Для оценки эффективности предлагаемой модели децентрализованной защиты авторских прав её тестируют на различные атаки на манипуляцию с видео, которые часто происходят при передаче мультимедиа, монтаже и нарушении авторских прав. Два основных фактора в оценке включают: (i) надёжность перцептивного хеширования алгоритма в выявлении авторских прав и подделок, и (ii) производительность блокчейн-сети Hyperledger Fabric. Оценки сходства были получены путём расчёта среднего хеша (aHash), дифференциального хэша (dHash), перцептивного хеша (pHash) и вейвлет-хеша (wHash), которые затем сравнивались с видеоотпечатками, записанными в блокчейне.
Анализ сходства при атаках на манипуляцию видео
Надёжность модели оценивалась с помощью нескольких атак, применяемых к видео, включая временные, пространственные, геометрические, сжатие, фильтрационные и состязательные манипуляции. Значения сходства в данном исследовании были получены из индивидуальных экспериментов для каждого сценария видеоманипуляции. Каждый тип манипуляции применялся один раз для создания репрезентативного тестового случая, а его оценки сходства фиксировались для анализа. Цель заключалась в том, чтобы проверить, насколько хорошо предлагаемая структура может выявлять изменения, связанные с авторским правом, в различных реалистичных условиях атаки. Таким образом, представленные значения показывают результаты отдельных тестовых случаев, а не средние показатели повторных испытаний.
Оценки сходства с использованием четырёх перцептивных алгоритмов хеширования приведены в таблице 3. Предлагаемая модель достигает относительно высокой степени сходства при большинстве атак, сохраняющих контент, при этом оставаясь чувствительной к крупным структурным изменениям в видео (Таблица 3).
Производительность при временных преобразованиях
Временные преобразования, такие как вставка кадров, удаление кадров, замена кадров и преобразование частоты кадров, в первую очередь влияют на временную непрерывность видео, при этом почти сохраняя их пространственные особенности. Эксперименты показали, что вставка кадров и замена кадров достигают более 80% сходства со всеми проверенными алгоритмами отпечатков пальцев (рисунок 4). Таким образом, отпечатки перцепции сохраняли визуальные особенности видео, несмотря на временные изменения.
Удаление кадров приводило к небольшому снижению значений сходства из-за отсутствия информации в кадрах. Тем не менее, отпечатки пальцев были достаточно похожи, чтобы обеспечить адекватную производительность для выявления нарушения авторских прав. Колебания частоты кадров существенно не влияли на показатели сходства, так как в большинстве тестовых выборок они давали значения более 97%. Это связано с тем, что преобразования частоты кадров существенно не изменяют особенности кадра.
Влияние пространственных и геометрических преобразований
Геометрические и пространственные преобразования напрямую влияют на визуальные структуры в видеокадрах, что делает процесс перцептивного хеширования относительно сложным. Локально изменённые области приводили лишь к незначительному снижению значений сходства, поскольку визуальные изменения были локализованы и существенно не изменяли глобальный перцептивный хэш.
Операции по обрезу приводили к большей вариации значения сходства из-за удаления частей визуального материала. Ротационные преобразования вызвали наибольшее снижение значений сходства, при этом значения варьировались от примерно 48% до 66% в различных перцептивных хеш-методах. Это понятно, поскольку вращение меняет пространственные структуры, играющие важную роль в перцептивном хеше. Масштабирование изображений мало повлияло на показатели сходства, так как значения оставались выше 96%. Рисунок 5 обобщает результаты сходства, полученные при вращении видео, включая геометрические преобразования.
Устойчивость к сжатию, фильтрации и шуму
Сжатие и транскодирование — рутинные задачи при хранении и распространении мультимедиа. Экспериментальный анализ показал, что сходства стабильно превышали 98% даже после MPEG-компрессии, транскодирования и повторного кодирования с различными видеокодеками. Из результатов можно сделать вывод, что перцептивные отпечатки сохраняют большую часть визуального контента, несмотря на ошибки сжатия и шум квантования. Также проводились эксперименты по добавлению и фильтрации шума. Независимо от того, насколько громким был шум, сходство всегда составляло от 98% до 99%. Кроме того, гауссовская, медианная и низкочастотная фильтрация приводила к минимальным изменениям сходства, сохраняя общую структурную информацию видео.
Обнаружение сложных и состязательных модификаций
Также была исследована предлагаемая модель для выявления атак, таких как добавление текста или стикеров к видеокадрам, слияние видеоклипов и сговорные модификации. Такая модификация используется для сохранения согласованности при внесении несанкционированных изменений в защищённый авторским правом материал. Результат анализа сходства после добавления текста в видеокадры показан на рисунке 6 ниже, тогда как на рисунке 7 показаны результаты анализа сходства объединённых видеоклипов.
