區(qū)塊鏈技術(shù)驅(qū)動智慧圖書館智慧增值服務(wù)路徑研究*

楊 群 黎雪松 王毅菲

（四川輕化工大學(xué)圖書館 四川自貢 643000）

區(qū)塊鏈的出現(xiàn)始于2008年末一個自稱為中本聰（Satoshi Nakamoto）的人或者團體發(fā)表在比特幣論壇的一篇論文Bitcoin: A peer-to-peer electronic cash system[1]。該文指出區(qū)塊鏈技術(shù)是構(gòu)建比特幣系統(tǒng)的基礎(chǔ)技術(shù)，是比特幣系統(tǒng)底層支撐技術(shù)之一，區(qū)塊鏈記錄了所有元數(shù)據(jù)和加密交易信息，建立一個完全通過點對點技術(shù)實現(xiàn)的電子現(xiàn)金系統(tǒng)，交易雙方不需要通過第三方參與直接進行交易。作為比特幣底層技術(shù)的區(qū)塊鏈一直被當作配角，并未引起學(xué)界的關(guān)注，到2015年12月，Linux基金會發(fā)起了Hyperledger開源區(qū)塊鏈項目，目的是發(fā)展跨行業(yè)的商業(yè)區(qū)塊鏈平臺[2]。2016 年10月，工信部信息化和軟件服務(wù)業(yè)司指導(dǎo)編寫了《中國區(qū)塊鏈技術(shù)和應(yīng)用發(fā)展白皮書》，對區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展提供政策支持[3]，作為比特幣系統(tǒng)底層的區(qū)塊鏈技術(shù)逐步得到重視，成為各國政府、科研院所關(guān)注的焦點，區(qū)塊鏈技術(shù)的研究由此拉開了序幕。習(xí)近平總書記在出席中國科學(xué)院第十九次院士大會、中國工程院第十四次院士大會時曾強調(diào)，區(qū)塊鏈作為新一代信息技術(shù)加速突破應(yīng)用，世界正在進入以信息產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)的經(jīng)濟發(fā)展時期[4]。

區(qū)塊鏈與大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、量子通信等新型技術(shù)的融合，已經(jīng)成為信息技術(shù)領(lǐng)域熱門的話題。圖書館每次進步離不開技術(shù)的創(chuàng)新和突破，如物聯(lián)網(wǎng)的進步、大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用、云計算的興起等，為圖書館由被動服務(wù)向主動服務(wù)的跨越變革不斷助力。區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化、不可篡改、開放和透明、安全和可信的核心特征契合共享公共文化服務(wù)，尤其是智慧增值服務(wù)現(xiàn)實發(fā)展的要求。區(qū)塊鏈技術(shù)驅(qū)動智慧圖書館智慧服務(wù)進程、對智慧服務(wù)模式起促進作用已成業(yè)界共識。在區(qū)塊鏈技術(shù)驅(qū)動下，圖書館利用區(qū)塊鏈技術(shù)的核心特征優(yōu)勢，將資源數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)等存儲在區(qū)塊鏈中，構(gòu)建一種基于區(qū)塊鏈技術(shù)的智慧增值服務(wù)模式，實現(xiàn)圖書館和用戶之間、用戶和用戶之間的智慧化管理，保證流通數(shù)據(jù)、共享數(shù)據(jù)的安全可靠，保障用戶隱私數(shù)據(jù)的安全。

1 區(qū)塊鏈的概念和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

1.1 區(qū)塊鏈的概念

對于區(qū)塊鏈的定義，目前尚無定論，維基百科上將區(qū)塊鏈（block chain或blockchain）定義為：由比特幣衍生出的一種加密貨幣序列交易的分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)[6]。區(qū)塊鏈是一串使用密碼學(xué)方法產(chǎn)生的數(shù)據(jù)塊，每一個數(shù)據(jù)塊中包含了一次比特幣網(wǎng)絡(luò)交易的信息，用于驗證其信息的有效性（防偽）和生成下一個區(qū)塊。巴比特網(wǎng)站上的區(qū)塊鏈定義為：區(qū)塊鏈由一串使用密碼學(xué)方法產(chǎn)生的數(shù)據(jù)庫組成，每一個區(qū)塊都包含了上一個區(qū)塊的哈希值，從創(chuàng)世區(qū)塊開始連接到當前區(qū)塊，形成區(qū)塊鏈[7]。呂方婷通過梳理已有的區(qū)塊鏈定義，總結(jié)了區(qū)塊鏈的3個基本要點：區(qū)塊鏈是一種數(shù)據(jù)塊，區(qū)塊鏈用于記錄數(shù)據(jù)，區(qū)塊鏈是一種記錄方式和記錄結(jié)構(gòu)[8]。

區(qū)塊鏈的定義雖然不同，但本質(zhì)上都是一樣的，即區(qū)塊鏈的核心特征是：去中心化、安全可信、不可篡改、開放透明。區(qū)塊鏈最大的特征就是去中心化，在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，任何交易不需要中心化的結(jié)構(gòu)，都使用分布式存儲和計算，系統(tǒng)中的任意節(jié)點都具有提供記賬和存儲的功能，當系統(tǒng)中某一節(jié)點或若干節(jié)點報錯時，不會影響整個區(qū)塊鏈系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)，仍然正常進行數(shù)據(jù)的存儲和計算；區(qū)塊鏈在協(xié)商一致的協(xié)議和規(guī)范框架下，使用“非對稱加密”解決節(jié)點間的相互信任問題，所有節(jié)點都參與自由安全通信和共同維護[9]，同時借助分布式系統(tǒng)，由各節(jié)點的工作量證明等共識算法形成的強大算力來抵御外部攻擊、保證區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)不可篡改和偽造[10]，因而具有較高的安全可信性；區(qū)塊鏈存儲在由多個節(jié)點組成的分布式網(wǎng)絡(luò)上，對新交易的數(shù)據(jù)塊進行加密并通過系統(tǒng)中所有節(jié)點的驗證，按照時間順序添加到區(qū)塊鏈上，并永久存儲，除非能夠同時控制住系統(tǒng)中超過51%的節(jié)點，否則單個節(jié)點上對數(shù)據(jù)的修改是無效的，因此區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性和可靠性極高；分布式網(wǎng)絡(luò)上交易記錄信息不包含任何隱私，而且對全網(wǎng)節(jié)點的數(shù)據(jù)更新是透明的，區(qū)塊鏈中的任一節(jié)點都有一份完整的副本，除交易雙方的私有信息外的所有數(shù)據(jù)信息都對全網(wǎng)公開，所有交易的用戶共享一個公共區(qū)塊鏈，克服了因某一節(jié)點故障導(dǎo)致整個系統(tǒng)癱瘓的弊端，開放透明的特征奠定了區(qū)塊鏈系統(tǒng)值得信任的基礎(chǔ)。

