联网数字藏品、虚拟艺术品等Web3加密技术中3。国内外已有的NFT相关研究主要集中于NFT的概念以及应用探索、模型架构和应用研究。GhoshIndranil等4学者通过集成机器学习和XAI检验对NFT和 DeFi 价 格 的 动 态 做 出 实 验 化 的 预 测 和 解 释。AlbayatiHayder等5人使用Smart-PLS 4进行分析，以确定基于方差的结构方程建模(SEM)，使用偏最小二乘路径建模(PLS)方法，基于计划行为理论(TPB)评估NFT Metaverse中的参与决策。Chen Jun等6通过对NFT艺术的商业方面及其新版本的分析，重点介绍了美国和中国对未经许可使用基础作品的规制，考虑了NFTs是否会重新定义艺术和艺术家的未来。陈锐等7DOI:10.16644/33-1094/tp.2023.10.026基于区块链NFT的知识产权数字化上链管理方法*阙培斯，高飞，曾一洪(西藏大学信息科学技术学院，西藏 拉萨 850032)摘要：本文提出基于NFT的知识产权数字化管理方法。该方法凭借区块链NFT对数字化财产确权的惟一性，使用Solidity智能合约与知识产权管理技术，实现链下知识产权认证与链上产权认证的强绑定。当链下知识产权确定后，其对应的数字凭证在链上进行NFT铸造并传输。让产权证明拥有安全可靠的惟一识别与链上确权，为未来知识产权和其他数字资产在Web3及虚拟数字世界中的认证提供可行的技术支持。关键词：非同质化通证；区块链；智能合约；知识产权中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1006-8228(2023)10-126-06Digital on-chain management method of intellectual propertyrights based on blockchain NFTQue Peisi,Gao Fei,Zeng Yihong（Tibet University,College of Information Science and Technology,Lhasa,Tibet 850032,China）Abstract：A digital management method of intellectual property based on NFT is proposed.This method relies on the uniquenessof blockchain NFT to confirm digital property rights,and uses Solidity smart contracts and intellectual property managementtechnology to achieve strong binding of off-chain intellectual property certification and on-chain property rights certification.Whenthe off-chain intellectual property rights are determined,their corresponding digital certificates are cast and transmitted on the chain.It allows the proof of property rights to have a safe and reliable unique identification and on-chain confirmation,and providefeasible technical support for the future certification of intellectual property rights and other digital assets in the Web3 and virtualdigital world.Key words：non-fungible tokens(NFT);blockchain;smart contracts;intellectual property right收稿日期：2023-06-02*基金项目：基于“区块链”技术的高校优质教育资源平台建设方案研究（XZJYKT221008）作者简介：阙培斯（1999-），男，四川省眉山市人，硕士，主要研究方向：区块链、密码学。通讯作者：高飞（1980-），男，内蒙古自治区呼和浩特市人，硕士，教授，硕导，主要研究方向：区块链、密码学、图像处理。