基于区块链技术的公共数字阅读平台.pdf

年 月计 算 机 应 用 文 摘第 卷 第 期基于区块链技术的公共数字阅读平台张 焕，王 峰，王 圆（河南工业大学信息科学与工程学院，郑州；云南农业大学农学与生物技术学院，昆明）摘 要 针对现有数字阅读平台普遍存在的阅读资源分布散乱 隐私数据保护匮乏 版权保护力度不足等问题 设计并实现了一个基于区块链技术的公共数字阅读平台 基于开源框架 搭建底层区块链网络 利用星际文件系统 并结合代理重加密 技术 形成了资源文件 链上索引 链下存储 的存储模式 在保证数据安全的前提下扩展了区块链网络的存储能力 同时 利用 算法实现对阅读资源的重复性检测 为作品版权保护提供了技术支持 经过详细的功能测试及安全性 隐私性分析 验证了该方案的可行性和有效性 为解决数字阅读平台目前存在的问题提供了一种可行思路 关键词 区块链 星际文件系统 数字阅读平台 版权保护 图书共享中图法分类号 文献标识码 引言随着“互联网”时代的到来，网络逐渐渗透到生活的各个角落，人、信息、服务等对象之间的各种关系正在加速重构，同时使人们的阅读行为发生改变。如今，数字阅读在人们的阅读活动中占据着越来越重要的地位，已成为国民阅读的重要方式。在迅速普及数字阅读的同时，数字阅读平台的建设仍有待优化。目前，数字阅读平台尚存在以下问题：（）数字阅读资源分布散乱，各个平台形成了众多的信息孤岛，无法进行阅读资源的共享；（）平台建设的同质化、模式化现象严重；（）用户数据的安全性和隐私性依赖于第三方平台，信息被窃取或泄露的风险高；（）数字资源版权得不到有效保护，原创作者的利益得不到保障，从而导致作者创作的积极性持续下降，使得优质内容无法持续输出。区块链是一种基于密码学和 文件传输技术并结合分布式数据库技术而形成的全新的记录传递基金项目：河南工业大学教育教学改革研究与实践项目（）；河南省本科高校大学生校外实践教育基地建设项目数据的方式，其固有的去中心化、可追溯、不可篡改等特性，为解决资源共享、版权管理、隐私保护等问题提供了新的方向。本文基于区块链技术构建了一个资源可共享、数据高安全、版权易追溯的公共数字阅读平台。相关技术 区块链作为一个分布式去中心化的存储系统，区块链具有难篡改、易追溯等特性，在保证链上数据安全性与真实性的同时有效解决了中心化存储普遍存在的单点故障问题。区块链本质上是一种结合了分布式数据存储、加密算法、点对点传输、共识机制等多种技术的新型存储模型。根据不同的准入权限，区块链可以被划分为公有链、联盟链和私有链三种类型。其中，公有链是完全去中心化的，但管理难度较大；私有链具有极高的管理权限，却失去了去中心化的特性；而联盟链将去中心化特性缩小到加入联盟的组织之间，在保持去中心化特征的同时降低了管理的难度，提高了系统运行效率，因而在当前应用最广泛。本文采用联盟链的典型代表 框架来实现本平台。框架超级账本（）项目是区块链技术中第一个面向企业应用场景的开源分布式账本平台。作为其中最重要的子项目，不依赖任何加密货币，并为有相同业务需求但彼此不完全信任的实体之间的业务提供保护。一次完整的 交易流程包括：首先客户端利用证书服务通过注册或登记操作获取合法身份并加入 网络中；接着客户端构造交易请求并提交给背书节点，背书节点对交易进行验证和模拟执行后，形成背书反馈并传至客户端；客户端收到足够的背书支持后将交易发送给排序节点，排序节点根据系统配置对网络中的交易进行全局排序，并将排序后的交易打包成区块广播给网络中的记账节点；最后记账节点对交易进行最终检查，检查通过后将交易写入账本，完成数据的上链操作。星际文件系统 星际文件系统（，）是在整合现有，和 等技术的基础上创建出的一种新型分布式超媒体传输协议。与传统的 协议相比，具有以下优势。（）内容寻址，根据内容的哈希值来索引、获取文件。对数据做出任意修改都将得到完全不同的地址信息，保证了数据的安全性。（）去重存储，采用哈希去重的方式存储数据，并仿照 跟踪每个文件的版本历史记录，降低了数据的存储成本。（）点对点传输，将 作为基础网络协议，使存储在 上的文件数据在任何一个地方都能快速被获取，保证了文件的存取速度。以上特性使 在应用层面上能够较完美地与区块链技术相结合，较好地解决了传统区块链应用中普遍存在的存储效率低、能力差等问题。代理重加密 为保证数据的机密性，有必要对数据进行加密处理，但传统的加密方法不具有密文转换功能，因此在需要共享数据的应用需求中，数据加密文件不能通过服务器分享给他人。