Сравнение производительности перцептивных алгоритмов хеширования
Каждый из четырёх перцептивных алгоритмов хеширования имел определённые свойства, наблюдаемые во время экспериментального тестирования. Перцептивное хеширование (pHash) оказалось очень устойчивым к сжатию, фильтрации и транскодированию, оставаясь при этом чувствительным к структурным манипуляциям. Вейвлет-хеширование (wHash) хорошо работало при локальных манипуляциях, таких как добавление текста или объектов.
Дифференциальное хеширование (dHash) могло обнаруживать структурные манипуляции, связанные с градиентом, но было более чувствительным к вращению. Среднее хеширование (aHash) было стабильным при применении к глобально применяемым операциям, которые не изменяли общую интенсивность, но были менее устойчивы при геометрической манипуляции. В целом, pHash и wHash дали лучшие результаты среди протестированных алгоритмов.
Оценка производительности технологии блокчейн
Помимо эффективности верификации контента, также учитывались масштабируемость и производительность блокчейн-системы. В ходе экспериментов было обнаружено, что время, необходимое для загрузки файла, линейно увеличивалось с размером файла и сетью из-за необходимой синхронизации между узлыми.
Аналогично, время на майнинг и создание блоков росло линейно с ростом числа пиров. Этот результат был предсказан потому, что с ростом числа пиров выполнять транзакции становится сложнее, требуя большей коммуникации. Однако время, отмеченное авторами, было достаточно реалистичным для области применения регистрации авторских прав.
Работа доступа к блокам не демонстрировала значительных вариаций, пока размер сети не превысил определённое значение. Наблюдаемая производительность также зависит от архитектуры гибридного хранения. В этой конфигурации метаданные владения, информация о транзакциях и перцептивные хеш-значения хранятся в блокчейне, а CouchDB обрабатывает мультимедийные данные. Это снижает количество добавлений в распределённый реестр, помогая контролировать рост блокчейн-хранилища. Хотя авторы не проводили конкретного сравнения с дизайном, работающим только на блокчейне, эксперименты показывают, что система по-прежнему хорошо работает для обработки и поиска транзакций в различных сетевых настройках. Рисунки 8–11 обобщают оценки производительности блокчейна исследователями в различных конфигурациях сетей.
В целом, экспериментальные результаты показывают эффективную работу предлагаемой системы, сочетающей перцептивное хеширование с технологией блокчейн. Предлагаемая структура устойчива к операциям по сохранению контента и одновременно чувствительна к атакам, изменяющим структуру. Кроме того, он может регистрировать и проверять авторские права в сети Hyperledger Fabric.
Доступность данных:
Данные и коды, использованные в настоящем исследовании, были загружены в репозиторий Zenodo и доступны из: https://doi.org/10.5281/zenodo.20665324. К ним относятся извлеченные наборы данных фреймов, перцептивные хеши, вычисления расстояний по Хэммингу, тесты блокчейн-бенчмаркинга, код смарт-контрактов, файлы развертывания и другие метаданные, используемые в экспериментах по регистрации и верификации авторских прав.

