区块链技术在图书馆馆藏借阅中的应用研究

严 珊

（ 中南财经政法大学图书馆 湖北武汉 430073）

1 引言

随着信息技术的发展，以及互联网、物联网和云计算的推广应用，社会进入了知识信息时代。信息网络作为知识经济发展的基础，其核心是信息资源，而图书馆则依然承担着可靠的信息来源的重任。

大数据环境下，信息资源建设、整合、协作的基础来源于信息资源的共享与共用。信息资源如何得到公平、充分和有序的利用，如何在高效的组织和机制下以有效、快速的方式为公众所知所用，是图书馆服务创新的首要任务之一。故在大数据环境下，图书馆在保障数据真实性的前提下如何提供较高要求的数据存储容量，以及如何更有效地发挥可靠信息资源提供者的作用，是图书馆今后发展的必经之路[1]。为此，关于区块链（Blockchain）技术在图书馆应用的相关研究应运而生。

2 区块链技术的概念及特点

区块链技术是一种全新的分布式计算方式，主要是利用块链式数据结构来存储和验证数据、运用分布式节点共识机制算法生成和更新数据、采用加密技术保证数据传输和访问的安全，且由自动化脚本代码组成的智能合约可以用来编程和操作数据[2]。利用此技术建立的数据库可以记录过去所有交易信息和历史数据，通过智能合约、点对点记账、非对称加密等方式，任何互不相识的用户不需要任何中央信任机构就能通过网络达成信用共识。也就是说，区块链相当于一个交易账本，是由全体用户构建和维护共享的。交易参与方各自都会独立保存一份完整的数据备份，确保交易数据的可靠存储[3]。基于账本数据的公开性，全体用户在交易过程中共同参与记账和保证校验记账的真实性，且能防止交易记录被恶意篡改，因此区块链是所有用户相互信任的桥梁。

区块链技术经过快速的迭代演进，如今的区块链已经形成“分布式（Decentralized）、免信任（Trustless）、时间戳（Time Stamp）、非对称加密（Asymmetric Cryptography）和智能合约（Smart Contract）”[4]五大技术特征，对应的特点为分散式存储、不可篡改性、可追溯性、安全性、不可抵赖性。

2.1 分散式存储

区块链的分布式结构保证所有节点的参与者都能参与数据的记录和验证，并通过分布式传播方式发送到各个节点，且各个节点在义务与权利上是均等的。区块链的分布式结构使数据存储和传输方式从传统的“点—中心—点”的单极化模式转变为“点—点”的去极化模式，在一定程度上呈现出去中心化或者弱中心化的特点。

2.2 不可篡改性

区块链的产生就是为了防止被篡改，保证信息不可被篡改的单向密码即hash算法。区块链中使用SHA-256的Hash算法对区块链中的所有交易信息进行非对称加密，并把账本中的信息压缩成数字和字母组合而成的32字节的随机散列。该算法的核心是不能通过任何输出的散列信息推断出任何与原文有关的内容。只要输入信息发生变化，即使仅仅是一位数字发生改变，都会导致散列结果呈现出完全不同的状态。由于输出散列与输入内容一一对应的性质，故Hash算法用于验证数据信息是否被修改。

2.3 可追溯性

区块链的可追溯性是基于以下两点：一是区块链采用分布式结构并按时间戳上的时序以线性链表的形式来储存数据，区块链上的任何数据都可以通过链表结构来追本溯源。二是区块在生成的过程中，通过绑定自身的Hash值和时间来源产生不可更改的时间戳。链表结构和时间戳分别在空间维度和时间维度确保区块中每条交易信息的可追溯性。

2.4 安全性

区块链中的交易信息是通过验证添加并永久存储的，这些信息由区块链中具有维护功能的节点基于共识机制来共同维护。除非能控制整个区块链中超过51%的节点，否则对数据进行修改是没有效果的。故区块链的分布式结构保证了数据的稳定性和可靠性，可以避免系统崩溃，防止因地震、断电、黑客攻击等导致的数据遗失[5]。

