Deze studie betrof geen menselijke deelnemers, proefpersonen, dierlijke proefpersonen of klinische monsters. Daarom waren institutionele ethische goedkeuring en geïnformeerde toestemming niet vereist.
Materialen en software
De omgeving die werd gebruikt om het framework te implementeren was Hyperledger Fabric versie 2.4.8, CouchDB, Docker Containers, Minifab-implementatie, FFmpeg multimediaverwerkingsapplicaties en de programmeertaal Go. Hyperledger Fabric bood diensten voor gedecentraliseerd grootboekbeheer en uitvoering van slimme contracten, terwijl CouchDB auteursrechtinformatie efficiënt opsloeg en ophaalde via off-chain opslag. FFmpeg werd gebruikt voor het voorbewerken van video's en het extraheren van videoframes, terwijl perceptuele hashing-algoritmen werden toegepast via beeldhashingbibliotheken in de programmeertaal Go. Een lijst van alle gereedschappen en hun respectievelijke beschrijvingen is geïllustreerd in de Materiaaltabel.
Frameworkarchitectuur
Het voorgestelde framework maakt gebruik van perceptuele hashingalgoritmen binnen de geautoriseerde blockchain Hyperledger Fabric om een gedecentraliseerde benadering van video-auteursrechten en eigendomsvalidatie mogelijk te maken. Het framework bestaat uit vijf hoofdcomponenten: video-voorbewerking, perceptuele hashgeneratie, blockchain-gebaseerde auteursrechtregistratie en op gelijkenis gebaseerde verificatie. In dit kader dient Hyperledger Fabric als de vertrouwenslaag, die onveranderlijke eigendomsrecords levert, terwijl CouchDB off-chain opslag biedt. De algemene architectuur van het voorgestelde raamwerk is weergegeven in Figuur 1.
Model van het systeem voor auteursrechtverificatie
Een gedetailleerde workflow van het onderzochte systeem is weergegeven in Figuur 2. Het begint met video-opname, gevolgd door frame-extractie op regelmatige intervallen met FFmpeg. De geëxtraheerde frames worden verwerkt binnen de Hyperledger Fabric-implementatieomgeving, die acties omvat zoals eigendomsregistratie, certificaatbeheer, peercommunicatie en transactievalidatie. Perceptuele hashing wordt toegepast op de geëxtraheerde frames, gevolgd door Hamming-afstandsberekening om de mate van gelijkenis te beoordelen. Als de Hamming-afstand onder de drempel ligt, wordt het frame als authentiek beschouwd en vergelijkbaar met de geregistreerde inhoud; anders wordt het behandeld als gewijzigde inhoud.
Video-acquisitie, voorverwerking en het creëren van perceptuele hashing
Videovoorbeelden die in het experiment werden gebruikt, waren MP4-bestanden op 480p resolutie, gemiddeld ongeveer 26 seconden lang. De evaluatiedataset bevatte 15 videosamples, waaronder een originele referentievideo en verschillende aangepaste versies. Deze aanpassingen omvatten veelvoorkomende bewerkingstaken zoals het aanpassen van framerates, het invoegen, verwijderen of vervangen van frames, en het toepassen van vervormingen zoals bijsnijden, schalen, rotatie en overlay-effecten. De dataset bevatte ook compressie, ruis, tekst en stickertoevoegingen, glitch-effecten en meer. Alle video's waren in MP4-formaat met 480p-resolutie en ondergingen dezelfde voorbewerkings- en vingerafdrukgeneratiestappen. Deze dataset, ontworpen om de veerkracht van het systeem te testen, bestrijkt een breed scala aan realistische scenario's waarbij inbreuk en manipulatie betrokken zijn. Voordat ze onderworpen werden aan auteursrechtdetectie en -bevestiging, ondergingen videobestanden een voorbewerking in FFmpeg. Frames uit videobestanden werden met intervallen van 1 seconde geëxtraheerd om gecondenseerde samenvattingen van inhoud te verkrijgen in de vorm van visuele inhoud die computationeel goedkoop te verwerken bleven. Vervolgens werden deze frames omgezet naar grijswaarden en genormaliseerd om veranderingen in pixelintensiteiten als gevolg van lichtomstandigheden, codering en compressieverschillen te minimaliseren.