總之，區(qū)塊鏈是將密碼學(xué)原理、點對點網(wǎng)絡(luò)通信、分布式存儲等多種技術(shù)與數(shù)據(jù)庫巧妙地融合在一起，形成的一種新的數(shù)據(jù)記錄、傳遞、存儲與呈現(xiàn)方式[11]，構(gòu)建數(shù)據(jù)存儲、交易、驗證的新型分布式架構(gòu)，保障在不通過第三方機構(gòu)信用的條件下，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全可靠、不可篡改以及開放透明的特點。

1.2 區(qū)塊鏈的結(jié)構(gòu)

1.2.1 區(qū)塊結(jié)構(gòu)

區(qū)塊鏈是“區(qū)塊”+“鏈”的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，區(qū)塊是區(qū)塊鏈的核心結(jié)構(gòu)單元，區(qū)塊鏈由區(qū)塊互相連接而成。區(qū)塊是記錄交易的特殊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，主要包括區(qū)塊頭和區(qū)塊體兩部分，反映了一筆交易信息的去向，區(qū)塊是區(qū)塊鏈的基本單元和主要數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)，區(qū)塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 區(qū)塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

區(qū)塊頭參數(shù)值的描述如下：①版本號：用于監(jiān)測軟件／協(xié)議更新并隨軟件升級變化；②時間戳：記錄該區(qū)塊的寫入時間，使區(qū)塊的鏈接具有時間順序，在區(qū)塊鏈內(nèi)增加時間維度，為區(qū)塊鏈分布式系統(tǒng)無法篡改提供證據(jù)；③隨機數(shù)：用于證明工作量算法的計數(shù)器，它在區(qū)塊中被定義為“礦”。區(qū)塊鏈通過挖礦算法 PoW（Proof of Work）來確定記賬權(quán)，也就是第一個找到隨機數(shù) Nonce 的礦工擁有記賬權(quán)；④前一區(qū)塊Hash值：前一個區(qū)塊Hash值，是形成區(qū)塊鏈的關(guān)鍵；⑤目標哈希：引用區(qū)塊鏈中父區(qū)塊哈希值；⑥塊Hash值：塊Hash值是對當前區(qū)塊進行哈希計算并由挖礦得到；⑦塊高度：該區(qū)塊在區(qū)塊鏈中的位置；⑧難度：區(qū)塊鏈系統(tǒng)中產(chǎn)生區(qū)塊的速度，控制在每10分鐘產(chǎn)生1個區(qū)塊；⑨Merkle根: 對區(qū)塊體里的交易記錄通過Merkle 算法得到的根節(jié)點Hash值，驗證該區(qū)塊中全部交易數(shù)據(jù)的樹根數(shù)據(jù)。

區(qū)塊所承載的任務(wù)數(shù)據(jù)是區(qū)塊主體記錄的所有交易信息，包括交易雙方的私鑰、交易的數(shù)量、電子貨幣的數(shù)字簽名等。

1.2.2 鏈式結(jié)構(gòu)

區(qū)塊鏈系統(tǒng)中創(chuàng)建的新區(qū)塊記錄了一定時間內(nèi)的全部交易，新區(qū)塊包含了上一區(qū)塊的Hash值，通過該參數(shù)就可以識別上一區(qū)塊，由此形成一條完整的交易鏈條。為保證數(shù)據(jù)的唯一性使用上一區(qū)塊的Hash 值、新區(qū)塊頭參數(shù)和隨機數(shù)生成新的區(qū)塊，已經(jīng)達成的交易的區(qū)塊連接在一起形成了一條主鏈，所有參與計算的節(jié)點都記錄了主鏈或主鏈的一部分。每一個區(qū)塊都保存了上一個區(qū)塊的哈希值，使得每個區(qū)塊都能找到其前一個區(qū)塊，這樣就將這些區(qū)塊連接起來，形成了一個鏈式的結(jié)構(gòu)。鏈式結(jié)構(gòu)把數(shù)據(jù)信息分成區(qū)塊，每個區(qū)塊通過字段按順序鏈接到上一區(qū)塊，整個鏈結(jié)構(gòu)包括所有完整的數(shù)據(jù)，并且不可篡改，區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)