Рисунок 1: Предлагаемая архитектура децентрализованной структуры защиты авторских прав на видео. На рисунке показана общая структура предлагаемого фреймворка, включая предобработку видео, генерацию перцептивного хеша, регистрацию блокчейна, проверку собственности и хранение в CouchDB. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 2: Предлагаемая модель системы для защиты и проверки авторских прав на видео. Рабочий процесс демонстрирует процессы приобретения видео, извлечения кадров, генерации перцептивного хеша, регистрации блокчейна, проверки сходства и принятия решений по авторским правам в рамках предлагаемой структуры. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 3: Схема последовательности для регистрации и проверки авторских прав на видео. Диаграмма последовательности отражает взаимодействия между владельцем контента, уровнем приложения, модулем перцептивного хеша, смарт-контрактом, узлами-пирами, сервисом упорядочения, реестром блокчейна и CouchDB во время регистрации и проверки авторских прав. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 4: Анализ сходства при нескольких операциях редактирования кадров. На рисунке показана совокупная производительность сходства предлагаемого фреймворка по нескольким сценариям временной обработки видео, включая вставку, удаление, замену кадров и модификацию частоты кадров. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 5: Анализ сходства при вращении видео. На рисунке показано влияние вращения видео на оценки сходства. Это демонстрирует эффективность предлагаемой структуры даже при умеренном ротировании видео. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 6: Добавление текста в видео. Это показывает результаты сходства после вставки текста в видеокадры. Он демонстрирует способность предлагаемой структуры выявлять изменения в содержании при проверке владения. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 7: Объединённые сегменты в видео. Это анализ сходства видео, полученный путём слияния фрагментов из различных источников. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 8: Анализ времени выполнения для загрузки файлов на внецепочное хранилище CouchDB с разным количеством узлов . Этот рисунок показывает время, необходимое предлагаемой структуре для загрузки видеометаданных в внецепочное хранилище для различных размеров файлов и сетевых конфигураций. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 9: Анализ времени выполнения за секунды для майнинга блоков для различных размеров файлов с разным количеством узлов в блокчейн-сети. Этот рисунок показывает производительность операции блочного майнинга в сети Hyperledger Fabric в различных конфигурациях сети. Этот эксперимент показывает влияние размера файла и конфигурации узлов на производительность системы. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 10: Анализ времени выполнения за секунды для создания блоков для файлов различного размера с разным количеством узлов в блокчейн-сети. На рисунке ниже показано время, необходимое для создания блока в сети при различных конфигурациях сети. Это помогает анализировать операционные возможности и масштабируемость фреймворка. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 11: Анализ времени выполнения за секунды для доступа к блокам файлов разного размера с разным количеством узлов в блокчейн-сети. На этом рисунке показано время, необходимое для получения информации из блокчейн-системы для различных размеров файлов и конфигураций узлов между узлом. Это показывает, что предлагаемая структура может эффективно использоваться для проверки авторских прав и возврата права собственности. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.
| С. Нет. | Автор(ы) | Применение | Блокчейн | Безопасность | Защита | Масштабируемость | Защита авторских прав | Хранение вне цепи | Целостность | Децентрализованная |
| 1 | Лю и др.13 | Цифровая защита авторских прав с использованием технологии блокчейн | ✓ | ✓ | ✗ | ✓ | ✓ | ✓ | ✗ | ✓ |
| 2 | Чжэн и др.12 | Защита авторских прав на видео на основе блокчейна с использованием водяных знаков | ✓ | ✓ | ✓ | ✗ | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ |
| 3 | Куреши и др.11 | Мультимедийная структура управления авторским правом | ✓ | ✓ | ✗ | ✗ | ✓ | ✓ | ✗ | ✓ |
| 4 | Дарвиш и др.9 | Видео-водяные знаки и проверка авторских прав | ✓ | ✓ | ✓ | ✗ | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ |
| 5 | Li и др.7 | Децентрализованная система управления авторскими правами на музыку | ✓ | ✓ | ✗ | ✗ | ✓ | ✓ | ✗ | ✓ |
| 6 | Пандиан и др.10 | Проверка целостности видео на основе блокчейна | ✓ | ✓ | ✗ | ✗ | ✓ | ✗ | ✓ | ✓ |
| 7 | Го Дж и др.6 | Управление цифровыми правами для мультимедийных ресурсов онлайн-образования | ✓ | ✗ | ✗ | ✗ | ✓ | ✓ | ✗ | ✓ |
| 8 | Moolikagedara и др.14 | Система владения и отслеживаемости на основе блокчейна | ✓ | ✓ | ✗ | ✗ | ✓ | ✓ | ✗ | ✓ |
| 9 | Мадапати иПрадхан 5 | Фреймворк защиты авторских прав на основе видео на основе Ethereum | ✓ | ✓ | ✗ | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ |
| 10 | Фраттолилло и др.8 | Защита цифровых авторских прав с помощью смарт-контрактов | ✓ | ✓ | ✗ | ✓ | ✓ | ✓ | ✗ | ✓ |
| 11 | Предлагаемая структура | Защита авторских прав видео на основе Hyperledger Fabric с использованием нескольких перцептивных хешей (aHash, dHash, pHash и wHash) | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ |
Таблица 1: Сравнение существующих систем защиты авторских прав на основе блокчейна. Таблица сравнивает существующие методы защиты авторских прав на основе блокчейна с предлагаемой структурой по ключевым факторам, включая использование блокчейна, смарт-контракты, перцептивное хеширование, масштабируемость, защиту авторских прав, безопасность собственности, проверку целостности и децентрализацию.
