陳巧堅(jiān)

(寧波圖書館，浙江 寧波 315000)

0 引言

2008年11月，一位化名為中本聰?shù)木W(wǎng)友在密碼學(xué)論壇metzdowd.com發(fā)表的一篇名為“Bitcoin:a peer-to-peer electronic cash system”(《比特幣：一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的電子現(xiàn)金系統(tǒng)》)的論文中首先提出了比特幣概念及區(qū)塊鏈理論，并于2009年1月3日發(fā)布了比特幣系統(tǒng)并挖掘出第一個(gè)區(qū)塊，被稱為“創(chuàng)世區(qū)塊”[1]。自此，以比特幣為代表的區(qū)塊鏈技術(shù)問(wèn)世。截至2022年3月，比特幣系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行了整整13年，這種沒(méi)有中心服務(wù)器、沒(méi)有通用運(yùn)維的主體沒(méi)有外部信用背書，在運(yùn)行期間有大量黑客試圖攻擊比特幣系統(tǒng)，然而十余年來(lái)一直都在穩(wěn)定運(yùn)行，沒(méi)有產(chǎn)生過(guò)重大事故，這無(wú)疑展示了區(qū)塊鏈技術(shù)的完備性和可靠性。

近年來(lái)，區(qū)塊鏈技術(shù)在政務(wù)、金融、民生、商業(yè)、教育、健康等領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用，國(guó)務(wù)院2016年印發(fā)《“十三五”國(guó)家信息化規(guī)劃》，將區(qū)塊鏈技術(shù)列為戰(zhàn)略性前沿技術(shù)。2019年10月24日，中央政治局第十八次集體學(xué)習(xí)時(shí)專門學(xué)習(xí)區(qū)塊鏈，習(xí)近平總書記指出“要加快推動(dòng)區(qū)塊鏈技術(shù)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展”[2]。2020年3月4日，中央政治局常委會(huì)召開(kāi)會(huì)議，強(qiáng)調(diào)要加快新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)度，以區(qū)塊鏈等為代表的新技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施將迎來(lái)新一輪發(fā)展機(jī)遇。作為全民閱讀推廣主陣地的公共圖書館，如何抓住這個(gè)歷史性機(jī)遇，提高全民閱讀數(shù)量和質(zhì)量，是圖書館不得不需要面對(duì)的一項(xiàng)迫切課題。

1 傳統(tǒng)圖書館信息業(yè)務(wù)系統(tǒng)面臨的問(wèn)題

1.1 系統(tǒng)功能單一，管理有限

目前，圖書館業(yè)務(wù)系統(tǒng)主要是傳統(tǒng)中心化模式，圖書借還核心業(yè)務(wù)還是圍繞圖書館這個(gè)中心展開(kāi)，圖書館自動(dòng)化系統(tǒng)主要管理讀者和圖書、期刊等信息，在此基礎(chǔ)上一些工作流程自動(dòng)化管理，比如圖書流通管理、館藏信息查詢等功能。隨著圖書館資源的多樣化發(fā)展和讀者需求變化，原來(lái)的信息系統(tǒng)已經(jīng)不適合于當(dāng)前圖書館的發(fā)展。

1.2 無(wú)法整合多種類資源

圖書館數(shù)字資源類型主要分為結(jié)構(gòu)性和非結(jié)構(gòu)性。結(jié)構(gòu)性資源主要是書目、期刊數(shù)據(jù)；而大量的非結(jié)構(gòu)性數(shù)字資源有音頻、視頻、圖像、超文本數(shù)據(jù)、全文數(shù)據(jù)。非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)由于各自的異構(gòu)性、分布性、元數(shù)據(jù)描述的多樣性，傳統(tǒng)自動(dòng)化系統(tǒng)管理不了非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)只能對(duì)書目編目，對(duì)期刊記到處理，建立書目、期刊數(shù)據(jù)庫(kù)這個(gè)層次，與讀者的深入編目層次和知識(shí)單元層次的實(shí)際需求相差較遠(yuǎn)[3]。

1.3 圖書館聯(lián)盟中數(shù)字資源各自管理，缺乏統(tǒng)一維護(hù)

