圖書館集成管理系統(tǒng)中的新技術(shù)研究

陳旭升

（北京聯(lián)合大學(xué)，北京 100101）

一、圖書館集成管理系統(tǒng)的新技術(shù)

（一）區(qū)塊鏈

區(qū)塊鏈技術(shù)被視為繼云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)之后的又一項顛覆性技術(shù)，受到各國政府、金融機構(gòu)以及科技企業(yè)的高度關(guān)注。區(qū)塊鏈?zhǔn)鞘裁?，在學(xué)術(shù)界沒有標(biāo)準(zhǔn)定義，區(qū)塊鏈可以理解成一群認(rèn)同并遵守這個規(guī)則的人共同記錄連續(xù)信息的方式。從概念上看，區(qū)塊鏈具有三方面含義：一是區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N數(shù)據(jù)塊；二是用于記錄數(shù)據(jù)；三是一種記錄方式和結(jié)構(gòu)。通俗理解區(qū)塊鏈就好像是數(shù)據(jù)庫的一個賬本，記載著所有交易及交易過程。

區(qū)塊鏈作為IT 基礎(chǔ)設(shè)施，具備五個基本特征：去中心化，不存在中心化的硬件或監(jiān)管機構(gòu)，交易無需中介；自治性，采用基于協(xié)商一致的規(guī)范和協(xié)議，所有節(jié)點均能在去信任的環(huán)境中自由安全通信，運轉(zhuǎn)無需人工干預(yù)，人為干預(yù)不起決定作用；安全可信，采用非對稱加密技術(shù)對交易數(shù)據(jù)加密，并采用工作量證明機制等保證數(shù)據(jù)不可篡改、不可撤銷；公開透明，每個節(jié)點都可有一份完整的區(qū)塊鏈，區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)對全網(wǎng)公開，可通過公開的接口查詢，區(qū)塊鏈軟件也是開源的，打破了信息不對稱；匿名性，區(qū)塊鏈上的交易無須知道雙方實際身份，也很難將賬戶與賬戶所有人關(guān)聯(lián)起來

區(qū)塊鏈有三個版本，最終區(qū)塊鏈3.0 版本超越了貨幣、經(jīng)濟和市場等應(yīng)用范圍，是新的高效的活動組織模式和社會治理模式。區(qū)塊鏈3.0 通過去中心化的社會公共項目，將更深入地影響人們的生活，并形成區(qū)塊鏈自洽組織和區(qū)塊鏈自洽公司，以至區(qū)塊鏈大社會。

按照面向的服務(wù)群體范圍不同，區(qū)塊鏈被分為三類：公有區(qū)塊鏈、聯(lián)合（行業(yè)）區(qū)塊鏈、私有區(qū)塊鏈三類。依據(jù)區(qū)塊鏈的分層架構(gòu)，利用區(qū)塊鏈的不同版本和類型，可以構(gòu)建多種應(yīng)用，信息資源共享是其重要的應(yīng)用之一。

（二）區(qū)塊鏈技術(shù)

區(qū)塊鏈技術(shù)，簡稱BT（Blockchain technology），也被稱之為分布式賬本技術(shù)，簡單地說，“區(qū)塊鏈技術(shù)是一種公開透明的、去中心化的數(shù)據(jù)庫”。區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用空間非常巨大，區(qū)塊鏈技術(shù)因其安全、便捷的特性首先得到了銀行與金融業(yè)的關(guān)注，目前走入了各個應(yīng)用行業(yè)中。

二、區(qū)塊鏈技術(shù)在高校圖書館集成管理系統(tǒng)上的適用性

高校圖書館集成管理系統(tǒng)是一個自動化系統(tǒng)，以后臺數(shù)據(jù)庫為中心，其安全穩(wěn)定運行依賴于后臺中心數(shù)據(jù)庫。在支持客戶機/服務(wù)器（Client/Server）訪問模式下，重點部署瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server）模式訪問，支持多種瀏覽器。一個系統(tǒng)內(nèi)必須涵蓋采訪、編目、典藏、流通、期刊、管理等所有業(yè)務(wù)，是完整的一體化整合業(yè)務(wù)系統(tǒng)，繼而此系統(tǒng)還可以兼顧智慧圖書館的需要，展現(xiàn)新書推介，電子圖書借閱、瀏覽，論文查重等功能。

