Bu çalışma insan katılımcıları, insan denekleri, hayvan denekleri veya klinik örnekleri kapsamamıştır. Bu nedenle, kurumsal etik onayı ve bilgilendirilmiş onay gerekmiyordu.
Malzemeler ve yazılım
Framework'u dağıtmak için kullanılan ortam Hyperledger Fabric sürüm 2.4.8, CouchDB, Docker Containers, Minifab dağıtımı, FFmpeg multimedya işleme uygulamaları ve Go programlama dilinden oluşuyordu. Hyperledger Fabric, merkezi olmayan defter yönetimi ve akıllı sözleşme yürütme hizmetleri sunarken, CouchDB telif hakkı bilgilerini zincir dışı depolama yoluyla verimli şekilde saklayıp geri aldı. FFmpeg, videoları ön işlemek ve video karelerini çıkarmak için kullanılırken, algısal hash algoritmaları Go programlama dilindeki görüntü hashing kütüphaneleri aracılığıyla uygulandı. Tüm araçların listesi ve ilgili açıklamaları, Malzemeler Tablosu'nda gösterilmiştir.
Çerçeve mimarisi
Önerilen çerçeve, izinli blokzincir Hyperledger Fabric içinde algısal hashing algoritmalarını kullanarak video telif hakkı koruması ve sahiplik doğrulamasına merkezi olmayan bir yaklaşım sağlamaktadır. Çerçeve beş ana bileşenden oluşur: video ön işleme, algısal hash üretimi, blokzincir tabanlı telif hakkı kaydı ve benzerlik temelli doğrulama. Bu çerçevede, Hyperledger Fabric güven katmanı olarak hizmet verir ve değişmez sahiplik kayıtları sağlarken, CouchDB zincir dışı depolama sağlar. Önerilen çerçevenin genel mimarisi Şekil 1'de gösterilmiştir.
Telif hakkı doğrulama sistemi modeli
İncelenen sistemin ayrıntılı bir iş akışı Şekil 2'de gösterilmiştir. Video alımı ile başlar, ardından FFmpeg ile düzenli aralıklarla kare çıkarımı yapılır. Çıkarılan çerçeveler, sahiplik kaydı, sertifika yönetimi, eş iletişimi ve işlem doğrulaması gibi işlemleri içeren Hyperledger Fabric uygulama ortamında işlenir. Çıkarılmış çerçevelere algısal hashing uygulanır, ardından benzerlik derecesi değerlendirilmek için Hamming mesafesi hesaplaması yapılır. Hamming mesafesi eşik altındaysa, çerçeve gerçek kabul edilir ve kayıtlı içeriğe benzerdir; aksi takdirde, değiştirilmiş içerik olarak kabul edilir.
Video edinimi, ön işleme ve algısal hashing oluşturma
Deneyde kullanılan video örnekleri, ortalama 26 saniye uzunluğunda 480p çözünürlüklü MP4 dosyalarıydı. Değerlendirme veri setinde orijinal bir referans video ve birkaç değiştirilmiş versiyon dahil olmak üzere 15 video örneği bulunuyordu. Bu değişiklikler, kare hızlarının değiştirilmesi, karelerin eklenmesi, silinmesi veya yerine koyulması gibi yaygın düzenleme görevlerini ve kırpma, ölçeklendirme, dönüş ve üst katman efektleri gibi bozulmaların uygulanmasını içeriyordu. Veri seti ayrıca sıkıştırma, gürültü, metin ve çıkartma eklemeleri, hata efektleri ve daha fazlasını içeriyordu. Tüm videolar MP4 formatında, 480p çözünürlükteydi ve aynı ön işleme ve parmak izi oluşturma adımlarından geçti. Sistemin dayanıklılığını test etmek için tasarlanmış bu veri seti, ihlal ve manipülasyon içeren çok çeşitli gerçek dünya senaryolarını kapsar. Telif hakkı tespit ve onaya tabi olmadan önce, video dosyaları FFmpeg'de ön işlemeye tabi tutulmuştur. Video dosyalarından kareler, işlemesi hesaplama açısından ucuz olan görsel içerik şeklinde kısaltılmış içerik özetleri elde etmek için 1 saniyelik aralıklarla çıkarıldı. Sonrasında, bu kareler gri tonlamaya dönüştürüldü ve aydınlatma koşulları, kodlama ve sıkıştırma farklılıklarından kaynaklanan piksel yoğunluklarındaki değişiklikleri en aza indirmek için normalleştirildi.