126计算机时代 2023年 第10期构建了链上链下加IPFS分布式文件存储系统相结合的数据存储方案，保障对区块空间的合理利用，并基于划分的拜占庭容错共识算法 DPBFT(Division-basedPractical Byzantine Fault Tolerance)，以满足艺术品交易系统的性能需求。基于目前区块链常见的闪电网络8上链研究方法，本团队在区块链共识算法、数据保护以及信息校准识别等方面的研究工作，结合团队前期对知识产权信息存储的研究，提出基于NFT的知识产权数字化上链管理方法，将实物或电子版知识产权映射到区块链并形成对应的非同质化通证，已达到个人知识产权在链上认证。知识产权拥有者可以将其铸造成对应的NFT货币，实现链下物理知识产权认证与链上虚拟产权认证的强绑定。上链信息设计成联盟链的单链惟一锚定机制，确保用户数据安全，维护国家知识产权安全保存。1 相关技术介绍NFT是英文Non-Fungible Token的缩写，一般指基于以太坊标准ERC721、ERC11559发行的非同质化权益凭证，是区块链技术下的数字资产证书。NFT具有独一无二、不可替代的特性，目前特别适合对艺术品、游戏道具、珠宝名画等具有特殊价值的事物进行认证确权10，同时可以使用NFT相关技术证明和追溯所有权。ERC是Ethereum Request for Comments（以太坊征求意见提案）的缩写11，代表以太坊已正式化的提案，它是由以太坊升级提案(Ethereum ImprovementProposals,EIP)12经过以太坊开发团队各种审议和测试后通过的一种提案，如图1所示。对有用提案进行标准化，从而实现对开发者提供模版帮助以及标准限制13。图1ERC执行标准流程图ERC721标准主要定义了标准化的接口样例14，不同的去中心化应用通过在自己的业务模块中实现这些标准化的接口，使得基于ERC721标准的不同去中心化应用的NFT资产能够互通，ERC721定义的主要接口有：ownerOF（查询NFT的链上归属）、transferForm（转移NFT）、approve（NFT授权）、setAPProv-alForAll（链上账户授权）。ERC-1155允许使用者在同一个智能合约中无限量地重复使用同质化或者非同质化的代币。是可以一次性铸造多种多量同质化及非同质化资产的以太坊标准。使用ERC-1155进行铸币就可以更高效率完成，且 gas fee只需要发送一次。相对 ERC-721具有极低的铸造成本15。2 基于NFT的知识产权数字化上链管理方法知识产权的持有者可向相关NFT平台申请上链，完成区块链对应的虚拟产权的映射，物理世界与虚拟世界（即区块链）通过NFT链接。当知识产权上链后，持有者可在区块链上声明所有权和交易权。2.1 模型整体设计图2知识产权资产化模型本团队研究的知识产权上链方法为产权所有者提供了将知识产权上链并铸造成对应可惟一识别NFT的功能。该方法是由产权持有者、知识产权管理机构及NFT发行平台组成。知识产权管理机构需要对产权持有者的知识产权进行认证和授权，生成产权证明及惟一编号。知识产权管理机构服务方可以为产权持有者提供知识产权NFT通证铸造服务，为所提供的NFT发行平台信誉背书并将数字化知识产权保存于区块链当中，区块链链上结构域包括用户 Web端、联盟区块链、以太坊、公有区块链和星际文件系统（Interplanetary File System,IPFS）集群。如图 2 所示，其中Web端是产权持有者与知识产权管理机构和链上NFT平台交互的媒介；联盟链节点由一些具有权127Computer Era No.10 2023威和安全系数高的机构及NFT管理平台进行管理和维护，联盟链通过智能合约编译和存储知识产权数据，一旦上链信息将无法更改，确保知识产权所铸造知识产权NFT安全性和不可篡改性。2.2 知识产权管理机构及NFT发行平台信息存证对于知识产权的物理级别保护目前是基于知识产权管理机构所颁发的纸质证书和惟一识别编号，知识产权的所有权需要与知识产权管理机构的颁发人见证下进行绑定。知识产权的数字级别保护是基于区块链不可篡改性，若把知识产权的所有权映射到区块链数字空间，则需将知识产权管理机构与NFT发行平台进行绑定在知识产权管理机构监督和背书下NFT发行平台对知识产权进行上链和管理。NFT发行平台通过生成管理机构信息存证合约（ManagementAgency Information Depository Contract,MAIDC）将其上链存证，以便后续与存入的知识产权NFT进行绑定。NFT发行平台存证信息CERT-NFTtra如表1所示。