傳統(tǒng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)中聯(lián)盟圖書館成員之間各自建設(shè)數(shù)字資源，缺乏統(tǒng)一的管理，資源關(guān)聯(lián)性不高、利用率差，很多圖書館在有限的資金下，往往重復(fù)采購(gòu)一些資源，造成極大的浪費(fèi)，針對(duì)數(shù)字資源的管理，分類混亂，各自為政，無(wú)法做到統(tǒng)一檢索。

1.4 系統(tǒng)拓展性差

傳統(tǒng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)缺乏相應(yīng)接口開(kāi)發(fā)，業(yè)務(wù)拓展能力差。圖書館業(yè)務(wù)目前進(jìn)入數(shù)字化、智慧化發(fā)展階段，各種應(yīng)用都進(jìn)入圖書業(yè)務(wù)系統(tǒng)，比如，RFID自助借書、人臉識(shí)別借書、電子借閱證生成等應(yīng)用的產(chǎn)生，都是依靠相關(guān)的技術(shù)人員和軟件公司研發(fā)人員花費(fèi)很大精力重新開(kāi)發(fā)接口勉強(qiáng)對(duì)接不同系統(tǒng)，而業(yè)務(wù)系統(tǒng)里的財(cái)務(wù)模塊在與圖書館獨(dú)立財(cái)務(wù)系統(tǒng)、銀行支付系統(tǒng)對(duì)接時(shí)就碰到技術(shù)障礙，形成相對(duì)的信息孤島。

1.5 個(gè)性化、差異化服務(wù)不強(qiáng)

讀者個(gè)性化服務(wù)不強(qiáng)，傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)針對(duì)讀者服務(wù)主要是簡(jiǎn)單的借還圖書、期刊查詢，書目檢索、讀者借閱查詢這些功能都是讀者以圖書館為中心，圖書館向讀者提供服務(wù)，很少實(shí)現(xiàn)圖書館與讀者互動(dòng)、讀者與讀者之間互動(dòng)，造成圖書館對(duì)用戶黏性不夠，容易形成讀者流失。

1.6 讀者數(shù)據(jù)易泄露

傳統(tǒng)圖書館信息系統(tǒng)存儲(chǔ)著讀者身份證、手機(jī)號(hào)、借閱信息等一些敏感信息，傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)沒(méi)有對(duì)敏感數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格脫敏管理，只是依靠防火墻、安全網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)庫(kù)本身的安全措施，沒(méi)有對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，容易造成讀者隱私泄露。

1.7 系統(tǒng)容錯(cuò)性低

傳統(tǒng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的服務(wù)器放置在圖書館中心機(jī)房，一旦服務(wù)器遭到黑客攻擊或由于自身故障造成宕機(jī)，就會(huì)造成數(shù)據(jù)無(wú)法訪問(wèn)，系統(tǒng)崩潰，圖書館核心業(yè)務(wù)停滯，給圖書館帶來(lái)巨大損失。

2 打造“區(qū)塊鏈+圖書館”生態(tài)系統(tǒng)的可行性分析

區(qū)塊鏈技術(shù)具備去中心化、共有賬本、智能合約、防篡改、可追溯、系統(tǒng)高可靠性等技術(shù)特性，這些特點(diǎn)可有效解決目前圖書館信息系統(tǒng)存在的一些問(wèn)題。(1)區(qū)塊鏈去中心化分布式存儲(chǔ)技術(shù)適合于圖書館聯(lián)盟的資源優(yōu)化配置，可提高圖書館的資源利用率，各個(gè)圖書館也不必花費(fèi)巨資采購(gòu)海量存儲(chǔ)，同時(shí)也減少了存儲(chǔ)的維護(hù)費(fèi)用。(2)與傳統(tǒng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)不同，區(qū)塊鏈?zhǔn)菍?shù)據(jù)區(qū)塊按照時(shí)間順序相連的鏈?zhǔn)竭M(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的，所以不但能夠管理結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，還能管理大量的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，比如對(duì)音視頻、圖像等資源進(jìn)行集中管理。智能合約有效解決了作者、出版社、書商為圖書館提供資源的版權(quán)問(wèn)題，為今后出現(xiàn)數(shù)據(jù)版權(quán)糾紛時(shí)提供了司法維權(quán)依據(jù)。(3)保障讀者個(gè)性化服務(wù)、差異化服務(wù)。在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，讀者權(quán)益可以通過(guò)智能合約與圖書館協(xié)商，訂制個(gè)性化事項(xiàng)，提高讀者在圖書館的參與度。(4)區(qū)塊鏈中利用非對(duì)稱加密技術(shù)維護(hù)了讀者隱私數(shù)據(jù)安全，不但保障讀者對(duì)隱私數(shù)據(jù)的控制權(quán)和知情權(quán)，而且提高了數(shù)據(jù)的防竊能力[4]。

