技术摘要：
本发明属于网络信息安全技术领域，涉及一种基于区块链的多人参与BIM图纸版权保护系统及方法，保护系统包括用户操作模块、数字签名提取验证模块、BIM图纸修改提交模块、智能合约模块和区块链存储模块，一方面，该系统通过区块链技术结合非对称加密算法和智能合约技术实  全部
背景技术：
： 随着BIM技术在建筑设计中的广泛使用，BIM图纸设计往往是多人协同创作，多人 协同创作BIM图纸导致图纸版本复杂混乱，设计者贡献记录不清晰，最终导致版权归属划分 无依据的问题；同时BIM图纸版权依靠传统的网站版权声明力度低、监察难度大、修改后难 以查证，给BIM图纸设计者和公司带来重创，已无法满足BIM图纸版权保护的需求。目前，已 有一些BIM模型版权保护的方法，例如CN201910513254.6公开了一种BIM模型版权保护数字 水印方法，包括：模型数据水印嵌入和水印提取，水印嵌入包括，在原始BIM数据中提取多面 网格顶点坐标，获取坐标数据高位部分，运用单向映射函数建立坐标值与水印位的对应关 系；利用QIM方法将水印嵌入至坐标数据中较低有效位部分；因BIM数据中坐标数据重复值 多，用来嵌入水印的有效载体较少，为解决这一问题，在水印嵌入前，对原始坐标数据加入 容差范围内的随机噪声，以嵌入不同的水印，间接地增加了水印嵌入容量；水印提取时，无 需原始数据参与，是一种盲水印方法；但是该方法功不能提供完善的图纸修改准确记录和 版权归属划分功能，在多人协同创作BIM图纸时，保证设计者的工作贡献有依据、版权划分 有证明已成为业界迫切需要解决的重要课题。
技术实现要素：
： 本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，设计提供一种基于区块链的多人参 与BIM图纸版权保护系统及方法，解决了多人协同创作BIM图纸工作量记录不清晰的问题， 并且通过非对称加密技术与区块链技术相结合，实现了BIM图纸多人协同创作功能，每位设 计者的贡献通过修改特征值能够准确记录在区块链中，依靠区块链不可篡改性准确记录 BIM图纸的创作标识和版权划分，有效地解决了BIM图纸版权归属不明问题。 为了实现上述目的，本发明所述基于区块链的多人参与BIM图纸版权保护系统的 主体结构包括用户操作模块、数字签名提取验证模块、BIM图纸修改提交模块、智能合约模 块、区块链存储模块，用户操作模块分别与数字签名提取验证模块和BIM图纸修改提交模块 通信连接，用户操作模块用于为用户提供用户注册和BIM图纸信息上传等功能，数字签名提 取验证模块用于提取和验证的用户数字签名，以及通过调用图纸修改权设定合约生成BIM 图纸修改权设定记录完成BIM图纸的修改权设定，并将BIM图纸修改权设定记录上链存储； BIM图纸修改提交模块用于获取最新版图纸信息、提交修改版BIM图纸信息以及发起图纸版 权划分；BIM图纸修改提交模块分别与智能合约模块和区块链存储模块通信连接，数字签名 提交验证模块分别与智能合约模块通信和区块链存储模块通信连接智能合约模块用于为 各个模块提供相应功能的智能合约，处理各个模块的智能合约调用请求，区块链存储模块 用于存储BIM图纸版权的相关信息。 6 CN 111581605 A 说　明　书 2/9 页 本发明所述用户注册是指新用户提交包括用户名、身份证号和用户密码的用户注 册信息，系统根据注册信息采用椭圆曲线加密算法为用户分配对应的公私钥对，并将用户 密码、用户名绑定到公私钥对，其中公钥公开用于验证私钥签名，私钥保密用于签名标识用 户所有权。 