2 區(qū)塊鏈技術(shù)驅(qū)動智慧圖書館的智慧增值服務(wù)的發(fā)展

2.1 區(qū)塊鏈技術(shù)下智慧圖書館的智慧服務(wù)研究現(xiàn)狀

2003年芬蘭奧盧大學(xué)圖書館學(xué)者Markus Aittola 發(fā)表題為《智慧圖書館：基于位置感知的移動圖書館服務(wù)》的論文，首次提出“智慧圖書館”這一概念，將其定義為一種不受空間限制且可被感知的，可以幫助用戶找到所需圖書和相關(guān)資料的移動圖書館服務(wù)[12]。2004年，Mark Miller在一次會議上指出，智慧圖書館就是軟件質(zhì)量工程、科學(xué)計算在圖書館中的實踐應(yīng)用。2008年IBM提出以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為支撐的“智慧地球”的概念[13]，才真正引發(fā)社會各界對“智慧”概念的關(guān)注。各領(lǐng)域掀起對“智慧”概念的研究熱潮，隨后出現(xiàn)了智慧城市、智慧旅游、智慧圖書館等概念。國外學(xué)者Mohd Kamir Yusof 和Younghee Noh從技術(shù)角度對智慧圖書館進行研究。Mohd Kamir Yusof認為智慧圖書館是一個引入NFC（Near Field Communications，近場通信）的圖書館管理系統(tǒng)，“智慧”意味著圖書館用戶可以使用集成了NFC技術(shù)的移動設(shè)備完成任何相關(guān)的圖書館事務(wù)；Younghee Noh則從更廣泛的層面對智慧圖書館進行解讀，認為可以用智能圖書館、情境感知技術(shù)、開放資源、大數(shù)據(jù)、云服務(wù)等實現(xiàn)智慧服務(wù)。臺灣學(xué)者林榮睿的《智慧型圖書館建筑思考》是我國最早對智慧圖書館的理論研究。嚴棟發(fā)表的《基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧圖書館》一文，從感知計算的角度對智慧圖書館進行定義，認為“智慧圖書館=圖書館+物聯(lián)網(wǎng)+云計算+智慧化設(shè)備”，標志著我國學(xué)術(shù)界對智慧圖書館的理論研究進一步深化。圖情領(lǐng)域的學(xué)者從知識服務(wù)和技術(shù)應(yīng)用方面探討智慧圖書館的概念。孫守強認為智慧圖書館資源高度共享，利用各主體的資源和管理優(yōu)勢，可降低資源管理成本，提高數(shù)字資源質(zhì)量[14]；廖嘉琦認為圖書館智慧服務(wù)的內(nèi)涵將服務(wù)原則、服務(wù)策略、服務(wù)模式等一系列服務(wù)理論包括在內(nèi)，共同構(gòu)成智慧服務(wù)的體系[15]；王世偉則將智慧圖書館上升到全面互聯(lián)的高度，認為智慧圖書館應(yīng)該具有互聯(lián)、高效、便利三大特點[16]；上海交通大學(xué)圖書館館長陳進認為智慧圖書館是一個智慧協(xié)同體和有機體，它有效將資源、服務(wù)、技術(shù)、館員和用戶集成在一起，在新型技術(shù)和智慧型館員團隊的支撐下，向用戶提供發(fā)現(xiàn)式和感知化的按需服務(wù)。陳小平認為區(qū)塊鏈技術(shù)助力圖書館智慧服務(wù)在管理體制、機構(gòu)庫建設(shè)、知識交易服務(wù)模式上的轉(zhuǎn)變，滿足讀者對館內(nèi)設(shè)備空間使用與網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)交流平臺的智慧服務(wù)需求，是實現(xiàn)圖書館服務(wù)以讀者閱讀需求為中心的捷徑[17]；曾子明根據(jù)智慧圖書館資源管理研究現(xiàn)狀、區(qū)塊鏈的去中心化思想和技術(shù)，分析了去中心化智慧圖書館MVS（Mobile Visual Search，移動視覺搜索）的含義及管理要求，構(gòu)建了去中心化智慧圖書館MVS資源管理架構(gòu)[18]；周耀認為區(qū)塊鏈技術(shù)能夠有效解決傳統(tǒng)圖書館在信息收集、存儲安全和信息傳播等方面的難題，是構(gòu)建智慧圖書館的一項關(guān)鍵性技術(shù)[19]。

智慧圖書館是以智能技術(shù)為支撐的新型圖書館，在服務(wù)運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)多源、復(fù)雜、異構(gòu)，同時也更具價值，智慧圖書館不僅要改善硬件設(shè)施條件，更要在服務(wù)理念和服務(wù)路徑上進行創(chuàng)新，如技術(shù)和資源數(shù)據(jù)管理、資源數(shù)據(jù)管理和用戶需求、用戶需求和智慧服務(wù)的銜接等方面。豐富的館藏資源和特色館藏資源是圖書館的基礎(chǔ)元素和打造圖書館以“用戶至上”為導(dǎo)向的重要素材，而海量資源給圖書館帶來了新的問題。如何準確獲取資源信息、如何快捷向用戶推送資源、如何保障用戶的隱私信息數(shù)據(jù)以及如何利用圖書館資源、滿足用戶資源需求、通過技術(shù)達到智慧服務(wù)增值的目的，是智慧圖書館亟待解決的問題。

綜上所述，國內(nèi)外學(xué)者均已圍繞智慧圖書館及區(qū)塊鏈技術(shù)下智慧服務(wù)模式的構(gòu)建、智慧化服務(wù)方式等為主題進行研究，以期解決圖書館傳統(tǒng)服務(wù)存在的問題。筆者嘗試從智慧增值服務(wù)的視角入手，融合區(qū)塊鏈技術(shù)，通過主動且嶄新的智慧增值服務(wù)模式，深化用戶對智慧圖書館的認識并挖掘潛在用戶，從多維度推送智慧增值服務(wù)內(nèi)容，助力智慧增值服務(wù)的有效開展。

2.2 區(qū)塊鏈技術(shù)驅(qū)動下智慧增值服務(wù)的現(xiàn)實必要

2.2.1 區(qū)塊鏈的核心技術(shù)

