區(qū)塊鏈技術(shù)在圖書館館藏借閱中的應(yīng)用研究

嚴(yán) 珊

（ 中南財(cái)經(jīng)政法大學(xué)圖書館 湖北武漢 430073）

1 引言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，以及互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算的推廣應(yīng)用，社會(huì)進(jìn)入了知識(shí)信息時(shí)代。信息網(wǎng)絡(luò)作為知識(shí)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，其核心是信息資源，而圖書館則依然承擔(dān)著可靠的信息來源的重任。

大數(shù)據(jù)環(huán)境下，信息資源建設(shè)、整合、協(xié)作的基礎(chǔ)來源于信息資源的共享與共用。信息資源如何得到公平、充分和有序的利用，如何在高效的組織和機(jī)制下以有效、快速的方式為公眾所知所用，是圖書館服務(wù)創(chuàng)新的首要任務(wù)之一。故在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，圖書館在保障數(shù)據(jù)真實(shí)性的前提下如何提供較高要求的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量，以及如何更有效地發(fā)揮可靠信息資源提供者的作用，是圖書館今后發(fā)展的必經(jīng)之路[1]。為此，關(guān)于區(qū)塊鏈（Blockchain）技術(shù)在圖書館應(yīng)用的相關(guān)研究應(yīng)運(yùn)而生。

2 區(qū)塊鏈技術(shù)的概念及特點(diǎn)

區(qū)塊鏈技術(shù)是一種全新的分布式計(jì)算方式，主要是利用塊鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲(chǔ)和驗(yàn)證數(shù)據(jù)、運(yùn)用分布式節(jié)點(diǎn)共識(shí)機(jī)制算法生成和更新數(shù)據(jù)、采用加密技術(shù)保證數(shù)據(jù)傳輸和訪問的安全，且由自動(dòng)化腳本代碼組成的智能合約可以用來編程和操作數(shù)據(jù)[2]。利用此技術(shù)建立的數(shù)據(jù)庫可以記錄過去所有交易信息和歷史數(shù)據(jù)，通過智能合約、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)記賬、非對(duì)稱加密等方式，任何互不相識(shí)的用戶不需要任何中央信任機(jī)構(gòu)就能通過網(wǎng)絡(luò)達(dá)成信用共識(shí)。也就是說，區(qū)塊鏈相當(dāng)于一個(gè)交易賬本，是由全體用戶構(gòu)建和維護(hù)共享的。交易參與方各自都會(huì)獨(dú)立保存一份完整的數(shù)據(jù)備份，確保交易數(shù)據(jù)的可靠存儲(chǔ)[3]?；谫~本數(shù)據(jù)的公開性，全體用戶在交易過程中共同參與記賬和保證校驗(yàn)記賬的真實(shí)性，且能防止交易記錄被惡意篡改，因此區(qū)塊鏈?zhǔn)撬杏脩粝嗷バ湃蔚臉蛄骸?/p>

區(qū)塊鏈技術(shù)經(jīng)過快速的迭代演進(jìn)，如今的區(qū)塊鏈已經(jīng)形成“分布式（Decentralized）、免信任（Trustless）、時(shí)間戳（Time Stamp）、非對(duì)稱加密（Asymmetric Cryptography）和智能合約（Smart Contract）”[4]五大技術(shù)特征，對(duì)應(yīng)的特點(diǎn)為分散式存儲(chǔ)、不可篡改性、可追溯性、安全性、不可抵賴性。

2.1 分散式存儲(chǔ)

區(qū)塊鏈的分布式結(jié)構(gòu)保證所有節(jié)點(diǎn)的參與者都能參與數(shù)據(jù)的記錄和驗(yàn)證，并通過分布式傳播方式發(fā)送到各個(gè)節(jié)點(diǎn)，且各個(gè)節(jié)點(diǎn)在義務(wù)與權(quán)利上是均等的。區(qū)塊鏈的分布式結(jié)構(gòu)使數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸方式從傳統(tǒng)的“點(diǎn)—中心—點(diǎn)”的單極化模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤包c(diǎn)—點(diǎn)”的去極化模式，在一定程度上呈現(xiàn)出去中心化或者弱中心化的特點(diǎn)。

