區(qū)塊鏈技術(shù)下的圖書智能管理系統(tǒng)

李 琳

（湖南環(huán)境生物職業(yè)技術(shù)學院 ，湖南 衡陽 421005）

區(qū)塊鏈技術(shù)（BlockChain）的提出者（中本聰）在針對區(qū)塊鏈技術(shù)的研究時僅闡述了其基本內(nèi)容，并沒有確定其“定義”，導致研究人員對其判定存在差異，例如部分網(wǎng)站認為加密貨幣序列交易數(shù)據(jù)庫技術(shù)可論述為區(qū)塊鏈技術(shù)，這是根據(jù)比特幣發(fā)展產(chǎn)生的。我國學者了解區(qū)塊鏈技術(shù)內(nèi)容，并分析出它是一種鏈條式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并按照時間順序記錄，使其不可篡改和偽造，能夠使系統(tǒng)內(nèi)部聯(lián)系更加緊密，在存儲方面可加強與數(shù)據(jù)之間的安全性。另外，其他學者認為，區(qū)塊帶技術(shù)是以分布式節(jié)點共識算法進行編程的，是一種全新的分布式計算范式和去中心化基礎(chǔ)架構(gòu)，可進行有效存儲，可在在圖書智能管理系統(tǒng)中有效使用。

1 區(qū)塊鏈技術(shù)背景和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

1.1 區(qū)塊鏈技術(shù)背景

區(qū)塊鏈技術(shù)是信息化社會發(fā)展的重要技術(shù)之一，與云計算、人工智能等都可通過計算機編程進行運作，其誕生于比特幣的開發(fā)，但2015 年，區(qū)塊鏈技術(shù)被重視，初露鋒芒，Linux 基金會采用區(qū)塊鏈技術(shù)進行項目開發(fā)，發(fā)現(xiàn)它能夠不受篡改，其編程路徑和架構(gòu)更加規(guī)范化，能夠幫助基金會進行項目管理，這是區(qū)塊鏈技術(shù)才有“小荷才露尖尖角”的狀態(tài)，隨即進入大眾視野。在區(qū)塊鏈技術(shù)研究中，我國結(jié)合其前景和特征，頒布了《中國區(qū)塊鏈技術(shù)和應用發(fā)展白皮書》，勢必掌握和創(chuàng)新該技術(shù)，并且在政府的支持下，該技術(shù)的發(fā)展不受宏觀環(huán)境的制約，并逐步在各大企業(yè)中使用，其中騰訊發(fā)布可信區(qū)塊鏈TrustSQL 平臺，進行管理，大大提高了企業(yè)運作效率，區(qū)塊鏈技術(shù)與商業(yè)管理結(jié)合，能夠促進其發(fā)展和創(chuàng)新。目前，區(qū)塊鏈技術(shù)作為全新的區(qū)塊鏈式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，受到了各部門的青睞，同時也衍生出許多新的形式，推進了智能化社會的進程。對圖書館而言，區(qū)塊鏈技術(shù)可使其管理更加智能化，創(chuàng)立智能化服務系統(tǒng)，能夠協(xié)助圖書館管理，充分滿足用戶多元化需求，與時俱進，才能夠突顯優(yōu)勢，增加圖書管理的有效性。

1.2 區(qū)塊鏈技術(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展迅速，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為“區(qū)塊”+“鏈”形式，這種形式可達到分層編程協(xié)作運營的目的，區(qū)塊是區(qū)塊鏈的核心結(jié)構(gòu)單元，能夠反映其功能結(jié)構(gòu)。區(qū)塊鏈，顧名思義，就是將區(qū)塊通過代碼相互聯(lián)合，使其具有記錄和查找信息的功能。與此同時，區(qū)塊體將記錄交易的數(shù)據(jù)向上反饋到區(qū)塊頭，描述一筆交易信息的去向，如圖1 所示為區(qū)塊的內(nèi)部結(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2 個部分，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)塊頭參數(shù)值的描述如下。①版本號：可描述軟件升級變化，用于監(jiān)測軟件和協(xié)議更新，代表著技術(shù)創(chuàng)新；②時間戳：以時間順序為記錄標準且不可篡改，在時間維度上，區(qū)塊可敘述交易時間和內(nèi)容；③隨機數(shù)：結(jié)合挖礦算法PoW（Proof of Work），隨機數(shù)是根據(jù)比特幣記賬來整理出的，用于證明工作量算法的計數(shù)器，可被廣泛應用于記賬中；④前一區(qū)塊Hash 值：可連接區(qū)塊數(shù)據(jù)，形成區(qū)塊鏈，保證記錄交易的完整；⑤目標哈希：作為哈希計算中的主要算法存在；⑥塊Hash 值：哈希計算由挖礦得到，達成交易信息保存的目的；⑦塊高度：區(qū)塊鏈中固定區(qū)塊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；⑧難度：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中控制區(qū)塊產(chǎn)生速度；⑨Merkle根：Merkle 根是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的一種結(jié)構(gòu)算法，可得到根節(jié)點Hash 值。