區(qū)塊鏈是去中心化的，不存在任何中心節(jié)點，沒有中心的管制約束，記錄和存儲的權(quán)限分布在系統(tǒng)的各個節(jié)點，各個節(jié)點之間的地位是平等的。各個節(jié)點按照塊鏈式結(jié)構(gòu)存儲完整的數(shù)據(jù)，避免了由于“中心”的存在導(dǎo)致中心數(shù)據(jù)受到攻擊或遭遇災(zāi)害，整體數(shù)據(jù)遭到控制、刪改的可能性，實現(xiàn)了分布式和多方參與者共享信息。區(qū)塊鏈之間依靠區(qū)塊間的哈希值和區(qū)塊內(nèi)的Merkle根實現(xiàn)區(qū)塊鏈上數(shù)據(jù)的無法篡改，每個節(jié)點上數(shù)據(jù)存儲及運行于不同節(jié)點間的共識機制，是多個節(jié)點對數(shù)據(jù)、行為或流程達成一致的過程中的算法、協(xié)議和規(guī)則，系統(tǒng)運作規(guī)則公開、透明，每筆交易都會被真實記錄，使某一節(jié)點數(shù)據(jù)的非法篡改不影響全網(wǎng)其他節(jié)點的正常存儲和運行，減少了交易中失信行為和偽造交易行為的發(fā)生；時間戳是某一份數(shù)據(jù)在某個特定時間之前已經(jīng)存在、完整并可驗證的數(shù)據(jù)，時間戳技術(shù)可以在時間維度鎖定數(shù)據(jù)的產(chǎn)生時間，方便還原、追溯歷史的操作；區(qū)塊鏈是參與者無須相互信任、無須任何中介、高可信的數(shù)據(jù)庫，每筆交易只需發(fā)送者進行簽名、經(jīng)全網(wǎng)達成共識后即可被記錄到區(qū)塊鏈上，而且交易一旦完成，則無法篡改。

2.2.2 智慧增值服務(wù)中的區(qū)塊鏈技術(shù)優(yōu)勢分析

區(qū)塊鏈技術(shù)驅(qū)動下的智慧增值服務(wù)研究并不囿于區(qū)塊鏈技術(shù)范疇，而是立足于用戶需求，從用戶體驗角度、智慧化服務(wù)場景等方面探討服務(wù)核心要素，從信息數(shù)據(jù)搜集、加工、傳播、交流的傳統(tǒng)服務(wù)逐步向信息數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)、挖掘、組織、共享的智慧化服務(wù)轉(zhuǎn)移。在區(qū)塊鏈技術(shù)為代表的融合技術(shù)應(yīng)用背景下，面對海量碎片化的信息資源，用戶的資源需求亦在不斷發(fā)生變化，用戶希望獲得全域化、數(shù)據(jù)化、智能化的服務(wù)，用戶由被動獲取向主動感知轉(zhuǎn)變。讓圖書館成為信息的組織者和管理者，其基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)手段應(yīng)實現(xiàn)資源來源廣泛、服務(wù)精準、保障數(shù)據(jù)隱私安全的智慧化。

（1）去中心化增強數(shù)據(jù)的共識度

隨著信息來源日漸廣泛、用戶信息需求不斷增長、用戶信息素質(zhì)進一步增強，對信息進行高效處理勢在必行，而管理系統(tǒng)和技術(shù)平臺一直是難點。區(qū)塊鏈的去中心化通過自下而上、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的交互、競爭博弈來實現(xiàn)自適應(yīng)組織，任意一個節(jié)點都能夠獲取交易和數(shù)據(jù)的完整記錄，系統(tǒng)中任意節(jié)點是均等的，都是通過點對點的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)實現(xiàn)信息的驗證、管理和傳遞，而數(shù)據(jù)塊由具有維護功能的節(jié)點共同維護完成[20]，一旦交易信息更新后，鏈上所有節(jié)點會同步更新數(shù)據(jù)。去中心化技術(shù)改變了圖書館各部門的職能定位、管理思路和服務(wù)發(fā)展模式，分布式節(jié)點的網(wǎng)狀組織方式進行數(shù)據(jù)維護和資源共享，實現(xiàn)全面感知數(shù)據(jù)，解決了智慧圖書館信息收集多樣性的問題。用戶能及時獲得信息，其多樣性、專業(yè)性、復(fù)雜性和個性化的需求得以滿足，圖書館實現(xiàn)由信息推送者向組織管理者的角色轉(zhuǎn)變，在很大程度上減輕了用戶對圖書館的依賴程度。

（2）不可篡改提升了數(shù)據(jù)存儲的安全性

圖書館掌握著高密度、高價值的數(shù)據(jù)資源以及滿足用戶需求的獨特資源，而這些資源一旦被攻擊篡改，損失不可估量。數(shù)據(jù)存儲安全是智慧服務(wù)增值路徑的根本保障，也是關(guān)鍵問題。隨著開放科學(xué)環(huán)境下開放資源的廣泛應(yīng)用，智慧服務(wù)的導(dǎo)向是將結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化以及音視頻等館藏資源數(shù)據(jù)化，采用數(shù)字化的方式存儲，滿足用戶細粒度的數(shù)據(jù)資源需求。

在海量的實體資源和虛擬資源的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)運用大數(shù)據(jù)技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘方法進行內(nèi)容挖掘和揭示，將用戶需求的專業(yè)化、高密度的資源和用戶行為與興趣特征需求進行深度聚合、廣度關(guān)聯(lián)以及預(yù)測分析，讓用戶得到專屬的資源獲取途徑。數(shù)據(jù)存儲的風(fēng)險從其產(chǎn)生就伴隨其左右，館藏資源利用率提升的同時，也引入了數(shù)據(jù)存儲安全的隱患，往往給黑客帶來了可乘之機，成為攻擊者的目標，如何保護館藏數(shù)據(jù)和用戶隱私數(shù)據(jù)成為主要難點和挑戰(zhàn)。

區(qū)塊鏈由與哈希值相對應(yīng)的一個個區(qū)塊組合而成，交易信息經(jīng)過驗證添加到區(qū)塊之后會永久存儲起來，每個區(qū)塊的修改都涉及其后面所有區(qū)塊的修改，除非能同時控制系統(tǒng)中超過 51%的節(jié)點，否則對單個區(qū)塊的修改是無效的。而每個區(qū)塊采用塊鏈式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、非對稱性加密算法等密碼學(xué)的原理連接而成，增加了惡意篡改的難度，區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)存儲不可篡改的特色為智慧服務(wù)增值路徑帶來全新的信用模式，能有效解決館藏資源和用戶隱私數(shù)據(jù)的安全性問題。