Vier perceptuele hashfuncties werden gebruikt om video-inhoudsvingerafdrukken te produceren in de vorm van gemiddelde hashing (aHash), differentiële hashing (dHash), perceptuele hashing (pHash) en wavelet-hashing (wHash).
Voor hashgeneratie werden frames eerst omgezet naar grijstinten en verkleind naar 8x8 pixels om aHash en dHash te berekenen. Met aHash werd een 64-bits vingerafdruk gegenereerd door elke pixel te vergelijken met de gemiddelde grijswaardigheid. Het dHash-algoritme deed iets soortgelijks, waarbij ook een 64-bits vingerafdruk werd gemaakt, maar het keek naar hoe de intensiteiten van aangrenzende horizontale pixels verschilden. Voor pHash werden frames verkleind tot 32x32 pixels, waarna de discrete cosinustransformatie werd berekend. Om de 64-bits perceptuele vingerafdruk te genereren, werden alleen de laagfrequente 8x8 DCT-coëfficiënten gebruikt. Wat wHash betreft, werden frames opnieuw verkleind naar 32x32 pixels, maar deze keer werden ze verwerkt met een Haar-wavelettransformatie. Een 64-bits hash werd gegenereerd uit de laagste frequentie waveletcoëfficiënten die werden geëxtraheerd. Al deze parameterinstellingen streven naar een goede balans tussen rekenefficiëntie en kracht om typische video-aanpassingen aan te kunnen.
Om efficiënte hashfunctieberekeningen uit te voeren, werden deze afbeeldingen genormaliseerd en verkleind. De gemiddelde hashmethode werkt door pixelintensiteiten te vergelijken met die van het gemiddelde van het beeld. Verschilhashing werkt op vergelijkbare wijze, maar richt zich op lokale gradiënten door pixelintensiteiten te vergelijken met die van naburige pixels. Perceptuele hashing gebruikt Fourier-features die voortkomen uit DCT, terwijl wavelet-hashing vertrouwt op wavelet-transformatieresultaten om features te extraheren.
Blockchain-gebaseerde auteursrechtregistratie en verificatie
De perceptuele vingerafdrukken, eigendomsmetadata, tijdstempels en transactiegegevens die worden verkregen, worden via het slimme contract vitChain in de Hyperledger Fabric-blockchain ingevoerd. De implementatie van blockchain omvat twee organisaties, twee peers, twee geordende nodes, twee certificate authority (CA) nodes en CouchDB-toestandsdatabases, allemaal gekoppeld via een autokanaal. Het geautoriseerde blockchain-framework faciliteert veilige verwerking, beperkte toegang en manipulatievrije opslag van auteursrechtgegevens.
De copyrightregistratieprocedure begint zodra de eigenaar van de inhoud de video via de gebruikersinterface uploadt. Wanneer een gebruiker een video indient voor auteursrechtregistratie, roept de applicatielaag het vitChain smart contract aan via de Hyperledger Fabric SDK. Deze registratie bevat een unieke transactie-ID, eigenaarinformatie, video-ID, tijdstempel en vier soorten perceptuele hashwaarden: aHash, dHash, pHash en wHash. Ook is er metadata over de inhoud. De app stuurt het transactievoorstel naar de peers die het onderschrijven. Deze peers voeren vervolgens de smart contract-logica uit en zorgen ervoor dat de transactie voldoet aan het endorsement-beleid. Na succesvolle validatie gaat de transactie over naar de besteldienst. Hier worden geverifieerde transacties gegroepeerd in blokken en naar peer-nodes gestuurd voor opname in het grootboek. Ondertussen gaat de bijbehorende metadata in CouchDB. Ze verbinden met de records van de blockchain via de transactie-ID, waardoor eenvoudige opzoekingen mogelijk zijn en zowel on-chain als off-chain data consistent blijven.