表1NFT发行平台存储知识产权信息信息参数ID-useName-IPRTime-IPRCochain-timeNum-blockNum-NFT参数含义产权持有者ID产权名称产权颁布时间上链时间链上区块高度NFT编号存证流程的算法描述如下：算法1 NFT发行平台存证流程算法输入：Nft_File输出：function(NFT_Ipr_Msg)1.Nft_File=generate_nft_file(raw_nft_data)2.Ipfs_cert=store_in_ipfs(Nft_File)3.Nft_Ipr_Msg=Reconstruct_Using_Ipfs(Ipfs_Cert,Raw_Nft_Data)4.result=function(NFT_Ipr_Msg)5.if result=true:6.return true7.else:8.return false根据算法 1，NFT 平台的管理人员需要将原始NFT数据输入Raw_Nft_Data到区块链存储中，通过知识产权管理机构发布的产权编号生成NFT信息文件NFT_File，并上传至IPFS，以获取IPFS地址ipfs_Cert。同时，从原始数据Raw_Nft_Data中提取关键字段，例如 ID-Use、Name-Ipr、Time-Ipr、Cochain-Time 和Num-Block,用于生成 NFT惟一编号 Num-NFT。将这些关键信息与ipfs_cert相结合，获得NFT知识产权关键信息NFT_Ipr_Msg，并使用智能合约对该信息进行上链存证。2.3 知识产权上链在进行知识产权持有者进行 NFT 铸造之前,NFT发行平台需要将知识产权版权信息送到知识产权管理机构进行产权版号真实性鉴别,相关负责人要对鉴定结果、对鉴定结果的签名数据和鉴定时间交给产权持有者,这些信息将作为数字签名和时间戳保存到区块链中。知识产权持有者通过NFT发行平台进行NFT铸造，其中主要工作包括二个部分：知识产权NFT铸造和知识产权NFT转让。2.3.1 NFT铸造在进行NFT铸造时，首先会提取知识产权的基本信息：作者、内容属性、发布及上链时间等，将这些信息转化为byte字节，将字节输入到加密算法中得到一个输出值。若选择的是哈希算法，可以得到一个哈希值，基于哈希算法单项性和抗碰撞属性，每一个哈希值都惟一对应一个源内容，无法轻易被篡改。这个哈希值就是知识产权的数字化中间产物-数字ID。选择区块链任意一条公链进行智能合约开发,不同的公链，其底层标准协议逻辑或技术组件都有所差别，本团队使用区块链私有链联盟链的形式，只针对知识产权管理机构及NFT发行平台等特定群体的成员和有限的第三方，其内部指定多个预选节点为记账人，每个块的生成由所有的预选节点共同决定。在信息撰写是使用Solidity语言进行智能合约开发，并导入到中心化应用（Decentralized Application,DAPP）。调用开发的智能合约，将知识产权数字化ID储存在所选择的私有链上，将知识产权信息发送至链上 NFT 铸造合约（Intellectual Property NFT CastingContract,IPNCC），智能合约直接映射了所制作的NFT具有的基本属性和流转方式。NFT 铸造流程的算法描述如下：算法2 知识产权NFT铸造流程算法输入：File_ipfs输出：Pro_Nft1.File_Ipfs=Save_Ipfs(File_Ip)2.TokenID_Pro=TokenID()128计算机时代 2023年 第10期3.Num_Nft=Mint(Add_Owner,TokenID_Pro)4.TokenID_Pro0=Num Nft5.Pro_Nft=Chain_Nft(ID_Nft,Num_Btc,TokenID_pro,Num_Nft)6.return Pro_Nft如算法2，将给定的文件上传到IPFS网络并获取生成的IPFS哈希值，保存在名为File_Ipfs的变量中。使用了之前生成的IPFS哈希值来辅助重构产权信息。获取一个新的产权ID，将其保存在名为TokenID_Pro的变量中。为指定的所有者铸造一个代币，该代币与之前获取的产权ID相关联。使用Mint函数创建了一个NFT编号，其中代币ID就是NFT的惟一标识符，并标注地址拥有者和 TokenID。将铸造的代币 ID添加到产权ID列表中的第一个位置。根据所提供的参数生成一个 NFT（非同质化代币），其中包括 NFT ID、BTC 编号、代币 ID 和 NFT 码号。返回生成的 NFT，也就是名为Pro_Nft的变量，输出到区块链中作为默克尔树(Merkle Tree)的根节点。