（3）時間戳保障數(shù)據(jù)的可追溯性

用戶利用圖書館的相關(guān)記錄以及用戶自身的相關(guān)信息，包括檢索記錄、閱讀痕跡、論文、報告等，如何將這些信息數(shù)據(jù)安全存儲并讓每個用戶在任何時間內(nèi)都能夠追溯原始信息記錄成為智慧服務(wù)中的痛點。區(qū)塊鏈中某個區(qū)塊的某一條數(shù)據(jù)通過索引指向前一個區(qū)塊上的某條數(shù)據(jù)，區(qū)塊間通過鏈表相互連接。區(qū)塊鏈上任何兩條數(shù)據(jù)通過索引鍵聯(lián)系在一起，區(qū)塊上的交易信息和數(shù)據(jù)處理都會用唯一并且不可偽造的時間戳記錄下來。時間戳證明某個交易數(shù)據(jù)在某個時間段存在且確保區(qū)塊的順序，既能形成可追溯、可驗證、不可偽造的信息數(shù)據(jù)，又可讓每個用戶的信息數(shù)據(jù)在生成數(shù)據(jù)區(qū)塊時自動加蓋時間戳進行有序連接，將數(shù)據(jù)使用和交易記錄發(fā)散至各節(jié)點，有效解決用戶信息數(shù)據(jù)追蹤的痛點。利用區(qū)塊鏈技術(shù)的時間戳特性，不僅能讓區(qū)塊鏈信息數(shù)據(jù)記錄和運行規(guī)則進行系統(tǒng)中節(jié)點的審查和追溯，而且用戶的行為記錄內(nèi)容一旦驗證與確認后則不受任何人為干預(yù)，保證了用戶所有的歷史行為數(shù)據(jù)記錄的可追溯性。

（4）共識機制促進資源的分享透明性

隨著大量信息資源的涌現(xiàn)，如何對信息資源進行合適的篩選和甄別、有效激活信息資源利用的活力、提升圖書館的服務(wù)效率一直是限制圖書館高質(zhì)量發(fā)展的瓶頸。信息資源的時滯和用戶無法獲得有效資源導(dǎo)致資源的利用率越來越低；用戶間信息資源的共享，需要進行“點對點”的傳播分享，不僅耗時長而且傳播分享速度慢，資源利用率也不高。而區(qū)塊鏈技術(shù)基于共識的數(shù)據(jù)更新機制，除雙方交易的私有信息被加密外，所有節(jié)點之間的融合區(qū)域達成共識，能有效甄別交易記錄的真實性和有效性。區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)都公開呈現(xiàn)在用戶面前，整個區(qū)塊鏈系統(tǒng)高度透明，促使資源傳播范圍廣、傳播速度快、傳播影響力大，能有效推進智慧圖書館智慧服務(wù)的建設(shè)，提升智慧服務(wù)的增值價值。區(qū)塊鏈技術(shù)特征及其在智慧增值服務(wù)中的應(yīng)用，如圖3所示。

3 區(qū)塊鏈技術(shù)驅(qū)動智慧圖書館的智慧增值服務(wù)路徑構(gòu)建

3.1 區(qū)塊鏈技術(shù)驅(qū)動智慧增值服務(wù)

圖書館信息資源是基礎(chǔ)研究到研究成果轉(zhuǎn)化的保障，集信息資源存儲、傳播、交流職能于一身的智慧圖書館，發(fā)揮信息資源的支撐與保障功能，讓信息資源及智慧增值服務(wù)在以用戶需求為導(dǎo)向的信息資源供求間高效便捷地流動，智慧增值服務(wù)實質(zhì)上就是實現(xiàn)信息資源傳播、用戶間互動、信息資源增值的過程。圖書館擁有豐富的紙質(zhì)、圖像、音視頻、電子資源等，一方面用戶通過篩選、整理使之成為自己需要的信息資源，另一方面圖書館利用大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能等對用戶獲取的信息資源進行分析、挖掘、判斷，從內(nèi)容和形式上對館藏信息資源進行整理、重組、分析等，向用戶推送價值高的服務(wù)，讓信息資源的效用和價值得到更大程度的發(fā)揮，真正實現(xiàn)智慧增值服務(wù)。

圖3 區(qū)塊鏈技術(shù)特征及其在智慧增值服務(wù)中的應(yīng)用

智慧圖書館信息資源量和質(zhì)的增加，為其發(fā)展注入新的活力。用戶獲得信息資源的效用和價值的增加為智慧圖書館注入新的動力。區(qū)塊鏈技術(shù)理念契合了智慧增值服務(wù)的發(fā)展理念。圖書館可以將區(qū)塊鏈技術(shù)充分應(yīng)用到智慧圖書館的業(yè)務(wù)和服務(wù)中，通過對圖書館用戶數(shù)據(jù)的分析、挖掘、融合和發(fā)現(xiàn)，在豐富的信息資源和復(fù)雜的用戶數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)并預(yù)測用戶的行為習(xí)慣、真正需求；通過對資源的再組織，滿足不同用戶的信息需求期望、搜索習(xí)慣和接受偏好等，實現(xiàn)圖書館對用戶、信息資源、服務(wù)空間的融合和交互。利用區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化、不可篡改、時間戳和共識機制，能夠?qū)⒅腔蹐D書館的各項服務(wù)打造成不同的在區(qū)塊并連接起來，在區(qū)塊和區(qū)塊之間建立誠信的交流渠道。區(qū)塊鏈分布式系統(tǒng)可以自動為用戶記錄交易內(nèi)容和資源使用足跡，增強信息資源的結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化以及音視頻的操作性和傳輸性，實現(xiàn)用戶在任何時間、任何地點、通過任何設(shè)備都能夠有效獲得智慧圖書館可靠的信息資源；還可以保障用戶隱私信息數(shù)據(jù)的安全，實現(xiàn)信息資源的互聯(lián)環(huán)境、智慧增值服務(wù)的廣度與深度提升，提供多樣性的信息資源共享空間，深化信息資源的內(nèi)容挖掘和智慧關(guān)聯(lián)增值服務(wù)?；谏鲜龇治?，本文構(gòu)建了區(qū)塊鏈技術(shù)驅(qū)動下的智慧圖書館智慧增值服務(wù)模式，如圖4所示。