3 “區(qū)塊鏈+圖書館”生態(tài)系統(tǒng)整體技術(shù)架構(gòu)

“區(qū)塊鏈+圖書館”生態(tài)系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、密碼學(xué)技術(shù)、分布式數(shù)據(jù)庫(kù)、智能合約等技術(shù)，采用去中心化的創(chuàng)新理念與圖書館業(yè)務(wù)深度融合，建立全新的圖書館治理模式?！皡^(qū)塊鏈+圖書館”生態(tài)系統(tǒng)的整體技術(shù)框架模型自底向上分為基礎(chǔ)設(shè)施層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層、區(qū)塊鏈平臺(tái)層、應(yīng)用層、接口層。(1)基礎(chǔ)設(shè)施層。提供區(qū)塊鏈系統(tǒng)的操作環(huán)境，包括運(yùn)行所需的網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)等基礎(chǔ)設(shè)備。需要滿足多租戶、彈性、安全穩(wěn)定等要求，確保圖書館業(yè)務(wù)生態(tài)系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行。(2)網(wǎng)絡(luò)層。主要實(shí)現(xiàn)了區(qū)塊鏈去中心化的交互模型，保證了區(qū)塊鏈的去中心化特點(diǎn)，保證各個(gè)讀者節(jié)點(diǎn)、圖書館節(jié)點(diǎn)都是平等的，采用P2P的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。(3)數(shù)據(jù)層。主要包含鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)區(qū)塊、時(shí)間戳、非對(duì)稱加密這些關(guān)鍵技術(shù)。對(duì)讀者數(shù)據(jù)、借閱信息、讀者交互、各個(gè)圖書館提供資源等信息進(jìn)行加解密處理，保障讀者個(gè)人隱私和相關(guān)數(shù)據(jù)的完整性和真實(shí)性。(4)區(qū)塊鏈平臺(tái)層。主要包括對(duì)各個(gè)讀者和圖書館各個(gè)節(jié)點(diǎn)的監(jiān)控維護(hù)、公共賬本的建立和維護(hù)、共識(shí)算法引入、智能合約創(chuàng)立、獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制建立，為業(yè)務(wù)流程提供整個(gè)可編程的邏輯結(jié)構(gòu)。(5)應(yīng)用層。主要負(fù)責(zé)讀者賬號(hào)的維護(hù)、借閱憑證、借閱方式、讀者積分、書目維護(hù)、資源維護(hù)等業(yè)務(wù)邏輯的建立，調(diào)用各個(gè)接口實(shí)現(xiàn)相關(guān)應(yīng)用，使用區(qū)塊鏈SDK與各個(gè)節(jié)點(diǎn)通信。(6)接口層。通過(guò)各個(gè)設(shè)備，包括個(gè)人電腦、自助借還機(jī)、Android/IOS移動(dòng)端等智能設(shè)備的接入，實(shí)現(xiàn)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的相互訪問(wèn)和業(yè)務(wù)的開(kāi)展。在“區(qū)塊鏈+圖書館”生態(tài)系統(tǒng)的技術(shù)框架中，網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層、區(qū)塊鏈平臺(tái)層是整個(gè)系統(tǒng)框架的核心層級(jí)，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的基本保障，必不可缺?；A(chǔ)設(shè)施層提供系統(tǒng)的硬件設(shè)備，作為整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施。應(yīng)用層和接口層可實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用場(chǎng)景，并提供具體業(yè)務(wù)的SDK接口。“區(qū)塊鏈+圖書館”生態(tài)系統(tǒng)可重新塑造圖書館聯(lián)盟之間、讀者之間的多方關(guān)系，對(duì)圖書館業(yè)務(wù)有著革命性的改變[5]。