为此，需要一种密码方案能对存储在服务器上的密文进行安全有效的转换。代理重加密（，）是一种基于非对称加密算法并通过第三方代理完成密文安全转换的特殊加密技术。该算法主要应用于依托第三方平台的数据发送者和数据接受者之间的数据共享，在保障明文不变的前提下保护共享双方的私钥信息，保证了共享过程的隐私性与安全性。文本匹配算法 属于一种局部敏感，其算法的主要思想是降维，即将高维的特征向量映射成一个低维的特征向量，然后通过比较两向量的海明距离确定相似度。算法分为分词、加权、合并和降维 个步骤，其初衷是完成亿万级别的网页去重任务，故该算法在大量级、长文本的查重处理场景中具有天然优势，能较好地满足本平台对电子图书的查重需求。系统设计与实现 系统架构平台整体架构如图 所示，从逻辑上分为数据层、业务层以及展现层。（）数据层：负责平台所有数据的存储，包括区块链、集群以及 数据库三部分。其中，区块链主要负责用户个人信息、阅读资源加密索引信息等隐私数据的存储，据此设计了一个包含个体与机构两个组织的 网络结构，并利用 官方提供的工具，通过编写相应的证书与通道配置文件，生成并启动区块链网络；集群主要存储经过加密后的数字阅读资源，并与区块链一起形成“链上索引，链下存储”的布局结构，从而减轻区块链系统的存储负担并提升系统性能；数据库主要存储账户信息、图书元数据等辅助平台运转的数据，从而为用户提供更好的使用体验。（）业务层：实现平台具体业务逻辑模块的功能并向展现层提供相关逻辑接口，从而实现前后端的交互，同时利用 接口实现区块链交互、交互，以及使用数据管理等通用模块完成功能模块和数据层之间的交互。（）展现层：为用户提供一个简洁、美观的可视化界面，其基于 开源框架，采用前后端分离的开发思想，通过 发送 请求并与后台进行交互的方式计 算 机 应 用 文 摘 年第 期实现具体的业务逻辑。图 平台整体架构 图书共享图书共享流程如图 所示，分为图书资源上传和请求图书两个阶段。（）图书资源上传：上传者首先填写相关图书信息并上传图书资源至平台，系统随机生成 加密密钥并在加密图书资源后将其上传至 集群中，返回文件地址后，系统根据上传者公钥生成代理重加密的加密密钥，并在利用密钥加密文件地址及 密钥后，通过调用智能合约将生成的图书索引信息上传至区块链网络，最后向上传者返回图书的上传结果。（）图书请求：请求者首先向系统发送图书请求数据，系统根据请求者身份信息调用相关智能合约，智能合约调用代理重加密算法，对存储在区块链中的加密索引信息进行重加密后返回给请求者，请求者在利用自己的私钥解开密文后获得文件的 地址以及对应的 密钥，接着系统通过地址发送 下载请求并根据密钥对下载图书进行 解密操作，请求者即可获得解密后的图书资源。图 图书共享流程 系统功能平台由用户信息管理、阅读资源管理和系统管理三个主要功能模块组成。（）用户信息管理模块：主要包括用户的注册登录、个人信息修改、个人书架管理和账户充值等功能，该模块是其他功能模块的基础，只有通过该模块注册并登录平台才能进行进一步操作。（）阅读资源管理模块：主要包括图书推荐、上传图书管理、图书搜索、个人图书上传、图书阅读以及图书交易与授权等功能，这些功能构成了读者在平台找书、看书和共享图书的一整套完整流程，是本平台的核心模块。（）系统管理模块：主要包括平台数据统计、申诉图书维权、维权历史查询和区块链运行监测等功能，这些功能在完善平台版权管理机制的同时保障了平台的长期稳定运行。系统测试与分析 测试环境平台完全实现并部署在 虚拟机上，其中 网络节点与 集群节点皆采用单机的伪分布式部署方式，以 容器的形式部署于虚拟机上，并通过 工具进行统一管理。具体测试环境如表 所列。表 系统测试环境项目名称环境操作系统 核内存 功能测试采用黑盒测试与白盒测试相结合的方法对平台所实现的功能进行了详细测试，图 图 分别为个性化图书推荐界面、图书分类界面、平台数据统计界面和作品维权界面。图 个性化图书推荐 年第 期 计 算 机 应 用 文 摘 图 图书分类图 平台数据统计图 作品维权 安全性与隐私性分析从图书共享流程的各个环节对平台的安全性与隐私性进行详细分析，具体如下：（）用户注册环节。平台首先为每个注册成功的用户生成证书文件并将其作为与区块链网络交互的通证，之后用户在使用平台过程中产生的一系列类似交易记录、阅读记录以及申诉记录等个人隐私数据都将借助该通证被存储于区块链网络中。同样地，当用户需要访问区块链中的个人隐私数据时，也必须提供自己的通证并通过平台的检验，只有在确认身份无误后才能得到具体请求数据，从而起到访问控制的作用，保障了用户数据的安全性和隐私性。