Ortalama hashing (aHash), fark hashing (dHash), algısal hash (pHash) ve wavelet hashing (wHash) şeklinde video içeriği parmak izi üretmek için dört algısal hashing fonksiyonu kullanıldı.
Hash üretimi için, kareler önce gri tonlamaya dönüştürülür ve aHash ile dHash hesaplamak için 8x8 piksel boyutuna dönüştürülürdü. aHash ile, her piksel ortalama gri ton değeriyle karşılaştırıldığında 64-bitlik bir parmak izi oluşturuldu. dHash algoritması da benzer bir şey yaptı, 64-bit parmak izi oluşturdu, ancak bitişik yatay piksel yoğunluklarının nasıl farklılaştığını inceledi. pHash için kareler 32x32 piksele yeniden boyutlandırıldı, ardından ayrık kosinüs dönüşümü hesaplandı. 64-bit algısal parmak izi üretmek için yalnızca düşük frekanslı 8x8 DCT katsayıları kullanıldı. wHash için ise kareler yine 32x32 piksele boyutlandırıldı, ancak bu sefer Haar dalgasit dönüşümü ile işlendi. Alınan en düşük frekanslı dalgalet katsayılarından 64-bitlik bir hash üretildi. Tüm bu parametre ayarları, tipik video ayarlamalarını yönetmek için hesaplama verimliliği ile güç arasında iyi bir denge sağlamayı amaçlar.
Verimli hash fonksiyonu hesaplamaları yapmak için bu görüntüler normalleştirildi ve boyutlandırıldı. Ortalama hash yöntemi, piksel yoğunluklarını resmin ortalamasıyla karşılaştırarak çalışır. Fark hashing benzer şekilde çalışır ancak piksel yoğunluklarını komşu piksellerle karşılaştırarak yerel gradyanlara odaklanır. Algısal hashing, DCT'den çıkan Fourier özelliklerini kullanırken, wavelet hashing özellikleri çıkarmak için wavelet dönüşüm sonuçlarına dayanır.
Blokzincir tabanlı telif hakkı kaydı ve doğrulama
Alınan algısal parmak izleri, sahiplik meta verileri, zaman damgaları ve işlem detayları, akıllı sözleşme vitChain aracılığıyla Hyperledger Fabric blok zincirine aktarılır. Blockchain uygulaması, iki organizasyon, iki eş, iki sıralı düğüm, iki sertifika otoritesi (CA) düğümü ve CouchDB durum veritabanlarını içerir; hepsi otomatik bir kanal üzerinden bağlanır. İzinli blokzincir çerçevesi, telif hakkı detaylarının güvenli işlemesini, sınırlı erişimini ve müdahale edilmez saklanmasını sağlar.
Telif hakkı kayıt işlemi, içerik sahibi videoyu kullanıcı arayüzü üzerinden yüklediğinde başlar. Bir kullanıcı telif hakkı kaydı için video gönderdiğinde, uygulama katmanı Hyperledger Fabric SDK aracılığıyla vitChain akıllı sözleşmesini çağırır. Bu kayıt, benzersiz bir işlem kimliği, sahip bilgisi, video kimliği, zaman damgası ve dört tür algısal hash değerini içerir: aHash, dHash, pHash ve wHash. Ayrıca, içerikle ilgili meta veriler de var. Uygulama, işlem teklifini destekleyen akranlara gönderiyor. Bu eşler daha sonra akıllı sözleşme mantığını çalıştırır ve işlemin onay politikasına uygun olduğundan emin olurlar. Başarılı doğrulamadan sonra işlem sipariş servisine geçer. Burada, doğrulanmış işlemler bloklara gruplanır ve deftere dahil edilmek üzere eş düğümlere gönderilir. Bu arada, ilgili meta veriler CouchDB'ye giriyor. İşlem kimliği üzerinden blokzincir kayıtlarına bağlanır, kolay aramaları sağlar ve hem zincir içi hem de zincir dışı verileri tutarlı tutarlı tutarlı tutarlı tutuyorlar.