綜上所述，區(qū)塊鏈系統(tǒng)中區(qū)塊代表著一定時間內(nèi)交易的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，區(qū)塊通過哈希計算進行運作，并且新區(qū)塊包括了上一區(qū)塊的Hash 值，首尾呼應，形成交易鏈條。同時，區(qū)塊數(shù)據(jù)參數(shù)和隨機數(shù)都采用上一區(qū)塊頭數(shù)據(jù)，確定其唯一性，形成了一個鏈式結(jié)構(gòu)，去跨越的數(shù)據(jù)信息可根據(jù)時間順序進行有序排列，進而達到不可篡改的目的，這樣一來，系統(tǒng)交易記錄并不會混亂，其區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)

2 區(qū)塊鏈技術(shù)下圖書館智能管理系統(tǒng)發(fā)展可行性分析

2.1 技術(shù)可行性

我國在區(qū)塊鏈技術(shù)方面發(fā)展緩慢，技術(shù)想打破壁壘，必須得到有效的支持，基于此，我國頒布《中國區(qū)塊鏈技術(shù)和應用發(fā)展白皮書（2016）》確定其定義和發(fā)展前景，區(qū)塊鏈技術(shù)從根本上來說，就是利用塊鏈式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與計算機編程，進行數(shù)據(jù)信息記錄，存儲數(shù)據(jù)和更新數(shù)據(jù)，以便達到將交易記錄數(shù)據(jù)化管理的目的，其采用分布式節(jié)點共識算法，例如哈希算法、Merkle 結(jié)構(gòu)算法等，保證數(shù)據(jù)傳輸和訪問安全，在圖書館智能管理系統(tǒng)應用中，確保了其不可篡改、去中心化等特征，在當前技術(shù)的研究下，圖書館智能管理系統(tǒng)的實現(xiàn)具有可行性。

2.2 法律可行性

受宏觀因素影響，區(qū)塊鏈技術(shù)要想創(chuàng)新必須加以支持，目前，區(qū)塊鏈技術(shù)在司法領(lǐng)域上，以保護知識產(chǎn)權(quán)為主，對DECENT、原本區(qū)塊鏈、Monegraph 等項目進行版權(quán)保護，目前，我國開啟了區(qū)塊鏈版權(quán)保護探索之路，并在司法效應的基礎(chǔ)上，確保區(qū)塊鏈技術(shù)能夠受法律保護。

2.3 現(xiàn)實可行性

目前，我國公共圖書館人工記錄交易情況基本沒有，以計算機為工具，互聯(lián)網(wǎng)為手段的服務模式已經(jīng)形成，并可以提供24h 自助服務，無線網(wǎng)全覆蓋體現(xiàn)了圖書管理的靈活性，人們館內(nèi)活動可通過客戶終端完成，以便人們可以隨時借閱、查找和交易等。截至2019 年底，我國省級圖書館網(wǎng)站訪問量達到21.18 億。2020 年，結(jié)合短視頻方式進行傳播，加強了圖書館在互聯(lián)網(wǎng)上的文化影響力，隨著技術(shù)的不斷提高，智能化圖書管理已經(jīng)存在，信息技術(shù)不斷引領(lǐng)經(jīng)濟發(fā)展，區(qū)塊鏈技術(shù)不斷完善，輔助管理，所以在該技術(shù)下圖書的智能管理系統(tǒng)是可以實現(xiàn)的。

3 區(qū)塊鏈技術(shù)下圖書館管理系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1 區(qū)塊鏈技術(shù)下圖書館管理系統(tǒng)硬件配置

結(jié)合目前圖書管理來看，圖書管理硬件配置有GPRS、RS-485、數(shù)據(jù)庫服務器、射頻采集設(shè)備、交換機、自動借還書設(shè)備以及安全檢測門等，各個設(shè)備相互配合，控制和管理圖書館，能夠保證圖書館內(nèi)人們按規(guī)辦事、有序進行，總的來說，圖書管理硬件配置共同服務于圖書館管理系統(tǒng)。

3.2 區(qū)塊鏈技術(shù)下圖書館管理系統(tǒng)的實現(xiàn)

結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)，并根據(jù)圖書館業(yè)務需求，在系統(tǒng)軟件設(shè)計時，進行模塊分類，包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護、新書訂閱管理、借閱管理、系統(tǒng)設(shè)置等，在區(qū)塊鏈技術(shù)下，模塊功能更加具體化。

3.2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護主要針對讀者信息、圖書信息、圖書類別進行管理與查詢（圖2）。

圖2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護

在區(qū)塊鏈驅(qū)動的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護過程中，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、智慧資源服務等。

3.2.2 圖書借閱管理

圖書借閱管理模塊是針對借還書業(yè)務進行的，區(qū)塊鏈技術(shù)下，圖書借閱管理可通過共享智慧增值服務查找書籍，也就是通過專業(yè)化信息平臺確定借閱書，并通過歷史交流查詢了解圖書閱讀情況，能夠完善圖書管理系統(tǒng)的交流，該模塊具有歸還書、借閱書、圖書報廢管、維護管理等功能（圖3）。