2.2 不可篡改性

區(qū)塊鏈的產(chǎn)生就是為了防止被篡改，保證信息不可被篡改的單向密碼即hash算法。區(qū)塊鏈中使用SHA-256的Hash算法對(duì)區(qū)塊鏈中的所有交易信息進(jìn)行非對(duì)稱加密，并把賬本中的信息壓縮成數(shù)字和字母組合而成的32字節(jié)的隨機(jī)散列。該算法的核心是不能通過任何輸出的散列信息推斷出任何與原文有關(guān)的內(nèi)容。只要輸入信息發(fā)生變化，即使僅僅是一位數(shù)字發(fā)生改變，都會(huì)導(dǎo)致散列結(jié)果呈現(xiàn)出完全不同的狀態(tài)。由于輸出散列與輸入內(nèi)容一一對(duì)應(yīng)的性質(zhì)，故Hash算法用于驗(yàn)證數(shù)據(jù)信息是否被修改。

2.3 可追溯性

區(qū)塊鏈的可追溯性是基于以下兩點(diǎn)：一是區(qū)塊鏈采用分布式結(jié)構(gòu)并按時(shí)間戳上的時(shí)序以線性鏈表的形式來儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，區(qū)塊鏈上的任何數(shù)據(jù)都可以通過鏈表結(jié)構(gòu)來追本溯源。二是區(qū)塊在生成的過程中，通過綁定自身的Hash值和時(shí)間來源產(chǎn)生不可更改的時(shí)間戳。鏈表結(jié)構(gòu)和時(shí)間戳分別在空間維度和時(shí)間維度確保區(qū)塊中每條交易信息的可追溯性。

2.4 安全性

區(qū)塊鏈中的交易信息是通過驗(yàn)證添加并永久存儲(chǔ)的，這些信息由區(qū)塊鏈中具有維護(hù)功能的節(jié)點(diǎn)基于共識(shí)機(jī)制來共同維護(hù)。除非能控制整個(gè)區(qū)塊鏈中超過51%的節(jié)點(diǎn)，否則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改是沒有效果的。故區(qū)塊鏈的分布式結(jié)構(gòu)保證了數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可靠性，可以避免系統(tǒng)崩潰，防止因地震、斷電、黑客攻擊等導(dǎo)致的數(shù)據(jù)遺失[5]。

2.5 不可抵賴性

身份認(rèn)證、共識(shí)機(jī)制和時(shí)間戳保證了區(qū)塊鏈的不可抵賴性。一是基于身份認(rèn)證和共識(shí)機(jī)制，區(qū)塊鏈中的參與者都需使用加密后的數(shù)字簽名進(jìn)行身份認(rèn)證后方可進(jìn)行交易，所有的交易數(shù)據(jù)都會(huì)被全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)經(jīng)過共識(shí)機(jī)制進(jìn)行驗(yàn)證和記錄，故交易者無法否認(rèn)交易行為。二是基于時(shí)間戳，所有的交易行為都可以被追溯，故身份認(rèn)證、共識(shí)機(jī)制和時(shí)間戳確保了區(qū)塊鏈中所有的交易數(shù)據(jù)和行為都能夠被真實(shí)地記錄下來且無法更改抹除。

3 區(qū)塊鏈在館藏資源中的應(yīng)用研究

3.1 區(qū)塊鏈在館藏資源中的應(yīng)用特點(diǎn)

區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)質(zhì)上是非對(duì)稱加密算法，是基于數(shù)據(jù)庫管理而形成的信息協(xié)同參與機(jī)制。區(qū)塊鏈技術(shù)在圖書館中的應(yīng)用特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面。

3.1.1 數(shù)據(jù)資源分布式處理

相較于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理，區(qū)塊鏈技術(shù)采用的單向加密算法以及分布式存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，保證了數(shù)據(jù)庫的完全透明性和安全性。在高校圖書館館藏資源中，從安全存儲(chǔ)的角度來說，區(qū)塊鏈技術(shù)采用分布式存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的集體維護(hù)管理。從數(shù)據(jù)共享角度來看，基于區(qū)塊鏈的分布式鏈表結(jié)構(gòu)來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，利用Hash算法在不同數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)上生成和更新數(shù)據(jù)，并基于共識(shí)機(jī)制保證了數(shù)據(jù)共享的安全性。故區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式結(jié)構(gòu)保障了完整安全的數(shù)據(jù)庫生態(tài)[6]。