4 “區(qū)塊鏈+圖書館”生態(tài)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)與業(yè)務(wù)解析

4.1 系統(tǒng)整體功能設(shè)計(jì)

“區(qū)塊鏈+圖書館”生態(tài)系統(tǒng)采用去中心化的組織結(jié)構(gòu)，采用區(qū)塊鏈技術(shù)存儲(chǔ)其重要數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)哈希值，混合分布式的微服務(wù)架構(gòu)，解決其高并發(fā)和數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)效率問(wèn)題，既保證了數(shù)據(jù)透明度及可審核性，又保證了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)效率[6]。各個(gè)圖書館作為這個(gè)系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)組成的聯(lián)盟鏈，都要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的身份認(rèn)證和權(quán)限管理才能加入聯(lián)盟，每個(gè)節(jié)點(diǎn)地位都是相同的，通過(guò)共識(shí)公約就可以實(shí)現(xiàn)資源可信地相互交流，所有加入聯(lián)盟鏈的圖書館共同維護(hù)這個(gè)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，共同維護(hù)管理且共享資源。而讀者節(jié)點(diǎn)被賦予一定權(quán)限可以訪問(wèn)資源，但并不能參與共識(shí)管理，以保障資源的安全和質(zhì)量。讀者節(jié)點(diǎn)都是地位平等的，相互交互信息和資源，交流讀書心得，讀者不再只是知識(shí)的獲取者，也是知識(shí)的傳播者，圖書館與讀者互動(dòng)性增強(qiáng)，圖書館獲取讀者閱讀行為數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化推薦。

4.2 圖書館聯(lián)盟共建共享數(shù)字資源流程

各個(gè)圖書館組成的聯(lián)盟鏈實(shí)現(xiàn)各種資源的高效管理，提高讀者對(duì)資源的利用率。在區(qū)塊鏈上，各個(gè)館節(jié)點(diǎn)進(jìn)行資源的新建、修改、查詢等操作，每增加一個(gè)資源節(jié)點(diǎn)，需要經(jīng)其他圖書館節(jié)點(diǎn)的審核，達(dá)成一致共識(shí)才能發(fā)布，最后加入資源節(jié)點(diǎn)。目前，圖書館的資源主要分為自建資源和采購(gòu)第三方資源。自建資源通常具備一定特色，且具有稀缺性，提供該資源的圖書館具備專業(yè)性，對(duì)于管理該資源應(yīng)該具有更高的權(quán)限，能夠定制該資源的訪問(wèn)權(quán)限和版權(quán)保護(hù)。在向聯(lián)盟鏈提供第三方資源時(shí)，應(yīng)該由聯(lián)盟鏈的所有圖書館共同擔(dān)負(fù)采購(gòu)資金解決版權(quán)使用，并在第三方同意的情況下按照相關(guān)合約存入?yún)^(qū)塊鏈中，以避免不必要的版權(quán)糾紛。

4.3 讀者在系統(tǒng)中的工作流程

“區(qū)塊鏈+圖書館”生態(tài)系統(tǒng)面向所有讀者開(kāi)放，讀者數(shù)據(jù)以公有鏈形式存儲(chǔ)。讀者的個(gè)人信息，包括姓名、出生年月、身份證號(hào)、學(xué)歷、個(gè)人興趣作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，讀者在系統(tǒng)中與圖書館所發(fā)生的借閱圖書、閱讀數(shù)字資源、參與活動(dòng)等作為業(yè)務(wù)行為數(shù)據(jù)，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)行為數(shù)據(jù)共同形成讀者數(shù)據(jù)塊后上鏈[7]。每位讀者在注冊(cè)區(qū)塊鏈系統(tǒng)時(shí)都會(huì)分配到私鑰，利用私鑰對(duì)個(gè)人信息進(jìn)行加密，區(qū)塊鏈上其他用戶是看不到具體個(gè)人信息的。讀者利用私鑰參與圖書館的各類業(yè)務(wù)活動(dòng)，這些業(yè)務(wù)行為在區(qū)塊鏈上是公開(kāi)的，但并不知道具體是哪個(gè)讀者，保障了讀者隱私，同時(shí)也保證業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的公開(kāi)性和公平性。這些數(shù)據(jù)都加蓋時(shí)間戳，形成讀者日志記錄，可追溯且不可篡改。系統(tǒng)可根據(jù)讀者與圖書館的互動(dòng)行為計(jì)算讀者的活躍度并折算成積分，讀者利用積分享受圖書館的增值服務(wù)，讀者與圖書館形成良性循環(huán)。

