嚴(yán) 珊

（ 中南財(cái)經(jīng)政法大學(xué)圖書(shū)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(shū)館則依然承擔(dān)著可靠的信息來(lái)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(lái)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(shū)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(shū)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(shū)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(shū)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(lái)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(wèn)的安全，且由自動(dòng)化腳本代碼組成的智能合約可以用來(lái)編程和操作數(shù)據(jù)[2]。利用此技術(shù)建立的數(shù)據(jù)庫(kù)可以記錄過(guò)去所有交易信息和歷史數(shù)據(jù)，通過(guò)智能合約、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)記賬、非對(duì)稱(chēng)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(guò)網(wǎng)絡(luò)達(dá)成信用共識(shí)。也就是說(shuō)，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(kāi)性，全體用戶在交易過(guò)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(guò)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(chēng)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(lài)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(guò)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(chēng)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(guò)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(lái)儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，區(qū)塊鏈上的任何數(shù)據(jù)都可以通過(guò)鏈表結(jié)構(gòu)來(lái)追本溯源。二是區(qū)塊在生成的過(guò)程中，通過(guò)綁定自身的Hash值和時(shí)間來(lái)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(guò)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(lái)共同維護(hù)。除非能控制整個(gè)區(qū)塊鏈中超過(guò)51%的節(jié)點(diǎn)，否則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改是沒(méi)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(lài)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(lài)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(guò)共識(shí)機(jī)制進(jìn)行驗(yàn)證和記錄，故交易者無(wú)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(lái)且無(wú)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(chēng)加密算法，是基于數(shù)據(jù)庫(kù)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(shū)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(kù)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(kù)的完全透明性和安全性。在高校圖書(shū)館館藏資源中，從安全存儲(chǔ)的角度來(lái)說(shuō)，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(lái)看，基于區(qū)塊鏈的分布式鏈表結(jié)構(gòu)來(lái)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(kù)生態(tài)[6]。

圖1 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的圖書(shū)館館藏資源加密流程

3.1.2 圖書(shū)館管理弱中心化

圖書(shū)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(shū)借閱流通上。

圖書(shū)館作為可靠信息來(lái)源的提供者，其本身就是一個(gè)大型的數(shù)據(jù)庫(kù)，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?！半p一流”建設(shè)以及各學(xué)科的深入研究，圖書(shū)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(guò)程中也給高校資源的安全存儲(chǔ)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。圖書(shū)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(wú)法使用。區(qū)塊鏈技術(shù)基于數(shù)據(jù)庫(kù)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(lái)，給予其獨(dú)立運(yùn)作的能力。也就是說(shuō)每個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)塊都是獨(dú)立的中心，可以在不依賴(lài)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(shū)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(shū)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(shū)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(shū)的借閱基于讀者之間，即把某一個(gè)讀者對(duì)某本圖書(shū)的歸還與下一個(gè)讀者對(duì)該本圖書(shū)的借閱直接對(duì)接起來(lái)，弱化圖書(shū)館的“中心干擾”作用。圖書(shū)館雖然不再作為中心打斷圖書(shū)的借閱流通，但需作為監(jiān)管者，追溯每本圖書(shū)的流通去向，包括圖書(shū)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(shū)借閱流通的所有行為信息相當(dāng)于一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，也就是區(qū)塊鏈的區(qū)塊，基于公開(kāi)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(shū)在讀者之間的流通相當(dāng)于簽訂了不可撤銷(xiāo)的轉(zhuǎn)讓合約，而這個(gè)合約的有效性無(wú)需得到圖書(shū)館這個(gè)中心的確認(rèn)（見(jiàn)圖2）。

圖2 區(qū)塊鏈技術(shù)在圖書(shū)館管理中的應(yīng)用

3.1.3 用戶協(xié)同參與

基于非對(duì)稱(chēng)加密算法的區(qū)塊鏈技術(shù)，賦予了該數(shù)據(jù)庫(kù)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(shū)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(shū)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(kù)中檢索利用資源。目前，這種數(shù)據(jù)庫(kù)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(guò)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(kù)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(shū)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(kù)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(shū)，而不需經(jīng)過(guò)圖書(shū)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(shū)館可靠信息資源的傳播。