本发明所述BIM图纸信息上传是指用户通过用户操作模块将BIM图纸信息上传到 区块链系统的节点中进行处理，包括初始版BIM图纸信息上传、修改版BIM图纸信息上传、最 终版BIM图纸信息上传，初始版BIM图纸信息上传之前需要通过用户操作模块将初始版BIM 图纸的相关信息和用户的相关信息提交到数字签名提取验证模块进行数字签名提取；修改 版BIM图纸信息上传之前需要通过用户操作模块将修改版BIM图纸的相关信息和用户的相 关信息提交到BIM图纸修改提交模块进行修改权验证；最终版BIM图纸信息上传之前需要通 过用户操作模块将最终版BIM图纸的相关信息和用户的相关信息提交到BIM图纸修改提交 模块进行修改权验证；其中用户的相关信息为用户名和用户密码；BIM图纸的相关信息为 IFC文件中的文件头信息和所有的实体实例信息，IFC文件中的文件头信息包括IFC版本信 息、输出IFC文件的应用程序、文件输出时间、BIM模型设计软件的用户信息和用户所在企业 信息；所有的实体实例信息包括全局唯一标识符(GUID)、模型创建人员信息、模型创建应用 软件、创建时间、修改人员信息、模型修改应用软件、修改时间和修改动作信息，输出IFC文 件的应用程序是指将BIM模型转换成IFC文件的应用程序，全局唯一标识符(GUID)是指唯一 标识IFC文件的国际标识符，标识符与IFC文件一一对应，IFC文件内容的修改不会引起全局 唯一标识符的更改；模型创建人员信息指是指在BIM模型设计软件中创建模型时设定的用 户信息，在此设定为所有设计参与者的信息，修改动作信息是指设计者对BIM模型的修改记 录。 本发明所述数字签名提取验证模块中数字签名提取是指在初始版BIM图纸信息上 传之后，采用用户私钥对实体实例信息中的全局唯一标识符进行私钥签名，得到标识用户 对图纸修改权的数字签名，数字签名提取针对所有设计者；数字签名验证是指用户在对BIM 图纸进行修改之前，依据链上初始版BIM图纸的全局唯一标识符和数字签名，采用用户公钥 进行私钥签名解密验证，判断用户是否具有BIM图纸的修改权，若验证成功则用户可以获取 最新版本的BIM图纸；用户在完成BIM图纸修改之后，将修改版BIM图纸信息上链存储，同时 也需要公钥解密数字签名验证，判断用户是否具有修改权；其中BIM图纸的修改权设定是针 对初始版BIM图纸，采用数字签名设定哪些设计者用户可以获取查阅该图纸并且可以在修 改图纸之后，将修改版BIM图纸信息上链存储。 本发明所述BIM图纸修改提交模块中获取最新版图纸信息是指在多人协同创作 BIM模型时，需要通过调用图纸内容获取合约从区块链上获取BIM图纸文件的全局唯一标识 符，依据标识符获取最新版本的BIM图纸文件，全局唯一标识符的获取条件为私钥签名验证 成功；提交修改版BIM图纸信息是指用户通过BIM模型设计软件修改完BIM模型之后，导出 BIM图纸文件，通过调用图纸内容提交合约依据最新BIM图纸信息生成BIM图纸修改记录并 提交到区块链网络中，图纸修改记录信息提交条件为数字签名验证成功；图纸版权划分是 指根据链上的BIM图纸修改权设定记录、BIM图纸修改记录和用户版权划分协议分析用户工 作贡献，对图纸的版权进行划分，版权划分结果需要所有设计者采用私钥进行签名标识，其 中用户版权划分协议指用户链下商定的有关BIM图纸版权划分的协议。 7 CN 111581605 A 说　明　书 3/9 页 本发明所述智能合约模块中的智能合约包括用户注册合约、图纸修改权设定合 约、图纸内容获取合约、图纸内容提交合约和图纸版权划分合约；用户注册合约供用户操作 模块调用完成新用户的注册以及公私钥对的分配，图纸修改权设定合约供数字签名提取验 证模块调用完成对设计者用户的数字签名提取和BIM图纸的修改权设定，图纸内容获取合 约供BIM图纸修改提交模块调用完成待修改BIM图纸的最新版本获取工作，图纸内容提交合 约供BIM图纸修改提交模块调用完成修改版BIM图纸信息的上链工作，图纸版权划分合约供 BIM图纸修改提交模块调用完成BIM图纸的版权划分工作。 