4.4 “區(qū)塊鏈+圖書館”生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

4.4.1 智能合約管理

智能合約運(yùn)行在和背書節(jié)點(diǎn)隔離的安全的Docker容器中，是實(shí)現(xiàn)一些特定業(yè)務(wù)邏輯的代碼。應(yīng)用程序發(fā)起的交易需要經(jīng)過(guò)所有網(wǎng)絡(luò)成員的同意，將事件提交到智能合約，通過(guò)智能合約初始化或管理賬本中的數(shù)據(jù)。

智能合約和傳統(tǒng)應(yīng)用程序的區(qū)別在于：智能合約一旦發(fā)布在區(qū)塊鏈中就難以修改，具有可信任度高、不可抵賴等特點(diǎn)[8]。在本項(xiàng)目中，借閱規(guī)則、數(shù)字資源上傳下載規(guī)則、個(gè)性化推送資源規(guī)則采用智能合約制定，采取智能合約邏輯后，讀者、圖書館相互之間可以相互監(jiān)督，保障公平公正，提高讀者對(duì)圖書館的信任度。

4.4.2 共識(shí)管理

共識(shí)管理是區(qū)塊鏈系統(tǒng)的關(guān)鍵，各個(gè)圖書館的資源通過(guò)區(qū)塊鏈相互鏈接，區(qū)塊是鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的基本數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，聚合了所有相關(guān)交易信息，主要包含區(qū)塊頭和區(qū)塊主體兩部分。區(qū)塊頭主要由區(qū)塊號(hào)、父區(qū)塊哈希值、時(shí)間戳、默克爾樹根等信息構(gòu)成；區(qū)塊主體主要由各種資源數(shù)據(jù)組成，每增加一個(gè)資源就創(chuàng)建一個(gè)區(qū)塊，經(jīng)過(guò)審核驗(yàn)證添加到區(qū)塊鏈中，之后向鏈上的所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行廣播發(fā)布，確保每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能接收到信息。但由于是分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)，很有可能在鏈上同時(shí)創(chuàng)建兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，這時(shí)就把區(qū)塊鏈做一個(gè)臨時(shí)分叉，之后如果又有新節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生，就以先收到哪個(gè)區(qū)塊就接到哪個(gè)區(qū)塊上，同時(shí)放棄另一個(gè)區(qū)塊，然后全網(wǎng)廣播，確保只有一條資源鏈，保障信息的完整性、一致性和準(zhǔn)確性[9]。

5 結(jié)語(yǔ)

利用區(qū)塊鏈技術(shù)對(duì)圖書館業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行深度改造，可以使圖書館業(yè)務(wù)開(kāi)展更加高效、透明、規(guī)范，增加讀者對(duì)圖書館的信任感，促進(jìn)圖書館從信息化到智慧化的根本轉(zhuǎn)變，讓圖書館信息化服務(wù)有質(zhì)的提升。由于區(qū)塊鏈技術(shù)的限定性及具體實(shí)際應(yīng)用的復(fù)雜性，建立“區(qū)塊鏈+圖書館”系統(tǒng)仍然面對(duì)很多問(wèn)題和挑戰(zhàn)。但區(qū)塊鏈技術(shù)是時(shí)代進(jìn)步發(fā)展的趨勢(shì)，圖書館應(yīng)該加大力度勇于探索和實(shí)踐區(qū)塊鏈技術(shù)在圖書館業(yè)務(wù)中的融合創(chuàng)新，使圖書館對(duì)新興技術(shù)的研究創(chuàng)新再次走在前列。