（）上传图书资源环节。用户上传的图书资源会首先由随机生成的 密钥进行 加密并将其存储于 集群中，然后平台会利用用户公钥信息并结合代理重加密密钥生成算法生成加密密钥，利用前面得到的 密钥和 文件地址生成图书索引信息，最后将图书索引信息存储至区块链中。在该环节，图书索引信息被加密存储在区块链系统中，由于没有上传用户的私钥，信息无法被解密，而区块链链上数据难篡改的特性则进一步保证了资源的可用性，解决了资源提供者的后顾之忧，提升了平台的信任度。（）图书资源获取环节。用户首先需要调用智能合约的相关接口，在满足具体图书的访问条件下由智能合约调用代理重加密算法以生成重加密密钥，进行代理重加密操作并将结果返回给图书请求者。用户在拿到代理重加密结果后利用自己的私钥进行对应的解密操作，以获得图书资源文件。在本环节中，图书资源请求者与提供者双方利用代理重加密技术，在不暴露自己私钥的情况下实现了数据密文的密钥转换，从而达到了阅读资源共享的目的，保护了用户数据的安全性与隐私性。（）作品版权维护环节。平台管理员首先通过管理员证书文件从区块链网络中获取维权申诉的相关图书资源以及确权时间信息，并结合 算法完成对图书资源的重复性检测，在此基础上确定后续的具体操作。该环节为平台阅读资源的良性循环提供了技术保障。结束语随着数字阅读的迅速普及，传统数字阅读平台存在的问题日益显现，并在一定程度上制约了数字阅读的发展。本文利用开源框架 ，结合星际文件系统、代理重加密 技术以及文本匹配算法 等技术搭建了一个基于区块链技术的公共数字阅读平台，在打破各机构间数据孤岛的同时保证了阅读资源与用户隐私的安全性，较好地解决了传统数字阅读平台普遍存在的阅读资源分布散乱、用户隐私数据保护匮乏及数字版权保护程度弱等问题。参考文献：陈桐利，倪洁国内数字阅读平台比较研究 大学图书情报学刊，（）：于文数字阅读产业版权秩序的构建中国出版，（）：杨保华区块链原理、设计与应用北京：机械工业出版社，（）：，：，：（下转第 页）计 算 机 应 用 文 摘 年第 期记录开锁操作轨迹；二是锁具，记录被操作次数随时间变化曲线。平台抛出数据接口，客户可根据自己所需，对二次开发有利的数据进行分析。比如，考勤、检修记录、各站点操作频率分布，对应操作频率低的站点是否疏于管理，对应操作频率高的站点是否设备故障率高等。图 为当前用户所在部门的周开关锁频数记录折线图。管理者可根据指定操作时间显示指定区间内的操作次数，默认显示最近 天的操作次数。图 开关锁频数记录折线图 结束语对电网、变电站等需要在室外安装大量锁具的企业来说，传统锁具通常要在室外电源布线，安装不便；锁具与钥匙一对一开启的模式使得大量的钥匙需要保管，容易丢失或被偷窃，安全无法得到保障；巡检人员的定期维护检查通常采用纸质记录，并不能确切地记录其操作时间与内容，不便于管理者后期追踪查询。针 对 以 上 问 题，可 应 用 当 下 较 为 流 行 的“”框架。该系统界面友好、操作简便、功能丰富，可用于辅助企业管理，在满足企业需求的同时，提供了更高效、快捷的管理模式。参考文献：赵瑞，黄思怡，韩朝桂，等新冠疫情下社区人员管理系统的设计与实现现代信息科技，（）：郭宇平，郑育君，李平川无源锁安全管控系统应用于港口行业特殊空间作业的可行性科技资讯，（）：刘胜，李晓锋基于“互联网”的无源智能电力锁通讯世界，（）：王建，罗政，张希，等 项目前后端分离的设计与实现软件工程，（）：赵梓皓，崔应留，葛晨，等基于 的社区防控管理系统的设计与实现软件，（）：王丹，孙晓宇，杨路斌，等基于 的软件统计分析系统设计与实现软件工程，（）：刘柯言，党佳伟，郑蕊蕊，等满文档案图像智能处理系统设计与实现大连民族大学学报，（）：肖文娟，王加胜基于 和 的校园记录管理 的设计与实现计算机应用与软件，（）：徐小辉，刘江涛，高涵，等基于 框架的采气方案系统开发计算机仿真，（）：赵瑞，黄思怡，韩朝桂，等新冠疫情下社区人员管理系统的设计与实现现代信息科技，（）：作者简介：黄凯怡（），本科，研究方向：计算机应用技术。方建文（），博士，教授，研究方向：计算机应用技术（通信作者）。（上接第 页），：，：李亚辉基于区块链的电子病历共享系统的设计与实现杭州：浙江大学，作者简介：张焕（），本科，研究方向：区块链。王峰（），博士，副教授，研究方向：人工智能、图像处理、模式识别。王圆（），本科，研究方向：人工智能。计 算 机 应 用 文 摘 年第 期