本发明所述BIM图纸版权的相关信息包括BIM图纸信息链，BIM图纸信息链为由多 个区块依靠区块Hash值相互连接的链式存储结构，每个区块包含区块头和区块体两部分， 区块头包括时间戳、父块Hash值、本块Hash值、区块高度和Merkle根Hash值，其中时间戳指 区块生成时的时间点，区块Hash值由父块Hash值和本区块头中的时间戳、区块高度和 Merkle根Hash值进行哈希运算生成的，区块高度指本区块在区块链中的序号，Merkle根 Hash值指区块体中区块交易组成的Merkle树的Hash值；区块体用于存储BIM图纸各种记录， 包括BIM图纸修改权设定记录、BIM图纸修改记录和BIM图纸版权划分记录，其中BIM图纸修 改权设定记录数据结构包括图纸项目描述、设计者私钥签名列表、初始版BIM图纸的全局唯 一标识符(GUID)、实体实例信息Hash值、设计者公司简介和时间戳等信息；设计者私钥签名 列表指所有设计者对初始版BIM图纸全局唯一标识符(GUID)的私钥签名列表，用于验证设 计者身份，判断用户是否具有修改权，实体实例信息Hash值是针对IFC文件中所有的实体实 例信息进行哈希运算得到的唯一标识所有实体实例信息的Hash值，依靠Hash值来辨别链下 实体实例信息的真伪性，对IFC文件的存储起到监督作用；BIM图纸修改记录数据结构包括 BIM图纸修改权设定记录hash、溯源hash、修改者私钥签名、初始版BIM图纸的全局唯一标识 符(GUID)、最新实体实例信息Hash值、时间戳和用户公钥信息；BIM图纸修改权设定记录 hash是BIM图纸修改权设定记录的交易哈希值，溯源hash是前一个该BIM图纸相关记录的交 易hash，若本修改记录为第一个修改记录，则溯源hash即为BIM图纸修改权设定记录hash， 修改者私钥签名是本次修改者用户对初始版BIM图纸的全局唯一标识符(GUID)进行私钥加 密得到的数字签名，最新实体实例信息Hash值是针对IFC文件中最新的实体实例信息进行 哈希运算得到的唯一标识最新实体实例信息的Hash值；所述BIM图纸版权划分记录数据结 构包括图纸项目描述、BIM图纸修改权设定记录hash、溯源hash、设计者私钥签名列表、初始 版BIM图纸的全局唯一标识符(GUID)、最终实体实例信息Hash值、用户版权划分协议和时间 戳信息，最终实体实例信息Hash值是针对最终版IFC文件中的实体实例信息进行哈希运算 得到的唯一标识最终版实体实例信息的Hash值。 本发明采用基于区块链的多人参与BIM图纸版权保护系统对多人参与BIM图纸版 权保护的具体过程包括如下步骤： S1、用户在用户操作模块提交用户注册信息进行用户注册，系统对用户注册信息 进行审核之后，采用椭圆曲线加密算法为用户分配公私钥对，并将其与用户注册信息进行 绑定；用户利用BIM模型设计软件创建BIM模型，导出初始版BIM图纸文件，再通过用户操作 模块提交初始版BIM图纸文件的相关信息到区块链节点，发起图纸修改权设定申请； S2、区块链节点采用设计者的私钥对唯一标识初始版BIM图纸文件的全局唯一标 识符进行签名，得到设计者数字签名列表，通过调用图纸修改权设定合约生成BIM图纸修改 8 CN 111581605 A 说　明　书 4/9 页 权设定记录交易并进行Kafka共识上链存储； S3、用户通过用户操作模块向区块链节点提交BIM图纸最新版获取请求，区块链节 点对用户进行数字签名验证，若通过验证，则调用图纸内容获取合约从区块链上获取BIM图 纸文件的全局唯一标识符，依据标识符进一步获取到对应的最新版本的BIM图纸文件，全局 