圖4 區(qū)塊鏈技術(shù)驅(qū)動智慧增值服務(wù)模式

3.2 區(qū)塊鏈技術(shù)驅(qū)動智慧增值服務(wù)模式特征

區(qū)塊鏈技術(shù)驅(qū)動的智慧增值服務(wù)模式集成了圖書館服務(wù)模式的優(yōu)點，是一種多層體系結(jié)構(gòu)的智慧增值服務(wù)模式，使智慧增值服務(wù)和用戶資源需求有機地聯(lián)系在一起。圖書館資源和用戶需求不是單一的循環(huán)關(guān)系，用戶能夠在任何時間、任何地點獲得安全可靠的信息資源，讓智慧增值服務(wù)的覆蓋面越來越廣，并通過區(qū)塊鏈分布式系統(tǒng)實現(xiàn)用戶間的信息互動及資源共享。從服務(wù)模式結(jié)構(gòu)圖看，這種服務(wù)模式具有可信任性、安全性高、可靠性高和數(shù)據(jù)透明度高的特征。

3.2.1 可信任性

在圖書館信息資源供給和用戶需求滿足的過程中，可信任問題是影響智慧增值服務(wù)模式效果的關(guān)鍵因素。區(qū)塊鏈技術(shù)通過數(shù)學(xué)原理和程序算法，分布式數(shù)據(jù)庫通過點對點的方式直接完成信息交易，實現(xiàn)交易雙方在不需要借助第三方的情況下達成共識建立信任關(guān)系。區(qū)塊鏈的每筆交易需要交易者進行簽名并經(jīng)過所有授權(quán)節(jié)點達成共識后，才被記錄到區(qū)塊鏈上，交易記錄一旦寫入，則無法篡改。區(qū)塊鏈系統(tǒng)中完成的每筆交易都會蓋上“時間戳”，若重復(fù)交易，時間上會產(chǎn)生矛盾，系統(tǒng)或自動識別為非法交易。區(qū)塊鏈驅(qū)動的智慧增值服務(wù)模式將對某一中心節(jié)點的信任轉(zhuǎn)變?yōu)閷w的信任，提高了整體服務(wù)模式的可信任性。

3.2.2 安全性高

保證用戶獲取資源的安全是智慧增值服務(wù)模式中的重要問題，信息資源管理系統(tǒng)通過中心機構(gòu)完成交易。中心機構(gòu)既是維護者又是參與者，一旦中心機構(gòu)出現(xiàn)如中心服務(wù)器崩潰、維護不及時等隱患，則無法保證信息資源的安全性。區(qū)塊鏈技術(shù)驅(qū)動下的智慧增值服務(wù)模式中，圖書館信息資源數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)以塊鏈式結(jié)構(gòu)存儲完整數(shù)據(jù)，并且數(shù)據(jù)都統(tǒng)一存儲在去中心化的區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的每個授權(quán)節(jié)點上，系統(tǒng)中的所有節(jié)點存儲都是獨立的、平等的。區(qū)塊鏈系統(tǒng)中某一個節(jié)點遭受黑客攻擊或本身存在安全漏洞等問題并不影響整個區(qū)塊鏈系統(tǒng)的正常運行，節(jié)點故障修復(fù)后自動從全網(wǎng)節(jié)點同步數(shù)據(jù)。區(qū)塊間的哈希指針和區(qū)塊內(nèi)的Merkle樹實現(xiàn)區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)不會被非法篡改，加密和解密過程中的兩個密碼是非對稱的，且用私鑰進行簽名，用公鑰來驗證簽名確認信息的來源是私鑰持有人發(fā)出的，有效確保信息來源的真實性，提升了圖書館信息資源和用戶數(shù)據(jù)存儲的安全性。

3.2.3 可靠性強

用戶從提出請求到獲取信息資源，往往需要經(jīng)歷一段時間。區(qū)塊鏈技術(shù)驅(qū)動的智慧增值服務(wù)模式的網(wǎng)絡(luò)層采用P2P技術(shù)、TCP/IP協(xié)議等組織各個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，確保同一網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點彼此對等，每個節(jié)點通過傳播機制、驗證機制實現(xiàn)路由、新節(jié)點識別等[21]，簡化了用戶獲取信息資源的流程，提高了資源的利用率。區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的共識機制主要有PoW、PoS、DPoS、PBFT，是系統(tǒng)中各個節(jié)點達成一致的策略和方法。達成共識需要全網(wǎng)共同參與運算，PoW、PoS和DPoS的容錯性為50%，PBFT則采用許可投票、少數(shù)服從多數(shù)進行記賬的方式，容錯性為33%。根據(jù)智慧增值服務(wù)模式及應(yīng)用場景靈活選取共識機制，保障了信息資源的可靠性。

3.2.4 數(shù)據(jù)透明度高

區(qū)塊鏈系統(tǒng)的每一筆信息交易由全網(wǎng)各節(jié)點共同參與完成，每個節(jié)點有一本完整的賬本。盡管交易雙方是匿名的，但在總賬中能查詢到所有交易的歷史信息，每一筆交易都無法被隱藏、偽造或篡改，并且區(qū)塊鏈分布式賬本記錄著鏈條上的所有區(qū)塊和區(qū)塊上的每一條數(shù)據(jù)記錄。除用戶特殊需求的私密數(shù)據(jù)被加密外，所有交易記錄都可以被查詢和追蹤，數(shù)據(jù)的記錄和更新對所有節(jié)點都是透明的，且在短時間內(nèi)，區(qū)塊信息會被復(fù)制到全網(wǎng)的所有節(jié)點，參與者都能在互聯(lián)網(wǎng)上共享數(shù)據(jù)。在區(qū)塊鏈驅(qū)動的智慧增值服務(wù)過程中，信息資源的搜集、處理、挖掘、重組記錄在區(qū)塊鏈系統(tǒng)的節(jié)點中，通過創(chuàng)新和增值的活動，向用戶推送個性化信息定制、智慧資源服務(wù)等。用戶通過專業(yè)化信息平臺和智慧增值服務(wù)中心交流、共享智慧增值服務(wù)，且能夠回溯歷史交流互動的信息資源。