Na de preprocessing en perceptuele hashberekeningen worden de vingerafdrukken, samen met hun bijbehorende metadata, samengevoegd tot een transactie die door het smart contract wordt uitgevoerd. Transactievalidatie wordt uitgevoerd door deelnemende peers in overeenstemming met het gespecificeerde endorsementbeleid. Na goedkeuring wordt de transactie doorgegeven aan de bestellende dienst voor opname in een blok in het gedistribueerde grootboek. Voor een betrouwbare werking hebben we basisfoutafhandeling opgenomen in de registratie- en verificatieprocessen. Voordat een transactie plaatsvindt, controleert de app verplichte metadata, eigendomsinformatie en perceptuele hashes om problemen te voorkomen. Als transacties niet voldoen aan de endorsement-regels of ongeldige parameters hebben, wijzen peer-nodes ze direct af. Wanneer er problemen zijn zoals communicatiefouten of verwerkingsfouten, registreert het systeem deze en stuurt een admin-melding. Dit helpt kleine verwerkingsfouten te voorkomen die zich door het systeem verspreiden. Tijdens auteursrechtcontroles worden video's met ongeldige metadata of corrupte hashwaarden uitgesloten van het verificatieproces. Video's waarvoor vingerafdrukgeneratie faalt, worden op vergelijkbare wijze uitgesloten van het verificatieproces. Al met al houden deze stappen de data schoon en versterken ze de betrouwbaarheid van het framework. De eigendomsinformatie van de auteursrechtelijk beschermde video wordt onveranderlijk en is later beschikbaar voor opvraging.
Verificatie
Het verificatieproces omvat vergelijkbare preprocessing- en vingerafdrukberekeningsstappen, gevolgd door vingerafdrukvergelijking met opgeslagen vingerafdrukken in de blockchain met behulp van een op Hamming-afstand gebaseerde gelijkenismaat. Op basis van de gelijkenismaatstaf bepaalt het slimme contract de auteursrechtinformatie van de ingediende video. De interactieworkflow is weergegeven in Figuur 3.
Auteursrechtverificatie op basis van gelijkenis
Het auteursrechtverificatieproces vergelijkt perceptuele vingerafdrukken die afkomstig zijn van de zoekvideo met vingerafdrukken die eerder in het blockchainsysteem zijn opgeslagen. Hetzelfde voorverwerkings- en hashwaardegeneratieproces dat tijdens registratie wordt gebruikt, wordt herhaald in de verificatiefase om consistentie te behouden. Gelijkenis wordt gemeten met behulp van de Hamming-afstand, die het aantal bitverschillen tussen twee hashwaarden meetelt. Kleinere Hamming-afstanden duiden op een grotere gelijkenis tussen de twee video's, terwijl hogere Hamming-afstanden op inhoudsmanipulatie wijzen. Om te zien of de queryvideo overeenkwam met de geregistreerde video, gebruikten we de Hamming-afstand tussen hun perceptuele hashwaarden. Op basis van voorlopige experimenten werd een Hamming-afstandsdrempel van 20 gekozen om een geschikte balans te bieden tussen robuustheid voor veelvoorkomende videoverwerkingsoperaties en gevoeligheid voor ongeautoriseerde aanpassingen. Video's met een Hamming-afstand van 20 of minder werden beschouwd als dezelfde auteursrechtelijk beschermde inhoud. Als het meer was, zou het grote veranderingen laten zien. Deze 20 werd gekozen om veelvoorkomende video-edits zoals compressie, filtering, transcoding en wijzigingen in de framerate te verwerken, maar hij pikt nog steeds ongeautoriseerde wijzigingen op. Metingen van gelijkenis worden uitgevoerd voor alle verzamelde framevingerafdrukken en vervolgens samengevoegd om tot een auteursrechtverificatie te komen. Video's die afwijken van de geregistreerde inhoud worden gemarkeerd voor extra controle.
Implementatieomgeving
De testbedomgeving is gemaakt met behulp van Docker-containers en de Minifab-orkestratietool. Een blockchainnetwerk gebaseerd op Hyperledger Fabric versie 2.4.8 werd uitgerold met CouchDB als de toestandsdatabase en opslaglaag voor smart contract-gegevens. Het vitChain smart contract werd geïmplementeerd in Go en geïmplementeerd met behulp van de Hyperledger Fabric chaincode lifecycle. De implementatieparameters zijn samengevat in Tabel 2. Het netwerk bestond uit twee deelnemende organisaties, namelijk de Content Creator en de Videograaf. Om de integriteit van transacties te waarborgen en ongeautoriseerde auteursrechtregistratie of -wijziging te voorkomen, werd een multi-organisatie endorsementbeleid ingevoerd, waarbij goedkeuring van beide organisaties vereist is voordat een transactie in het grootboek kon worden gezet. Specifiek volgde het endorsementbeleid een EN-regel, uitgedrukt als AND ('ContentCreatorMSP.peer', 'VideographerMSP.peer').