唯一标识符的获取条件为私钥签名验证成功； S4、用户将获取的最新版BIM图纸文件导入到本机BIM模型设计软件中生成BIM模 型，通过BIM模型设计软件对BIM模型进行修改创新等操作，在操作完成后导出BIM图纸文件 并将BIM图纸文件的修改状态属性改为NOCHANGE，方便准确识别其他用户和应用软件对BIM 图纸的修改；然后通过用户操作模块将最新修改版BIM图纸文件的相关信息提交到区块链 节点，区块链节点调用图纸内容提交合约，生成BIM图纸修改记录交易并进行Kafka共识上 链存储，BIM图纸修改记录交易提交条件为数字签名验证成功； S5、所有设计者多次协同创作，重复S3-S4步骤； S6、当BIM模型完成最终设计后，所有用户通过客户端将私钥签名后的用户版权划 分协议信息提交到区块链节点，区块链节点调用图纸版权划分合约生成BIM图纸版权划分 记录交易并进行Kafka共识上链存储，BIM图纸版权划分记录交易提交的条件为所有设计者 采用私钥进行签名标识。 本发明所述步骤S2与步骤S4中所述的Kafka共识包括以下步骤： (1)区块链节点依据上链信息生成区块链交易，并将区块链交易发送给指定的背 书节点进行背书； (2)背书节点将完成背书验证的区块链交易返回给区块链节点，区块链节点将完 成背书的区块链交易发送给排序节点进行排序； (3)排序节点收到完成背书验证的区块链交易之后，将区块链交易发送给Kafka集 群进行同时段内的区块链交易排序； (4)Kafka集群完成区块链交易排序之后，排序节点会定期获取一定数量的排好序 的区块链交易； (5)排序节点将排好序的区块链交易打包生成新区块，并返回给各个区块链节点 进行上链存储。 本发明应用于具有去中心化、数据不可篡改、时序块链特性的区块链系统。 本发明与现有技术相比，用户通过区块链节点提交初始化BIM图纸的相关信息，发 起BIM图纸修改权设定请求，触发图纸修改权设定合约生成BIM图纸修改权交易并上链存 储；用户通过区块链节点提交BIM图纸最新版获取请求，用户通过修改权验证获得最新版 BIM图纸，用户完成修改之后，触发图纸内容提交合约生成BIM图纸修改交易并上链存储；若 完成BIM图纸最终创作，所有参与的设计者协商达成版权划分一致协议，触发图纸版权划分 合约生成版权划分交易并上链存储，具有以下优点：一是采用哈希算法生成唯一标志BIM图 纸修改内容地哈希值，并将其记录到BIM图纸修改记录中依靠智能合约自动上链存储，保证 了BIM图纸版本的准确记录；二是采用非对称加密技术结合智能合约技术完成了BIM图纸修 改权设定功能，通过公钥解密验证私钥签名的技术，保证了BIM图纸信息的安全性；三是利 用区块链不可篡改的特性准确记录了BIM图纸多人协同创作过程中不同版本的修改记录， 采用哈希值作为版本特征值，依靠哈希值来辨别链下实体实例信息的真伪性，对IFC文件的 9 CN 111581605 A 说　明　书 5/9 页 存储起到监督作用，为设计者工作贡献提供有力证明；四是针对多人协作完成的BIM图纸设 定了版权划分功能，由各位设计者商议决定版权归属划分，由所有设计者共同签名生效版 权划分凭证，保证了每位设计者的版权利益。 附图说明： 图1为本发明所述基于区块链的多人参与BIM图纸版权保护系统的模块结构示意 图。 图2为本发明所述基于区块链的多人参与BIM图纸版权保护系统的模块功能调用 示意图。 图3为本发明所述基于区块链的多人参与BIM图纸版权保护方法的场景流程图。 图4为本发明所述基于区块链的多人参与BIM图纸版权保护方法的流程图。 图5为本发明所述BIM图纸信息链的结构示意图。 图6为本发明所述BIM图纸信息链中区块的结构示意图。 图7为本发明所述Kafka共识机制流程解析图。