圖1 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的圖書館館藏資源加密流程

3.1.2 圖書館管理弱中心化

圖書館管理弱中心化一方面體現(xiàn)在館藏資源存儲(chǔ)上，一方面體現(xiàn)在圖書借閱流通上。

圖書館作為可靠信息來源的提供者，其本身就是一個(gè)大型的數(shù)據(jù)庫，擁有著極其龐大的數(shù)據(jù)資源。在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，隨著高校“雙一流”建設(shè)以及各學(xué)科的深入研究，圖書館每天需要增加和更新海量的數(shù)據(jù)信息，在保障數(shù)據(jù)資源的過程中也給高校資源的安全存儲(chǔ)帶來了新的挑戰(zhàn)。圖書館傳統(tǒng)的館藏資源存儲(chǔ)方式易受到外界的干擾和限制，如很多數(shù)據(jù)資源受到局域網(wǎng)的限制，或者易受到停電、黑客病毒等的影響而導(dǎo)致數(shù)據(jù)資源丟失或無法使用。區(qū)塊鏈技術(shù)基于數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)特性，將不同的數(shù)據(jù)資源信息定義為不同的數(shù)據(jù)區(qū)塊，并借助算法以鏈表結(jié)構(gòu)形式將每個(gè)不同的數(shù)據(jù)區(qū)塊鏈接起來，給予其獨(dú)立運(yùn)作的能力。也就是說每個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)塊都是獨(dú)立的中心，可以在不依賴原有的數(shù)據(jù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上獨(dú)立運(yùn)作?；趨^(qū)塊鏈的分布式存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，可以保障圖書館強(qiáng)大的存儲(chǔ)空間，并且每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都是數(shù)據(jù)資源建設(shè)和管理中心，弱化了圖書館的中心作用，這樣可以有效應(yīng)對(duì)外界風(fēng)險(xiǎn)，保證數(shù)據(jù)的安全性和可靠性[7]。

在圖書借閱流通中主要是基于區(qū)塊鏈的智能合約技術(shù)。核心思想是圖書的借閱基于讀者之間，即把某一個(gè)讀者對(duì)某本圖書的歸還與下一個(gè)讀者對(duì)該本圖書的借閱直接對(duì)接起來，弱化圖書館的“中心干擾”作用。圖書館雖然不再作為中心打斷圖書的借閱流通，但需作為監(jiān)管者，追溯每本圖書的流通去向，包括圖書的位置、目前擁有者、何時(shí)被借出、何時(shí)應(yīng)歸還等詳細(xì)信息。關(guān)于圖書借閱流通的所有行為信息相當(dāng)于一個(gè)數(shù)據(jù)庫，也就是區(qū)塊鏈的區(qū)塊，基于公開透明性，該區(qū)塊中的數(shù)據(jù)可以被每一個(gè)讀者查閱到。區(qū)塊鏈的智能合約使得圖書在讀者之間的流通相當(dāng)于簽訂了不可撤銷的轉(zhuǎn)讓合約，而這個(gè)合約的有效性無需得到圖書館這個(gè)中心的確認(rèn)（見圖2）。

圖2 區(qū)塊鏈技術(shù)在圖書館管理中的應(yīng)用

3.1.3 用戶協(xié)同參與

基于非對(duì)稱加密算法的區(qū)塊鏈技術(shù)，賦予了該數(shù)據(jù)庫協(xié)同合作的特性[8]。該特性是除了管理弱中心化之外的另一顯著特點(diǎn)。傳統(tǒng)的高校圖書館館藏資源體系是單獨(dú)封閉的系統(tǒng)，且使用者必須獲得圖書館的授權(quán)并一般需要在局域網(wǎng)內(nèi)才能在數(shù)據(jù)庫中檢索利用資源。目前，這種數(shù)據(jù)庫管理體系是出于保障數(shù)據(jù)資源的安全性，但是在實(shí)際運(yùn)用過程中造成了資源浪費(fèi)和使用不便。區(qū)塊鏈技術(shù)的運(yùn)用可以在保障數(shù)據(jù)安全的前提之下，基于數(shù)據(jù)庫的協(xié)同合作機(jī)制，讓用戶集體維護(hù)、共同建設(shè)和協(xié)同共享數(shù)據(jù)資源。本校圖書館的注冊(cè)用戶不僅可以檢索查閱本館的數(shù)據(jù)資源，也可以查閱和借閱成員館的館藏。這種基于數(shù)據(jù)庫的協(xié)同參與機(jī)制可以更好地實(shí)現(xiàn)資源整合和保障資源的有效利用。

3.2 區(qū)塊鏈在館藏資源中的應(yīng)用實(shí)例

利用區(qū)塊鏈技術(shù)，用戶可以直接從其他用戶手中借出圖書，而不需經(jīng)過圖書館，且區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用更有利于館際互借的實(shí)施，有利于圖書館可靠信息資源的傳播。