高校圖書館集成管理系統(tǒng)管理的數(shù)據(jù)信息要被信任、需要保證安全，并且數(shù)據(jù)和電子信息要有回溯性，電子信息的提供者還有信息產(chǎn)權(quán)的問題。區(qū)域鏈技術(shù)實質(zhì)上是一種新型的數(shù)據(jù)庫技術(shù)，區(qū)塊鏈主要解決了交易的信任和安全問題，區(qū)塊鏈上的區(qū)塊都標(biāo)有時間戳記，提供了數(shù)據(jù)和信息的回溯功能，區(qū)塊鏈技術(shù)適用于高校圖書館集成管理系統(tǒng)，區(qū)塊鏈技術(shù)針對如上問題提出了多個技術(shù)創(chuàng)新。

第一個稱為分布式賬本，就是交易記賬由分布在不同地方的多個節(jié)點共同完成，而且每一個節(jié)點都記錄的是完整的賬目，因此它們都可以參與監(jiān)督交易合法性，同時也可以共同為其作證，避免了單一記賬人被控制或者假記錄的可能性，保證了賬目數(shù)據(jù)的安全性。傳統(tǒng)的中心化記賬方案，沒有任何一個節(jié)點可以單獨記錄賬目，這種分布式賬本更適合于多校區(qū)圖書館業(yè)務(wù)的集成化管理，也適用于館際互借的相關(guān)業(yè)務(wù)工作。

第二個稱為非對稱加密和授權(quán)技術(shù)，存儲在區(qū)塊鏈上的交易信息是公開的，但是賬戶身份信息是高度加密的，只有在數(shù)據(jù)擁有者授權(quán)的情況下才能訪問到，從而保證了數(shù)據(jù)的安全和個人的隱私。

第三個稱為共識機制，就是所有記賬節(jié)點之間怎么達成共識，去認(rèn)定一個記錄的有效性，這既是認(rèn)定的手段，也是防止篡改的手段。區(qū)塊鏈提出了四種不同的共識機制，適用于不同的應(yīng)用場景，在效率和安全性之間取得平衡。以比特幣為例，采用的是工作量證明，只有在控制了全網(wǎng)超過51%的記賬節(jié)點的情況下，才有可能偽造出一條不存在的記錄。當(dāng)加入?yún)^(qū)塊鏈的節(jié)點足夠多的時候，這基本上不可能，從而杜絕了造假的可能，保障了數(shù)據(jù)的真實性與可靠性。

第四個技術(shù)特點叫智能合約，智能合約是基于這些可信的不可篡改的數(shù)據(jù)，可以自動化的執(zhí)行一些預(yù)先定義好的規(guī)則和條款。以圖書借閱過期處罰為例，如果說每個人的信息都是真實可信而且全面，那就很容易地在標(biāo)準(zhǔn)化的管理系統(tǒng)中，去進行自動化的賠償。

最后區(qū)塊鏈每條記錄從后向前有序鏈接起來，很容易就具備了數(shù)據(jù)回溯功能，能更好地保障圖書館資源的知識產(chǎn)權(quán)。區(qū)塊鏈將操作數(shù)據(jù)、原始數(shù)據(jù)與電子圖書信息數(shù)據(jù)動態(tài)地融合成一個整體，有效地解決了數(shù)據(jù)相分離的問題，維護了圖書館數(shù)據(jù)及信息管理的完整性。

把區(qū)域鏈技術(shù)應(yīng)用于圖書館系統(tǒng)已經(jīng)有了相應(yīng)開端，早在2017 年美國政府就撥款10 萬美元進行研究，希望將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于圖書館系統(tǒng)。我國借助區(qū)域鏈的概念和技術(shù)，產(chǎn)生了一個叫書巢的私人圖書館。書巢去中心化，所有會員都可以隨時免費借閱。

三、基于區(qū)塊鏈技術(shù)下的高校圖書館集成管理系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計

應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)架構(gòu)高校圖書館集成管理系統(tǒng)，主要包含點對點網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、加密技術(shù)應(yīng)用、分布式算法的實現(xiàn)、數(shù)據(jù)存儲的使用等4 個方面，其中點到點網(wǎng)絡(luò)可以借助已有網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，只是把點到點的方式應(yīng)用在已有網(wǎng)絡(luò)上，其他3 個方面也依靠區(qū)塊鏈技術(shù)實現(xiàn)。本架構(gòu)采用區(qū)塊鏈3.0、聯(lián)合（行業(yè)）區(qū)塊鏈標(biāo)準(zhǔn)。

