لم تشمل هذه الدراسة مشاركين بشريين، أو أشخاص أو حيوانات، أو عينات سريرية. لذلك، لم تكن الموافقة على أخلاقيات المؤسسات والموافقة المستنيرة مطلوبة.
المواد والبرمجيات
البيئة المستخدمة لنشر الإطار كانت Hyperledger Fabric الإصدار 2.4.8، CouchDB، حاويات Docker، نشر Minifab، تطبيقات معالجة الوسائط المتعددة FFmpeg، ولغة البرمجة Go. قدمت Hyperledger Fabric خدمات لإدارة دفاتر الحسابات اللامركزية وتنفيذ العقود الذكية، بينما كان CouchDB يخزن ويسترجع معلومات حقوق النشر بكفاءة عبر التخزين خارج السلسلة. تم استخدام FFmpeg لمعالجة الفيديوهات واستخراج إطارات الفيديو، بينما تم تطبيق خوارزميات التجزئة الإدراكية عبر مكتبات تجزئة الصور بلغة البرمجة Go. قائمة بجميع الأدوات ووصفها موضح في جدول المواد.
بنية الإطار
يستخدم الإطار المقترح خوارزميات التجزئة الإدراكية ضمن نسيج البلوكشين Hyperledger المصرح به لتمكين نهج لامركزي لحماية حقوق النشر والتحقق من ملكية الفيديو. يتكون الإطار من خمسة مكونات رئيسية: معالجة الفيديو المسبقة، توليد التجزئة الإدراكية، تسجيل حقوق النشر عبر البلوك تشين، والتحقق القائم على التشابه. في هذا الإطار، يعمل Hyperledger Fabric كطبقة الثقة، حيث يوفر سجلات ملكية غير قابلة للتغيير، بينما يوفر CouchDB تخزينا خارج السلسلة. يتم تصوير البنية العامة للإطار المقترح في الشكل 1.
نموذج النظام للتحقق من حقوق النشر
يظهر سير العمل التفصيلي للنظام قيد التحقيق في الشكل 2. يبدأ بالحصول على الفيديو، يليه استخراج الإطارات على فترات منتظمة باستخدام FFmpeg. تتم معالجة الإطارات المستخرجة ضمن بيئة تنفيذ نسيج هايبرليدجر، والتي تشمل إجراءات مثل تسجيل الملكية، إدارة الشهادات، التواصل مع الأقران، والتحقق من صحة المعاملات. يتم تطبيق التجزئة الإدراكية على الأطر المستخرجة، تليها حساب مسافة هامينغ لتقييم درجة التشابه. إذا كانت مسافة هامينغ أقل من العتبة، يعتبر الإطار أصيلا ومشابها للمحتوى المسجل؛ وإلا، فيتم اعتباره محتوى معدلا.
اكتساب الفيديو، المعالجة المسبقة، وإنشاء التجزئة الإدراكية
كانت عينات الفيديو المستخدمة في التجربة ملفات MP4 بدقة 480p، بمتوسط طول حوالي 26 ثانية. تضمنت مجموعة بيانات التقييم 15 عينة فيديو، بما في ذلك فيديو مرجعي أصلي وعدة نسخ معدلة. شملت هذه التعديلات مهام تحرير شائعة مثل تغيير معدلات الإطارات، إدراجها، حذفها، أو استبدالها، وتطبيق تشوهات مثل القص، والتكبير، والدوران، وتأثيرات التراكب الداخلي. شملت مجموعة البيانات أيضا إضافات للضغط، والضوضاء، والنصوص، والملصقات، وتأثيرات الأعطال، والمزيد. جميع الفيديوهات كانت بصيغة MP4 بدقة 480p وخضعت لنفس خطوات المعالجة المسبقة وتوليد البصمة. تم تصميم هذه المجموعة لاختبار مرونة النظام، وتغطي مجموعة واسعة من السيناريوهات الواقعية التي تتضمن الانتهاك والتلاعب. قبل أن تخضع لكشف وتأكيد حقوق النشر، كانت ملفات الفيديو تخضع للمعالجة المسبقة في FFmpeg. تم استخراج الإطارات من ملفات الفيديو بفواصل زمنية مدتها ثانية واحدة للحصول على ملخصات محتوى مكثفة على شكل محتوى بصري ظل غير مكلف حسابيا للمعالجة. بعد ذلك، تم تحويل هذه الإطارات إلى التدرج الرمادي وتطبيره لتقليل التغيرات في شدة البكسلات الناتجة عن ظروف الإضاءة، والترميز، وفروق الضغط.
تم استخدام أربع دوال تجزئة إدراكية لإنتاج بصمات محتوى الفيديو على شكل تجزئة متوسطة (aHash)، والتجزئة الفروق (dHash)، والتجزئة الإدراكية (pHash)، والتجزئة المويجية (wHash).