在将知识产权信息存储到区块链上时，会得到一个通证ID，通过这个ID可以前往开发的智能合约中读取知识产权NFT信息数据，此时生成一个哈希通证URL（Hash Token URL,HTURL），它就相当于一把“密匙”，通过这个密匙可以借助浏览器或其他介质应用，还原储存在IPFS分布文式文件系统中铸造的NFT作品内容。2.3.2 产权NFT转让在原产权持有者需要进行产权转让时,可以登陆NFT项目网站连接自己的钱包。网站上的JavaScript代码基于知识产权项目的mint价格，合约地址等生成raw transaction数据,网站代码与用户的Metamask钱包进行交互。点击确认交易后，Metamask会使用钱包私钥进行签名，以确保这个交易是原产权持有者本身授权的，后续以太坊网络会进行校验。交易 TX 被Metamask 发送到 Metamask 的以太坊 node（默认配置），node对TX进行校验，确保交易不被仿冒。如图3所示，交易TX被发送到以太坊网络的相邻节点，然后再相互广播到相邻接点。这时用户交易就可以在以太坊官网 etherscan.io 上查到，交易状态为pending。矿工 node会将同步过来的 TX 都存放到一个Txpool/Mempool交易池当中，矿工选取TX后开始挖矿，在找到一个区块的Solution后广播到以太坊网络。在其他矿工节点验证后，该区块正式上链，此时该知识产权的持有权将声明到新持有者身份上。图3产权NFT转让模型当线下知识产权的所有权需要转移时，原持有者可在区块链上发布新的智能合约来覆盖产权属性，以保障线上交易后线下知识产权所有权的顺利交接。完成知识产权转让后，现持有者可向知识产权管理机构申请新的产权编号，同时申请新的哈希数字作为新的默克尔树(Merkle Tree)的根节点，产权NFT转让算法描述如下。算法3 身份验证流程算法输入：Num_Nft输出：function(Pro_Rights_Owner)1.Num_Nft=Old_ID2.Pro_Num=NFT_Issuer3.New_ID=Pro_Num4.Pro_Rights_Owner=Auth(Pro_Rights_Orig)5.result=function(Pro_Rights_Owner)6.if result=true7.return New_ID8.else9.return Old_ID如算法3，原持有者将本人原持有信息Old_ID写入到 NFT 编号中，并更改持有者信息 NFT_issuer，将知识产权编号Pro_Num授权到新持有者上，使用Auth函数对关键字段进行编码，对新持有者New_ID进行上链跟踪，确保持有者信息一致。3 原型系统实现基于上述模型设计，本章主要实现原型系统。通过知识产权管理机构及NFT发行平台实现知识产权NFT铸造和认证。129Computer Era No.10 2023实验过程中使用Ganache部署本地区块链，使用Solidity语言编写智能合约代码。在Remix上编写好智能合约代码并调试通过后，通过 Truffle 在本地编译、部署智能合约，将合约部署至搭建的开发框架中。NFT发行平台可通过调用交易合约进行产权NFT的铸造、认证和转让。3.1 Web页面设计图 4为持有者在数字产权移动 Web 端的操作界面，包括知识产权的基本信息，如知识产权类别、发布时间及发布地点等。其中知识产权类别主要包括发明专利（patent）、学术著作（Academic works）、软件著作（Software Works）。持有者可在网页上实时查看所持有的知识产权NFT，以及是否将产权进行转让操作。图4数字产权移动Web端运行结果3.2 知识产权上链信息(a)转让成功截图(b)Metamask交易支付图5交易结果图 5 为持有者完成知识产权转让的交易结果界面，包括用户使用Metamask钱包进行以太币交易和数字产权移动Web端。当A用户提出要购买B用户的知识产权时，A用户在图5(b)界面进行Metamask交易支付，NFT交易中心会将交易哈希打包上传到以太坊公链，并通知B用户其产权被购买，B用户的数字产权移动Web端图5(a)会显示已转让。持有者需要将知识产权的基本信息，如知识产权类 别（type）、发 布 时 间（issued time）及 发 布 地 点(location)等基本信息使用json格式写入，如图6所示。图6知识产权基本信息3.3 NFT上链铸造知识产权持有者输知识产权信息后，调用ERC721接口进行产权 NFT 铸造。并使用 baseURI 函数进行传参，返回知识产权 NFT 的 tokenIdCounter。如图 7所示。图7产权NFT铸造3.4 NFT版权转让在知识产权持有者和转让者进行线上交易后，链上转移产权NFT至转让者地址。