Ön işleme ve algısal hash hesaplamalarının ardından, parmak izleri ve ilgili meta veriler, akıllı sözleşme tarafından yürütülecek bir işlem haline getirilir. İşlem doğrulaması, belirtilen onay politikasına uygun olarak katılımcı akrlar tarafından gerçekleştirilir. Onay alındığında, işlem dağıtılmış defterde bir bloka dahil edilmek üzere sipariş servisine iletilir. Güvenilir işletme için kayıt ve doğrulama süreçlerine temel hata yönetimi eklendi. İşlem gerçekleşmeden önce, uygulama zorunlu meta verileri, sahiplik bilgilerini ve algısal hash'ları kontrol ederek sorun yaşamamayı sağlar. Eğer işlemler onay kurallarına uymuyorsa veya geçersiz parametrelere sahipse, eş düğümler bunları doğrudan reddeder. İletişim arızaları veya işlem hataları gibi sorunlar olduğunda, sistem bunları kaydeder ve yönetici uyarısı gönderir. Bu, sistemde küçük işlem hatalarının yayılmasını önlemeye yardımcı olur. Telif hakkı kontrolleri sırasında, geçersiz meta veri veya bozuk hash değerleri içeren videolar doğrulama sürecinden çıkarılır. Parmak izi üretimi başarısız olan videolar da doğrulama sürecinden benzer şekilde dışlanır. Genel olarak, bu adımlar verileri temiz tutar ve çerçevenin güvenilirliğini güçlendirir. Telif hakkı korumalı videonun sahiplik bilgileri değişmez hale gelir ve daha sonra ulaşılabilir hale gelir.
Doğrulama
Doğrulama süreci benzer ön işleme ve parmak izi hesaplama adımlarını içerir, ardından blok zincirinde depolanan parmak izleriyle Hamming mesafesine dayalı benzerlik ölçümü kullanılarak parmak izi karşılaştırması yapılır. Benzerlik ölçümüne dayanarak, akıllı sözleşme gönderilen videonun telif hakkı bilgilerini belirler. Etkileşim iş akışı Şekil 3'te gösterilmiştir.
Benzerlik temelli telif hakkı doğrulaması
Telif hakkı doğrulama süreci, sorgu videosundan elde edilen algısal parmak izlerini, blokzincir sisteminde daha önce saklanan parmak izleriyle karşılaştırır. Kayıt sırasında kullanılan aynı ön işleme ve hash-değer oluşturma süreci, tutarlılığı sağlamak için doğrulama aşamasında da tekrarlanır. Benzerlik, iki hash değeri arasındaki bit farklarının sayısını sayan Hamming mesafesi kullanılarak ölçülür. Daha küçük Hamming mesafeleri iki video arasında daha fazla benzerlik gösterirken, daha yüksek Hamming mesafeleri içerik manipülasyonunu gösterir. Sorgu videosunun kayıtlı videoyla eşleşip eşleşmediğini görmek için, algısal hash değerleri arasındaki Hamming mesafesini kullandık. Ön deneylere dayanarak, yaygın video işleme işlemlerine karşı dayanıklılık ile yetkisiz değişikliklere karşı duyarlılık arasında uygun bir denge sağlamak için Hamming mesafesi eşiği 20 seçildi. Hamming mesafesi 20 veya daha az olan videolar aynı telif hakkı korumalı içeriği temsil ettiği kabul edilirdi. Daha fazla olsaydı, büyük değişiklikler gösterirdi. Bu 20, sıkıştırma, filtreleme, transkodlama ve kare hızı değişiklikleri gibi yaygın video düzenlemelerini yönetmek için seçilmiş, ancak yine de yetkisiz değişiklikleri algılıyor. Toplanan tüm çerçeve parmak izleri için benzerlik ölçümleri yapılır ve ardından telif hakkı doğrulama sonucu oluşturmak için toplanır. Kayıtlı içerikten sapan videolar ek inceleme için işaretlenir.
Dağıtım ortamı
Test platformu ortamı, Docker konteynerleri ve Minifab orkestrasyon aracı kullanılarak oluşturuldu. Hyperledger Fabric sürüm 2.4.8'e dayalı bir blok zinciri ağı, CouchDB'nin akıllı sözleşme verileri için devlet veritabanı ve depolama katmanı olarak kullanıldığı şekilde devreye alındı. vitChain akıllı sözleşmesi, Go sürümünde uygulandı ve Hyperledger Fabric zincir kodu yaşam döngüsü kullanılarak dağıtıldı. Dağıtım parametreleri Tablo 2'de özetlenmiştir. Ağ, İçerik Yaratıcısı ve Görüntü Yazarı olmak üzere iki katılımcı organizasyondan oluşuyordu. İşlem bütünlüğünü sağlamak ve yetkisiz telif hakkı kaydı veya değişikliğini önlemek için, bir işlemin deftere bağlanmasından önce her iki kuruluşun onayı gerektiren çoklu kuruluşlu bir onay politikası uygulandı. Özellikle, onay politikası AND ('ContentCreatorMSP.peer','VideographerMSP.peer') şeklinde ifade edilen bir AND kuralı izledi.