لتوليد التجزئة، تم أولا تحويل الإطارات إلى التدرج الرمادي وتغيير حجمها إلى 8x8 بكسل لحساب aHash وdHash. مع aHash، تم توليد بصمة 64 بت من خلال مقارنة كل بكسل بمتوسط قيمة التدرج الرمادي. قامت خوارزمية dHash بشيء مشابه، حيث أنشأت بصمة 64 بت أيضا، لكنها نظرت إلى اختلاف شدة البكسلات الأفقية المجاورة. بالنسبة ل pHash، تم تغيير حجم الإطارات إلى 32x32 بكسل، ثم تم حساب تحويل جيب تمام متقطع. لتوليد بصمة الإدراك 64 بت، تم استخدام معاملات DCT منخفضة التردد 8x8 فقط. أما بالنسبة ل wHash، فقد تم إعادة تكبير الإطارات مرة أخرى إلى 32x32 بكسل، لكن هذه المرة تمت معالجتها باستخدام تحويل مويجات هار. تم توليد تجزئة 64 بت من معاملات المويجات ذات التردد الأدنى المستخرجة. تهدف جميع إعدادات المعلمات هذه إلى تحقيق توازن جيد بين الكفاءة الحسابية والقوة للتعامل مع تعديلات الفيديو التقليدية.
لإجراء حسابات فعالة لدالة التجزئة، تم تطبيع هذه الصور وتغيير حجمها. طريقة التجزئة المتوسطة تعمل عن طريق مقارنة شدة البكسل مع متوسط الصورة. يعمل تجزئة الفروق بطريقة مشابهة لكنه يركز على التدرجات المحلية من خلال مقارنة شدة البكسلات مع تلك الخاصة بالبكسل المجاورة. يستخدم التجزئة الإدراكية ميزات فورييه الناتجة عن DCT، بينما تعتمد تجزئة المويجات على نتائج تحويل المويجات لاستخراج الميزات.
تسجيل والتحقق من حقوق النشر المعتمد على البلوك تشين
يتم إدخال بصمات الأصابع الإدراكية، وبيانات الملكية الوصفية، والطوابع الزمنية، وتفاصيل المعاملات التي يتم الحصول عليها في سلسلة كتل Hyperledger Fabric عبر العقد الذكي vitChain. يشمل تنفيذ البلوك تشين منظمتين، ونظيران، وعقدتين مرتبيتين، وعقدتين لسلطة الشهادات (CA)، وقواعد بيانات حالة CouchDB، جميعها مرتبطة عبر قناة تلقائية. يسهل إطار عمل البلوكشين المصرح به معالجة آمنة، والوصول المقيد، وتخزين بيانات حقوق النشر بدون تلاعب.
تبدأ عملية تسجيل حقوق النشر بمجرد أن يقوم مالك المحتوى برفع الفيديو عبر واجهة المستخدم. عندما يقدم المستخدم فيديو لتسجيل حقوق النشر، تستدعي طبقة التطبيق عقد viChain الذكي عبر حزمة تطوير Hyperledger Fabric. يشمل هذا التسجيل معرف معاملة فريد، ومعلومات المالك، ومعرف الفيديو، وطابع زمني، وأربعة أنواع من قيم التجزئة الإدراكية: aHash، dHash، pHash، وwHash. أيضا، هناك بيانات وصفية عن المحتوى. يرسل التطبيق اقتراح المعاملة إلى الزملاء المدعومين. يقوم هؤلاء النظراء بعد ذلك بتشغيل منطق العقود الذكية وضمان التزام المعاملة بسياسة التأكيد. عند التحقق الناجح، تنتقل المعاملة إلى خدمة الطلب. هنا، يتم تجميع المعاملات الموثقة في كتل وترسل إلى عقد نظيرة لإدراجها في السجل. وفي الوقت نفسه، تذهب البيانات الوصفية ذات الصلة إلى CouchDB. تتصل هذه السجلات بسجلات البلوكشين عبر معرف المعاملة، مما يتيح عمليات بحث سهلة ويحافظ على اتساق البيانات على السلسلة وخارجها.