知识产权NFT转移的代码，如图8所示。图8NFT版权转让130计算机时代 2023年 第10期4 安全性分析基于NFT的知识产权数字化上链管理方法是一种新型的知识产权管理方案，可以解决知识产权在确权和认证方面的问题。在这种方法中，NFT技术被广泛应用，因此安全性算法至关重要。为了解决这些安全性问题，提出了一种基于NFT的知识产权数字化上链管理方法，其中保证安全性的算法如下：将知识产权信息进行数字化处理，并生成相应的哈希值H；将该哈希值H与作者公钥K1进行加密处理，得到数字签名S1；将数字签名S1与初始NFT序列号N1进行合并，并使用时间戳T生成新的哈希值H；对于每个新的哈希值H，都会生成一个新的NFT序列号N2，并将其存储到区块链上；将N2与S1、K1分别进行加密处理，得到数字签名S2、S3，并将其存储到区块链上。以上算法中，哈希值和数字签名的安全性由公钥和私钥控制，保证了数字化知识产权信息的安全性。同时，利用时间戳与NFT序列号的生成，可以防止重复生成同一NFT，并保证每一个NFT都是惟一的。具体而言，可以通过以下步骤来实现上述算法：将知识产权信息转换为二进制格式，并使用SHA-256等加密算法生成哈希值H。H=Hash()IP利用作者的私钥SK1进行数字签名，得到数字签名 S1。这里采用 RSA 加密算法，假设作者的私钥为SK1，公钥为PK1，则有：S1=RSA()H,SK1将数字签名S1与初始NFT序列号N1进行合并,并使用时间戳T生成新的哈希值H。这里假设当前时间戳为T，有：H=Hash()S1|N1|T生成新的 NFT 序列号 N2，并将其存储到区块链上。这里采用Snowflake算法，可以保证每个NFT序列号都是惟一的。最后，将新的NFT序列号N2与数字签名S1、作者公钥K1进行加密处理,得到数字签名S2、S3，并将其存储到区块链上。同样采用RSA加密算法，假设作者的公钥为K1，则有：S2=-RSA()N2,K1S3=-RSA()S1,K1基于NFT的知识产权数字化上链管理方法的安全性算法需要采用多种技术和算法，并遵循最佳实践和审慎策略。哈希算法和加密算法在其中扮演着重要的角色，可以保证数字产权的惟一性、可靠性和安全性。5 结束语基于NFT的知识产权数字化上链管理方法是一种全新的解决方案，可以有效地保护知识产权的认证权益。通过将知识产权转换为NFT并将其上链，可以确保其惟一性和不可篡改性,同时增加了知识产权的透明度和可追溯性。这种管理方法还可以帮助加快知识产权版权转让的速度，降低交易成本。知识产权数字化上链管理方法是一个十分有发展前途的领域，在未来的发展中将会得到越来越广泛的应用。知识产权数字化管理是一个挑战，同时也为知识产权的保护、交易和流通带来新的机遇和挑战，我们需要密切关注这个领域的发展，并不断探索创新的应用方式和解决方案。参考文献(References):1 Wikipedia.Non-fungible token EB/OL.2021-08-09.https:/en.wikipedia.org/wiki/Nonfungible_token.2 DapperLabs.CryptoKittiesEB/OL.2021-08-09.https:/www.cryptokitties.co/.3 Larva Labs.CryptoPunks EB/OL.2021-08-09.https:/ Ghosh Indranil,Alfaro-Corts Esteban,GmezMatas,etal.PredictionandinterpretationofdailyNFTandDeFipricesdynamics:Inspectionthroughensemblemachinelearning&XAIJ.InternationalReviewofFinancial Analysis,2023,87.5AlbayatiHayder,AlistarbadiNoor,RhoJaeJeung.AssessingengagementdecisionsinNFTMetaversebased on the Theory of Planned Behavior(TPB)J.Telematics and Informatics Reports,2023,10.6 Chen Jun,Friedmann Danny.Jumping from mothermonkey to bored ape:the value of NFTs fromanartistsandintellectualpropertyperspectiveJ.AsiaPacific Law Review,2023,31(1).7 陈锐.