每一本被圖書館購進(jìn)的圖書或者期刊，都會(huì)被圖書館內(nèi)部編上具有識(shí)別功能的索書號(hào)。讀者通過查找索書號(hào)所在的“館藏地點(diǎn)”而找到該書并借閱，歸還；接著被另一個(gè)讀者借閱、歸還……周而復(fù)始地流通。如此，每一本圖書的借閱流通過程相當(dāng)于構(gòu)成了一個(gè)區(qū)塊鏈。圖書每一次的交易過程即何時(shí)被借出、何時(shí)被歸還以及借閱人的詳細(xì)身份信息都會(huì)在區(qū)塊鏈中按時(shí)間戳上的時(shí)序以線性鏈表的形式留下記錄。且讀者每一次向圖書館借書，都與圖書館簽訂了圖書流通轉(zhuǎn)讓合同，但相當(dāng)于傳統(tǒng)的必須經(jīng)由圖書館借還書的借閱流通方式，弱化了圖書館的中心作用。

圖書借閱流通分兩種情況：一是讀者直接向圖書館借還書；二是讀者與讀者之間直接借還書。

3.2.1 讀者—圖書館借閱流程

同學(xué)甲向自己注冊(cè)的圖書館A提出借書申請(qǐng)后，圖書館A在區(qū)塊鏈中查找該書的信息，并確保這本書目前處于可借閱狀態(tài)，于是就把該信息發(fā)送給該書的需求者，同時(shí)保存這次用戶借閱證號(hào)作為交易密鑰，以確保圖書館可以確認(rèn)該用戶的真實(shí)信息以及追蹤該書是否到期或者被損壞。同學(xué)甲收到反饋后直接從圖書館A拿走該書即可（見圖3）。

圖3 讀者—圖書館借閱流程

3.2.2 讀者—讀者借閱流程

用戶與用戶之間借書分兩種情況：一是所借之書屬于用戶的注冊(cè)館；二是所借之書屬于合作的成員館，這時(shí)就需要進(jìn)行館際互借。這種基于分布式結(jié)構(gòu)的圖書館更適合同一所高校的學(xué)生，在圖書借閱流通的過程中不僅弱化了圖書館的中心作用，加強(qiáng)了圖書的有效利用，也增加了學(xué)生之間的交流讀書心得的機(jī)會(huì)。

假如同學(xué)甲和同學(xué)乙均為圖書館A的注冊(cè)者，當(dāng)乙想向同學(xué)甲借《時(shí)間簡(jiǎn)史》這本書時(shí)，乙首先會(huì)向圖書館A發(fā)出請(qǐng)求，信息包括這本書的索書號(hào)和自己有效的注冊(cè)借書證號(hào)。當(dāng)圖書館A收到該請(qǐng)求時(shí)，首先在區(qū)塊鏈中搜索本館是否擁有該書，如果有，就會(huì)直接通知目前這本書的借閱者同學(xué)甲把該書借給同學(xué)乙，同學(xué)甲同意后，同學(xué)乙可直接找同學(xué)甲借書（見圖4-1）。如果同學(xué)乙向自己的注冊(cè)館即圖書館B借書，但圖書館B沒有該書，就會(huì)通過區(qū)塊鏈找到該書所在的館（假設(shè)為圖書館A）。圖書館A收到圖書館B的請(qǐng)求后會(huì)給出接受或者拒絕的反饋。同時(shí)記錄下將要閱讀這本書的外校用戶的信息。如果圖書館B的注冊(cè)者即同學(xué)乙收到圖書館A同意借出該書的回復(fù)時(shí)，且收到該書的密鑰，那么同學(xué)乙即可向同學(xué)甲借出該書（見圖4-2）。通過圖書借閱流通的案例分析，可以看出區(qū)塊鏈技術(shù)在圖書館館藏資源流通中大有作用，可以縮短圖書流轉(zhuǎn)周期，擴(kuò)大圖書館的服務(wù)范圍，增加用戶社會(huì)交往等。

圖4 讀者—讀者借閱流程

4 結(jié)語

本文介紹了區(qū)塊鏈的原理和技術(shù)特點(diǎn)，闡述了基于區(qū)塊鏈實(shí)現(xiàn)圖書館館藏資源安全快速借閱的原理，構(gòu)想了具體的借閱過程。但同時(shí)可以看出用戶需要隨時(shí)隨地地應(yīng)用移動(dòng)端查閱檢索館藏資源并進(jìn)行相關(guān)的借還指令，故區(qū)塊鏈技術(shù)在圖書館的利用離不開數(shù)字圖書館和移動(dòng)服務(wù)的技術(shù)支撐[9]。