每一本被圖書(shū)館購(gòu)進(jìn)的圖書(shū)或者期刊，都會(huì)被圖書(shū)館內(nèi)部編上具有識(shí)別功能的索書(shū)號(hào)。讀者通過(guò)查找索書(shū)號(hào)所在的“館藏地點(diǎn)”而找到該書(shū)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(shū)的借閱流通過(guò)程相當(dāng)于構(gòu)成了一個(gè)區(qū)塊鏈。圖書(shū)每一次的交易過(guò)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(shū)館借書(shū)，都與圖書(shū)館簽訂了圖書(shū)流通轉(zhuǎn)讓合同，但相當(dāng)于傳統(tǒng)的必須經(jīng)由圖書(shū)館借還書(shū)的借閱流通方式，弱化了圖書(shū)館的中心作用。

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

3.2.1 讀者—圖書(shū)館借閱流程

同學(xué)甲向自己注冊(cè)的圖書(shū)館A提出借書(shū)申請(qǐng)后，圖書(shū)館A在區(qū)塊鏈中查找該書(shū)的信息，并確保這本書(shū)目前處于可借閱狀態(tài)，于是就把該信息發(fā)送給該書(shū)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(shū)館可以確認(rèn)該用戶的真實(shí)信息以及追蹤該書(shū)是否到期或者被損壞。同學(xué)甲收到反饋后直接從圖書(shū)館A拿走該書(shū)即可（見(jiàn)圖3）。

圖3 讀者—圖書(shū)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(shū)分兩種情況：一是所借之書(shū)屬于用戶的注冊(cè)館；二是所借之書(shū)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(shū)館更適合同一所高校的學(xué)生，在圖書(shū)借閱流通的過(guò)程中不僅弱化了圖書(shū)館的中心作用，加強(qiáng)了圖書(shū)的有效利用，也增加了學(xué)生之間的交流讀書(shū)心得的機(jī)會(huì)。

假如同學(xué)甲和同學(xué)乙均為圖書(shū)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(shū)時(shí)，乙首先會(huì)向圖書(shū)館A發(fā)出請(qǐng)求，信息包括這本書(shū)的索書(shū)號(hào)和自己有效的注冊(cè)借書(shū)證號(hào)。當(dāng)圖書(shū)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(shū)，如果有，就會(huì)直接通知目前這本書(shū)的借閱者同學(xué)甲把該書(shū)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(shū)（見(jiàn)圖4-1）。如果同學(xué)乙向自己的注冊(cè)館即圖書(shū)館B借書(shū)，但圖書(shū)館B沒(méi)有該書(shū)，就會(huì)通過(guò)區(qū)塊鏈找到該書(shū)所在的館（假設(shè)為圖書(shū)館A）。圖書(shū)館A收到圖書(shū)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(shū)的外校用戶的信息。如果圖書(shū)館B的注冊(cè)者即同學(xué)乙收到圖書(shū)館A同意借出該書(shū)的回復(fù)時(shí)，且收到該書(shū)的密鑰，那么同學(xué)乙即可向同學(xué)甲借出該書(shū)（見(jiàn)圖4-2）。通過(guò)圖書(shū)借閱流通的案例分析，可以看出區(qū)塊鏈技術(shù)在圖書(shū)館館藏資源流通中大有作用，可以縮短圖書(shū)流轉(zhuǎn)周期，擴(kuò)大圖書(shū)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(yǔ)

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(shū)館館藏資源安全快速借閱的原理，構(gòu)想了具體的借閱過(guò)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(shū)館的利用離不開(kāi)數(shù)字圖書(shū)館和移動(dòng)服務(wù)的技術(shù)支撐[9]。