基于区块链的艺术品交易系统的设计与实现D.(下转第136页)131Computer Era No.10 2023public static object ObjBuffer=new object();/锁变量private static Timer _timer;/定时器private static DateTime _lastTime;/记录缓存变量上次的同步时间public static void Init()_timer=new Timer(30*60*1000);/设置定时器的时间间隔为半小时_timer.Enabled=false;_timer.Elapsed+=TimeElapse;/到达时间的执行事件_timer.AutoReset=true;/设置一直执行_lastTime=DateTime.Now;TimeTableInit();public static void TimeElapse(object source,ElapsedEventArgs e)var ts=DateTime.Now-_lastTime;if(DateTime.Now.Hour5&DateTime.Now.Hour1)|ts.TotalHours20)return;/每天1点到5点间执行1次，同时防止1点到5点间重复执行_lastTime=DateTime.Now;/记录本次同步时间lock(ObjBuffer)ListTimeTable=TimeTableDAL.GetTimeTable();/定时同步更新课表数据 public static void TimeTableInit()/程序初始化时从数据库取得当前学期课表数据 ListTimeTable=TimeTableDAL.GetTimeTable();4 结束语本文基于实际的高校学生评教小程序项目，研究了小程序Web服务端的实现要点，通过自定义JSON序列化，实现了小程序端与Web服务端的数据传输，通过自定义Token完成了数据请求的安全验证，通过数据缓存提高了Web服务端的响应能力，在实际应用中有效提高了小程序 Web 服务端的处理能力，具有一定的参考价值。参考文献(References):1 周虎.一种基于JWT认证token刷新机制研究J.软件工程,2019,22(12):18-20.2 李毓丽,陈泰宏.基于自定义token消息通知系统的设计与实现J.电脑知识与技术,2020,16(20):84-86.3 邹军国.基于Token的身份认证在高校实训互动平台中的应用研究J.无线互联科技,2018(17):7-9,14.4 徐冉.基于微服务架构的秒杀系统服务端设计与实现D.南京:东南大学,2020.5 张欣.基于知识图谱的个性化学习微信小程序设计与开发D.武汉:华中师范大学,2022.6 饶煜.基于微信平台的在线学习系统的设计与实现D.厦门:厦门大学,2019.7 贾欧.Web 应用系统的性能研究D.保定:华北电力大学,2013.8 翁美珍.Web服务中缓存机制的研究与实现D.北京:北京邮电大学,2014.上海:华东师范大学,2022.8 陈艳姣,朱笑天,于永瑞,等.区块链闪电网络实证分析:拓扑、发展和收费策略J.软件学报,2022,33(10):3858-3873.9 蒋心健.以太坊 ERC721 代币游戏中的用户行为分析D.南京:东南大学,2021.10 阮神裕.论NFT数字资产的财产权益:以权利束为视角J.浙江社会科学,2023(03):55-63,158.11 SHARMA R.Decentralized finance(DeFi)definitionEB/OL.(2022-02-14)2022-05-03.https:/www.investo- BejaouiAzza,FrikhaWajdi,Jeribi Ahmed,et al.Connect-edness between emerging stock markets,gold,cryp-tocurrencies,DeFiandNFT:Somenewevidencefrom wavelet analysisJ.Physica A:Statistical Mechan-ics and its Applications,2023,619.13 阮神裕.区块链数字资产的财产意涵J.中国人民大学学报,2023,37(2):144-156.14 Yingxue Z,Tong L,XinyuW.The Digital 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