如圖1 所示，從架構(gòu)設(shè)計上來說，高校圖書館集成管理系統(tǒng)可以簡單地分為三個層次，協(xié)議層、擴展層和應(yīng)用層。其中，協(xié)議層又分為存儲層和網(wǎng)絡(luò)層，它們相互獨立但又不可分割。

（一）協(xié)議層

協(xié)議層，是最底層的技術(shù)。這個層次通常是一個完整的區(qū)塊鏈產(chǎn)品，類似于我們電腦的操作系統(tǒng)，它負(fù)責(zé)維護網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，提供API 函數(shù)供上層調(diào)用。這個層次是一切的基礎(chǔ)，構(gòu)建了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、搭建了數(shù)據(jù)通道、制定了節(jié)點規(guī)則。

協(xié)議層分成了存儲層和網(wǎng)絡(luò)層。數(shù)據(jù)存儲可以單獨來設(shè)計，設(shè)計的原則無非是性能和易用性。系統(tǒng)的整體性能，主要取決于網(wǎng)絡(luò)或數(shù)據(jù)存儲的輸入/輸出（I/O）性能，網(wǎng)絡(luò)上I/O 性能的優(yōu)化空間不大，但是本地數(shù)據(jù)存儲的I/O 是可以優(yōu)化的。比如可以選擇讀寫性能好的數(shù)據(jù)庫，如谷歌的LevelDB。

分布式算法、加密簽名等要在實現(xiàn)點對點網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳送的過程中加以使用，是在協(xié)議層中的網(wǎng)絡(luò)層次上實現(xiàn)。

存儲層區(qū)塊上借閱信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)完成借閱后，借閱人會收到一張借書單，他需要將這段借閱記錄寫在他的借書單上，至少要包含“輸入值”和“輸出值”；“輸入值”用于記錄圖書、電子資料的有效來源，“輸出值”記錄著圖書、電子資料發(fā)往的對象。

剛剛創(chuàng)建的借書單立馬被標(biāo)記成為“未確認(rèn)”的借書單，最終成功連接到區(qū)塊鏈里的借書單才會被標(biāo)記為“有效”。

（二）擴展層

這個層面在高校圖書館集成管理系統(tǒng)中，針對的是功能擴展的實現(xiàn)，比如采訪、編目、典藏、流通、期刊、閱覽、管理等可以用功能擴展實現(xiàn)，還可以提供文檔、圖書、電子書、視音頻等信息存儲及分享。特別值得一提的就是大家聽得最多的“智能合約”的概念，這是典型的擴展層面的應(yīng)用開發(fā)。所謂“智能合約”就是“可編程合約”，或者叫作“合約智能化”，其中的“智能”是執(zhí)行上的智能，也就是說達到某個條件，合約自動執(zhí)行，比如圖書丟失的自動賠付、電子文獻的自動產(chǎn)權(quán)的生成等，目前還沒有比較成型的產(chǎn)品，但不可否認(rèn)，這將是區(qū)塊鏈技術(shù)重要的發(fā)展方向。

擴展層使用的技術(shù)可以包括很多，分布式存儲、機器學(xué)習(xí)、虛擬現(xiàn)實、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，都可以使用。

（三）應(yīng)用層

應(yīng)用層提供的是應(yīng)用程序，是人機對話的接口，通過相關(guān)的應(yīng)用程序來訪問及使用高校圖書館集成管理系統(tǒng)。應(yīng)用程序除了提供常規(guī)的客戶端訪問程序作為補充外，最重要的提供基于互聯(lián)網(wǎng)的瀏覽器端（Browser）訪問程序，另外提供第三方的應(yīng)用訪問程序。

編程語言有C/C++、Nodejs/Javascript、Python、Go，針對不同的編程語言，在具體的編碼或架構(gòu)設(shè)計上可能有所差別，甚至很大，但是協(xié)議層所使用的技術(shù)并沒有太大的變化。

四、結(jié)語

本文從區(qū)塊鏈和區(qū)塊鏈技術(shù)的概念入手，介紹了區(qū)塊鏈和區(qū)塊鏈技術(shù)的特點及內(nèi)容，闡述了區(qū)塊鏈技術(shù)在高校圖書館集成管理系統(tǒng)上的適用性，最后本文對區(qū)塊鏈技術(shù)在高校圖書館集成管理系統(tǒng)上的架構(gòu)設(shè)計進行了探討，希望本文能夠為高校圖書館集成管理系統(tǒng)的應(yīng)用研究提供一些參考和幫助。