3.3 區(qū)塊鏈技術(shù)驅(qū)動智慧增值服務(wù)路徑

區(qū)塊鏈技術(shù)驅(qū)動下多層次的智慧增值服務(wù)模式具有可適應(yīng)性和可拓展性，利用區(qū)塊鏈去中心化、不可篡改、數(shù)據(jù)透明的特征和共識機制，安全存儲圖書館信息資源與用戶數(shù)據(jù)，滿足用戶在信息需求導(dǎo)向下獲取可靠的圖書館信息資源，實現(xiàn)圖書館與用戶間的全方位交互，將圖書館與用戶、用戶與用戶間的信息資源獲取、智慧增值服務(wù)推送、交流互動等有機結(jié)合在一起，并可追溯用戶的所有交易信息，實現(xiàn)對用戶獲取、交流、互動的全面把控；區(qū)塊鏈技術(shù)驅(qū)動的信息資源搜集、分析、挖掘、重組、服務(wù)的增值、創(chuàng)新等無須經(jīng)過圖書館管理系統(tǒng)后臺的操作與監(jiān)控，區(qū)塊鏈的時間戳技術(shù)，全程記錄了用戶使用圖書館信息資源的過程并進行全網(wǎng)的審查和追溯，阻止了違規(guī)操作的可行性；區(qū)塊鏈運行核心環(huán)節(jié)的共識機制即通過所有節(jié)點之間的融合達成共識，認定節(jié)點記錄的真實和有效性，避免節(jié)點交易的虛假性，防止信息被篡改。區(qū)塊鏈技術(shù)驅(qū)動的智慧增值服務(wù)保證了信息資源存儲、交易的安全性和可靠性，實現(xiàn)從獲取知識到增值服務(wù)的轉(zhuǎn)型，對于用戶挖掘使用圖書館信息資源具有建設(shè)性的意義。本文據(jù)此構(gòu)建了如圖5所示的區(qū)塊鏈技術(shù)驅(qū)動的智慧增值服務(wù)應(yīng)用路徑。

如圖5所示，以圖書館資源和用戶數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)被存儲在不同的存儲節(jié)點上。區(qū)塊鏈系統(tǒng)首先進行存儲節(jié)點的權(quán)限認證，在確認存儲節(jié)點為授權(quán)節(jié)點后，生成包括公鑰和私鑰的密鑰。授權(quán)節(jié)點獲得區(qū)塊鏈技術(shù)的公鑰加密和私鑰的數(shù)字簽名，通過傳播機制廣播存儲請求，一旦授權(quán)節(jié)點收到存儲節(jié)點的存儲請求后，便會利用共識機制的PoW、PoS、PBFT等，將需要存儲的信息形成區(qū)塊并蓋上時間戳，存儲在區(qū)塊鏈中。區(qū)塊鏈的區(qū)塊鏈式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、加密算法等技術(shù)解決了圖書館信息資源存儲的安全性與用戶的隱私數(shù)據(jù)保護等問題。區(qū)塊鏈服務(wù)器以數(shù)據(jù)區(qū)塊的方式連接到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)用戶的資源請求，將圖書館館藏資源、數(shù)據(jù)庫資源、館際資源等封裝成區(qū)塊的形式和用戶端的響應(yīng)一起發(fā)送至資源服務(wù)器。在智慧增值服務(wù)思維與智慧增值服務(wù)平臺環(huán)境下，用戶資源需求和已經(jīng)封裝的區(qū)塊資源通過共識機制、加密算法等形成區(qū)塊互連組，并發(fā)送私鑰解密，保持資源的同步與更新，對用戶獲取的資源進行匹配檢查。隨之區(qū)塊鏈系統(tǒng)將各個區(qū)塊連接到系統(tǒng)中前一個區(qū)塊的主鏈上，并備份區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)信息，區(qū)塊鏈中的每個節(jié)點則會記錄區(qū)塊鏈上的所有數(shù)據(jù)[22]。系統(tǒng)根據(jù)用戶個性化、專業(yè)化等資源需求，利用區(qū)塊鏈的私鑰解密信息資源，向用戶推送智慧增值服務(wù)。整個智慧增值服務(wù)路徑是基于區(qū)塊鏈技術(shù)的關(guān)鍵特征設(shè)計的，以此提升智慧增值服務(wù)的價值，滿足用戶需求的多樣性、獨特性，使智慧圖書館成為組織的管理者，對內(nèi)是信息資源的評價者，對外則是推介者。

圖5 區(qū)塊鏈技術(shù)驅(qū)動的智慧增值服務(wù)應(yīng)用路徑

4 區(qū)塊鏈技術(shù)驅(qū)動智慧服務(wù)增值路徑實現(xiàn)對策

4.1 開展區(qū)塊鏈在圖書館的應(yīng)用

深入了解區(qū)塊鏈技術(shù)的前沿應(yīng)用，保持區(qū)塊鏈技術(shù)在圖書館應(yīng)用研究上的敏銳嗅覺。區(qū)塊鏈技術(shù)被列為影響圖書館發(fā)展規(guī)劃和決策的新興技術(shù)之一，將成為重塑社會的新引擎。融入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)的智慧增值服務(wù)減少了圖書館資金的投入、拓展了用戶可使用的空間與資源，為圖書館資源數(shù)據(jù)存儲、資源共享、服務(wù)創(chuàng)新和增值提供了新的思路和機遇。圖書館應(yīng)把握這一機遇，密切關(guān)注區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展趨勢，加強區(qū)塊鏈技術(shù)在圖書館組織架構(gòu)和業(yè)務(wù)流程上的研究與應(yīng)用。