بعد المعالجة المسبقة وحسابات التجزئة الإدراكية، يتم تجميع البصمات، إلى جانب البيانات الوصفية المرتبطة بها، في معاملة يتم تنفيذها بواسطة العقد الذكي. يتم التحقق من صحة المعاملات من قبل الزملاء المشاركين وفقا لسياسة التأييد المحددة. عند الموافقة، يتم تمرير المعاملة إلى خدمة الطلب لإدراجها في كتلة على السجل الموزع. لتشغيل موثوق، أدرجنا التعامل الأساسي مع الأخطاء في عمليات التسجيل والتحقق. قبل إجراء أي معاملة، يقوم التطبيق بفحص البيانات الوصفية الإلزامية، ومعلومات الملكية، والتجزئات الإدراكية لتجنب المشاكل. إذا لم تتوافق المعاملات مع قواعد التأييد أو كان لديها معلمات غير صالحة، فإن عقد الأقران ترفضها تماما. عندما تحدث مشاكل مثل فشل في الاتصالات أو أخطاء في المعالجة، يقوم النظام بتسجيلها ويرسل تنبيه للمسؤول. يساعد ذلك في منع انتشار أخطاء المعالجة البسيطة عبر النظام. خلال فحوصات حقوق النشر، تستبعد الفيديوهات التي تحتوي على بيانات وصفية غير صالحة أو قيم تجزئة تالفة من عملية التحقق. الفيديوهات التي يفشل توليد البصمة لها تستبعد أيضا من عملية التحقق. بشكل عام، تحافظ هذه الخطوات على نظافة البيانات وتعزز موثوقية الإطار. تصبح معلومات الملكية للفيديو المحمي بحقوق الطبع والنشر غير قابلة للتغيير ومتاحة للاسترجاع لاحقا.
التحقق
تتضمن عملية التحقق خطوات مماثلة للمعالجة المسبقة وحساب البصمات، تليها مقارنة بصمات الأصابع مع البصمات المخزنة في البلوكشين باستخدام مقياس تشابه قائم على مسافة هامينغ. استنادا إلى مقياس التشابه، يحدد العقد الذكي معلومات حقوق النشر للفيديو المقدم. يتم تصوير سير عمل التفاعل في الشكل 3.
التحقق من حقوق النشر بناء على التشابه
تقارن عملية التحقق من حقوق النشر بين البصمات الإدراكية المستمدة من فيديو الاستعلام وبصمات الأصابع المخزنة سابقا في نظام البلوكشين. يتم تكرار نفس عملية المعالجة المسبقة وتوليد قيمة التجزئة المستخدمة أثناء التسجيل في مرحلة التحقق للحفاظ على الاتساق. يتم قياس التشابه باستخدام مسافة هامينغ، التي تعد عدد فروق البتات بين قيمتين تجزئين. تشير المسافات الأصغر لهامينغ إلى تشابه أكبر بين الفيديوهين، بينما تشير المسافات الأعلى إلى التلاعب بالمحتوى. لمعرفة ما إذا كان فيديو الاستعلام يطابق الفيديو المسجل، استخدمنا مسافة هامينغ بين قيم التجزئة الإدراكية لديهم. استنادا إلى التجارب الأولية، تم اختيار عتبة مسافة هامينغ 20 لتوفير توازن مناسب بين المتانة في عمليات معالجة الفيديو الشائعة والحساسية للتعديلات غير المصرح بها. كانت مقاطع الفيديو التي تبعد هامينغ 20 أو أقل تعتبر تمثل نفس المحتوى المحمي بحقوق النشر. لو كان أكثر، لكان أظهر تغييرات كبيرة. تم اختيار هذا 20 للتعامل مع تعديلات الفيديو الشائعة مثل الضغط، والتصفية، والتحويل، وتغيرات معدل الإطارات، لكنه لا يزال يلتقط تغييرات غير مصرح بها. تجرى قياسات التشابه لجميع بصمات الإطارات المجمعة، ثم تجمع لإنتاج استنتاج تحقق من حقوق النشر. الفيديوهات التي تنحرف عن المحتوى المسجل يتم تمييزها لمزيد من التدقيق.
بيئة النشر
تم إنشاء بيئة الاختبار باستخدام حاويات Docker وأداة التنسيق Minifab. تم نشر شبكة بلوكشين مبنية على Hyperledger Fabric الإصدار 2.4.8 مع CouchDB كقاعدة بيانات حالة وطبقة تخزين لبيانات العقود الذكية. تم تنفيذ عقد vitChain الذكي في Go ونشره باستخدام دورة حياة Hyperledger Fabric Chaincode. يتم تلخيص معلمات النشر في الجدول 2. تكونت الشبكة من منظمتين مشاركتين، هما منشئ المحتوى ومصور الفيديو. لضمان سلامة المعاملات ومنع تسجيل أو تعديل حقوق النشر غير المصرح بها، تم تنفيذ سياسة تأييد متعددة المؤسسات، تتطلب موافقة كلا المؤسستين قبل الالتزام بالمعاملة في الدفتر. على وجه التحديد، اتبعت سياسة التأييد قاعدة AND، المعبر عنها ك AND ('ContentCreatorMSP.peer','VideographerMSP.peer').