| Параметр | Конфигурация |
| Блокчейн-платформа | Hyperledger Fabric 2.4.8 |
| Тип сети | Разрешённый блокчейн |
| Количество организаций | 2 |
| Количество узлов Peer | 2 |
| Количество узлов упорядования | 2 |
| Сертификационные центры | 2 |
| Канал связи | autochannel |
| Название смарт-контракта | vitChain |
| Язык смарт-контрактов | Вперёд |
| База данных штатов | CouchDB |
| Инструмент развертывания | Minifab |
| Контейнерная платформа | Docker |
| Механизм консенсуса | Служба заказа плотов |
| Хранилище метаданных | CouchDB |
| Хранение собственности | Блокчейн-реестр |
Таблица 2: Параметры конфигурации развертывания Hyperledger Fabric. В таблице приведены детали конфигурации развертывания блокчейн-сети Hyperledger Fabric, включая организацию, однорангов, сервис заказа, центр сертификации, канал связи, механизм консенсуса, смарт-контракты и хранилище, используемое для экспериментов.
| S.No | Видеоатака | pHash (%) | wHash (%) | dHash (%) | aHash (%) |
| 1 | Атака вставкой кадров | 82.81 | 84.33 | 81.31 | 86.42 |
| 2 | Атака удаления кадров (пробел слева) | 82.69 | 81.78 | 80.17 | 81.07 |
| 3 | Атака удаления кадров (пробел удалён) | 75.37 | 78.68 | 76.19 | 79.69 |
| 4 | Атака на замену кадров | 84.86 | 82.6 | 84.19 | 81.07 |
| 5 | Атака на вмешательство в регион | 99.4 | 98.59 | 99.46 | 99.76 |
| 6 | MPEG Компрессионная Атака | 99.64 | 99.61 | 99.1 | 99.64 |
| 7 | Атака добавления шума (25%) | 99.52 | 99.58 | 98.8 | 99.7 |
| 8 | Атака добавления шума (50%) | 99.64 | 99.4 | 98.68 | 99.52 |
| 9 | Атака добавления шума (75%) | 99.52 | 99.31 | 98.14 | 99.22 |
| 10 | Атака кроппинга | 69.71 | 54.81 | 69.11 | 57.27 |
| 11 | Атака вращения (30°) | 54.21 | 60.61 | 57.09 | 65.56 |
| 12 | Атака вращения (60°) | 48.56 | 53.97 | 51.38 | 57.57 |
| 13 | Масштабирующая атака | 98.56 | 99.28 | 96.81 | 97.48 |
| 14 | Перевод + переворот (налево–вправо) | 52.88 | 63.46 | 51.2 | 68.63 |
| 15 | Перевод + переворот (вверх–вниз) | 50 | 45.34 | 60.7 | 42.73 |
| 16 | Медианная фильтрация (25) | 98.92 | 99.1 | 98.02 | 99.7 |
| 17 | Медианная фильтрация (50) | 98.08 | 98.17 | 97.3 | 99.28 |
| 18 | Низкочастотная фильтрация | 97.84 | 99.13 | 96.03 | 96.63 |
| 19 | Гауссианское размытие (σ = 5) | 99.76 | 98.68 | 98.68 | 99.76 |
| 20 | Гауссианское размытие (σ = 10) | 99.76 | 97.6 | 97.78 | 99.4 |
| 21 | Атака перезаписи (Camcorder) | 98.68 | 98.83 | 91.95 | 93.51 |
| 22 | Конвертация форматов (MPEG-4 кодировщик) | 99.16 | 99.19 | 98.14 | 99.4 |
| 23 | Преобразование форматов (кодировщик H.264 QSV) | 99.76 | 99.79 | 99.1 | 99.82 |
| 24 | Преобразование форматов (кодировщик libvpx-VP9) | 99.76 | 99.7 | 99.04 | 99.76 |
| 25 | Временная атака (15 кадров в секунду) | 97.48 | 98.26 | 98.02 | 99.4 |
| 26 | Временная атака (24 fps) | 99.16 | 99.16 | 98.38 | 99.82 |
| 27 | Атака сговора | 99.76 | 99.28 | 98.74 | 99.58 |
| 28 | Атака транскодирования | 99.76 | 99.7 | 99.04 | 99.76 |
| 29 | Атака на изменение битрейта | 99.52 | 99.7 | 99.4 | 99.76 |
Таблица 3: Анализ сходства между оригинальными и модифицированными видео под разными атаками. Таблица иллюстрирует оценки сходства, полученные несколькими перцептивными методами хеширования при различных видеоманипуляциях, включая вставку кадров, удаление, замену, вращение, сжатие, масштабирование, добавление шума, добавление текста и слияние видео.