4.2 加強區(qū)塊鏈技術(shù)的規(guī)劃研究

區(qū)塊鏈技術(shù)的研究為智慧圖書館實現(xiàn)資源公開透明、資源的安全性和可靠性、用戶共享資源的實時性提供了技術(shù)支持和發(fā)展空間，作為融合多種新興技術(shù)的數(shù)據(jù)庫技術(shù)，區(qū)塊鏈已經(jīng)被認為是顛覆性技術(shù)之一，將對各個研究領(lǐng)域產(chǎn)生重塑性作用[23]。圖書館界應(yīng)發(fā)揮區(qū)塊鏈技術(shù)的優(yōu)勢，建立可靠的智慧圖書館行業(yè)管理與運行機制，保障用戶獲取信息資源和用戶隱私數(shù)據(jù)安全。發(fā)達國家圖書館界已采取積極行動，如國際著名的新媒體聯(lián)盟發(fā)布了《新媒體聯(lián)盟地平線報告: 2017 圖書館版》，關(guān)注了未來五年圖書館所面臨的挑戰(zhàn)及關(guān)鍵技術(shù)，報告所追蹤的主要技術(shù)即包括區(qū)塊鏈[24]。

4.3 制定區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)標準

各國對區(qū)塊鏈技術(shù)的研究不斷發(fā)力，區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)標準正在研發(fā)中，發(fā)達國家已經(jīng)開始重點關(guān)注圖書館區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)標準問題。如2018年4月，美國圖書館計算機論壇就圖書館區(qū)塊鏈的標準問題進行了研討[25]。我國圖書情報研究機構(gòu)應(yīng)組織區(qū)塊鏈專家和圖書館專業(yè)技術(shù)人員制定圖書館區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)標準，從過程管理、資源來源、數(shù)據(jù)存儲、交易記錄改變等方面制定數(shù)據(jù)標準，強化區(qū)塊鏈技術(shù)在圖書館界的應(yīng)用研究。我國圖書館界在區(qū)塊鏈技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出相關(guān)的數(shù)據(jù)標準制定方案和相應(yīng)的建設(shè)理念，以期增強圖書館界對區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)標準的話語權(quán)。

4.4 培養(yǎng)區(qū)塊鏈技術(shù)專業(yè)人才

想要更好地將區(qū)塊鏈技術(shù)融合到圖書館智慧微服務(wù)過程中，不僅要求圖書館重視區(qū)塊鏈技術(shù)的研發(fā)，主動開展相關(guān)服務(wù)工作，更需要區(qū)塊鏈專業(yè)技術(shù)人員對區(qū)塊鏈產(chǎn)品進行維護和二次開發(fā)。圖書館應(yīng)主動介入?yún)^(qū)塊鏈的研發(fā)和建設(shè)工作，加強圖書館區(qū)塊鏈技術(shù)專業(yè)人才的培養(yǎng)。美國大學(xué)與研究圖書館協(xié)會發(fā)布的《2016 年高校圖書館發(fā)展大趨勢》中，對員工職位的要求進行了專題分析，強調(diào)必須掌握新興技術(shù)，熟悉技術(shù)與技術(shù)支持[23,26]。圖書館應(yīng)借鑒區(qū)塊鏈技術(shù)在本領(lǐng)域的成功應(yīng)用實踐經(jīng)驗，開展區(qū)塊鏈技術(shù)專題講座、組織參觀學(xué)習(xí)與交流等，有必要在組織機構(gòu)和人員設(shè)置中加強區(qū)塊鏈技術(shù)復(fù)合型人才培養(yǎng)。

4.5 促進區(qū)塊鏈技術(shù)與圖書館業(yè)務(wù)融合

區(qū)塊鏈技術(shù)驅(qū)動的智慧增值服務(wù)為用戶提供安全的元數(shù)據(jù)存儲、可靠的信息來源、無法偽造和不可篡改的資源、保障用戶隱私數(shù)據(jù)等，滿足用戶多樣化、復(fù)雜化的信息資源需求。高校要做好區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展規(guī)劃，制定相關(guān)政策并提供資金保障，積極引導(dǎo)科研機構(gòu)和區(qū)塊鏈技術(shù)聯(lián)盟加強合作，攻克區(qū)塊鏈技術(shù)難關(guān)，加大區(qū)塊鏈技術(shù)的扶持力度，將區(qū)塊鏈技術(shù)視為圖書館構(gòu)建智慧增值服務(wù)不可或缺的技術(shù)。圖書館應(yīng)結(jié)合實際情況，做好區(qū)塊鏈應(yīng)用的規(guī)劃，逐步補足區(qū)塊鏈技術(shù)短板，推動區(qū)塊鏈技術(shù)在圖書館的研究與應(yīng)用，促進區(qū)塊鏈技術(shù)與圖書館業(yè)務(wù)的融合。

5 結(jié)論與展望

區(qū)塊鏈技術(shù)引發(fā)的技術(shù)和應(yīng)用創(chuàng)新引起了圖書館界的高度關(guān)注，同時也改變和顛覆了傳統(tǒng)行業(yè)的發(fā)展模式，區(qū)塊鏈技術(shù)將會對人類的生活產(chǎn)生深遠的影響。區(qū)塊鏈技術(shù)解決了傳統(tǒng)圖書館技術(shù)無法解決的一些痛點，但它在圖書館的應(yīng)用并不成熟。一種新興技術(shù)的出現(xiàn)必將導(dǎo)致技術(shù)變革，智慧圖書館應(yīng)充分認識區(qū)塊鏈技術(shù)的優(yōu)勢和發(fā)展前景，并以此為契機，開展區(qū)塊鏈在圖書館的應(yīng)用、區(qū)塊鏈技術(shù)的規(guī)劃研究、區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)標準的制定等，緊抓資源、服務(wù)、技術(shù)等主要因素，勇于實踐，實現(xiàn)區(qū)塊鏈技術(shù)環(huán)境下智慧圖書館智慧增值服務(wù)模式研究應(yīng)用的突破，加速區(qū)塊鏈技術(shù)和智慧增值服務(wù)的深度融合。