圖3 圖書借閱管理

3.2.3 新書訂購管理

新書訂購管理模塊，圖書管理系統(tǒng)將信息資源提供給客戶，客戶可根據(jù)查詢內(nèi)容進行交易，區(qū)塊鏈技術(shù)在新書訂購管理中，通過數(shù)學原理和程序算法，結(jié)合區(qū)塊頭和區(qū)塊體的交易需求，以分布式結(jié)構(gòu)算法結(jié)合數(shù)據(jù)庫進行點對點的訂購交易，通過圖書管理系統(tǒng)，新書訂購時不需要第三方介入，客戶可直接進行購買，進而提供智能增值服務。如圖4 所示，新書訂購管理業(yè)務主要包括新書查詢、入庫、訂購以及驗收等業(yè)務。

圖4 新書訂購管理

3.2.4 圖書統(tǒng)計管理

圖書統(tǒng)計管理模塊，在區(qū)塊鏈技術(shù)推動下，圖書統(tǒng)計需要結(jié)合P2P 技術(shù)進行網(wǎng)絡節(jié)點的確定，網(wǎng)絡層須采用TCP/IP協(xié)議保證節(jié)點對等，為了簡化統(tǒng)計流程和書籍盤點，區(qū)塊鏈技術(shù)的每個節(jié)點都要通過驗證機制實現(xiàn)路由、傳播機制等，進而對資源進行統(tǒng)計，提高圖書統(tǒng)計管理效率。另外，區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的共識機制能夠使各個節(jié)點達成一致，包括PoW、PoS、DPoS、PBFT，在機制的協(xié)調(diào)下，統(tǒng)計方式具有時間順序且不可篡改，容錯性為33%，這樣一來既保證了圖書統(tǒng)計信息的可靠性，又維護了圖書館管理系統(tǒng)的安全性，圖書統(tǒng)計管理模塊包括書籍盤點、歸還統(tǒng)計以及借閱統(tǒng)計等（圖5）。

圖5 圖書統(tǒng)計管理

3.2.5 RFID 應用管理

RFID 應用管理記錄書籍管理情況，如圖6 所示，主要業(yè)務有安全門進出監(jiān)控、移動盤點、標簽轉(zhuǎn)換以及自助借還管理等。

圖6 RFID 應用管理

3.2.6 系統(tǒng)設(shè)置

區(qū)塊鏈技術(shù)驅(qū)動下的系統(tǒng)設(shè)置中，圖書館智能管理系統(tǒng)存儲數(shù)據(jù)以塊鏈式結(jié)構(gòu)為主，將信息資源數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)進行管理，統(tǒng)一規(guī)劃，其中數(shù)據(jù)存儲在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的節(jié)點上，節(jié)點上的數(shù)據(jù)是對等的，不存在一方受損全盤皆輸?shù)膯栴}，也就是說，區(qū)塊鏈系統(tǒng)中節(jié)點出現(xiàn)安全漏洞問題，圖書智能管理系統(tǒng)整體運營依舊正常，無須對整個系統(tǒng)進行核查，數(shù)據(jù)同步會在節(jié)點故障恢復后自動進行，區(qū)塊鏈共識機制作用下，區(qū)塊的交易記錄以時間線為主，可不被非法篡改。另外在系統(tǒng)設(shè)置中，密碼更改、用戶管理、系統(tǒng)優(yōu)化等功能（圖7）需要結(jié)合權(quán)限，發(fā)揮管理者作用，并對圖書館信息資料進行整合，系統(tǒng)設(shè)置能夠?qū)ο嚓P(guān)信息進行刪除或更改。

圖7 系統(tǒng)設(shè)置

4 結(jié)論

區(qū)塊鏈技術(shù)成為信息化技術(shù)發(fā)展的潮流，隨著生活方面的需求，區(qū)塊鏈技術(shù)引起了各行業(yè)的高度關(guān)注，在圖書館智能管理系統(tǒng)中得以使用，打破了圖書館管理壁壘，推動了圖書館智能化服務的發(fā)展，解決了傳統(tǒng)圖書技術(shù)存在的缺陷，但是從使用角度來看，該技術(shù)并未充分利用，區(qū)塊鏈技術(shù)作為新型技術(shù)還需要持續(xù)關(guān)注，并以此為契機，充分規(guī)劃區(qū)塊鏈技術(shù)的研究方向，緊抓資源、服務和技術(shù)3 個方面，完善圖書智能系統(tǒng)服務，所以筆者以區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展形式為大前提，合理分析圖書館智能管理系統(tǒng)與區(qū)塊鏈技術(shù)的關(guān)系，并說明其系統(tǒng)的實現(xiàn)，加速區(qū)塊鏈技術(shù)和智慧增值服務的深度融合。