2.5 不可抵赖性

身份认证、共识机制和时间戳保证了区块链的不可抵赖性。一是基于身份认证和共识机制，区块链中的参与者都需使用加密后的数字签名进行身份认证后方可进行交易，所有的交易数据都会被全网节点经过共识机制进行验证和记录，故交易者无法否认交易行为。二是基于时间戳，所有的交易行为都可以被追溯，故身份认证、共识机制和时间戳确保了区块链中所有的交易数据和行为都能够被真实地记录下来且无法更改抹除。

3 区块链在馆藏资源中的应用研究

3.1 区块链在馆藏资源中的应用特点

区块链技术实质上是非对称加密算法，是基于数据库管理而形成的信息协同参与机制。区块链技术在图书馆中的应用特点主要体现在以下三个方面。

3.1.1 数据资源分布式处理

相较于传统数据库管理，区块链技术采用的单向加密算法以及分布式存储结构，保证了数据库的完全透明性和安全性。在高校图书馆馆藏资源中，从安全存储的角度来说，区块链技术采用分布式存储结构，实现了数据的集体维护管理。从数据共享角度来看，基于区块链的分布式链表结构来存储数据，利用Hash算法在不同数据节点上生成和更新数据，并基于共识机制保证了数据共享的安全性。故区块链技术的分布式结构保障了完整安全的数据库生态[6]。

图1 基于区块链技术的图书馆馆藏资源加密流程

3.1.2 图书馆管理弱中心化

图书馆管理弱中心化一方面体现在馆藏资源存储上，一方面体现在图书借阅流通上。

图书馆作为可靠信息来源的提供者，其本身就是一个大型的数据库，拥有着极其庞大的数据资源。在大数据环境下，随着高校“双一流”建设以及各学科的深入研究，图书馆每天需要增加和更新海量的数据信息，在保障数据资源的过程中也给高校资源的安全存储带来了新的挑战。图书馆传统的馆藏资源存储方式易受到外界的干扰和限制，如很多数据资源受到局域网的限制，或者易受到停电、黑客病毒等的影响而导致数据资源丢失或无法使用。区块链技术基于数据库的结构特性，将不同的数据资源信息定义为不同的数据区块，并借助算法以链表结构形式将每个不同的数据区块链接起来，给予其独立运作的能力。也就是说每个数据区块都是独立的中心，可以在不依赖原有的数据系统的基础之上独立运作。基于区块链的分布式存储结构，可以保障图书馆强大的存储空间，并且每一个节点都是数据资源建设和管理中心，弱化了图书馆的中心作用，这样可以有效应对外界风险，保证数据的安全性和可靠性[7]。

在图书借阅流通中主要是基于区块链的智能合约技术。核心思想是图书的借阅基于读者之间，即把某一个读者对某本图书的归还与下一个读者对该本图书的借阅直接对接起来，弱化图书馆的“中心干扰”作用。图书馆虽然不再作为中心打断图书的借阅流通，但需作为监管者，追溯每本图书的流通去向，包括图书的位置、目前拥有者、何时被借出、何时应归还等详细信息。关于图书借阅流通的所有行为信息相当于一个数据库，也就是区块链的区块，基于公开透明性，该区块中的数据可以被每一个读者查阅到。区块链的智能合约使得图书在读者之间的流通相当于签订了不可撤销的转让合约，而这个合约的有效性无需得到图书馆这个中心的确认（见图2）。

图2 区块链技术在图书馆管理中的应用

3.1.3 用户协同参与

基于非对称加密算法的区块链技术，赋予了该数据库协同合作的特性[8]。该特性是除了管理弱中心化之外的另一显著特点。传统的高校图书馆馆藏资源体系是单独封闭的系统，且使用者必须获得图书馆的授权并一般需要在局域网内才能在数据库中检索利用资源。目前，这种数据库管理体系是出于保障数据资源的安全性，但是在实际运用过程中造成了资源浪费和使用不便。区块链技术的运用可以在保障数据安全的前提之下，基于数据库的协同合作机制，让用户集体维护、共同建设和协同共享数据资源。本校图书馆的注册用户不仅可以检索查阅本馆的数据资源，也可以查阅和借阅成员馆的馆藏。这种基于数据库的协同参与机制可以更好地实现资源整合和保障资源的有效利用。

3.2 区块链在馆藏资源中的应用实例

利用区块链技术，用户可以直接从其他用户手中借出图书，而不需经过图书馆，且区块链技术的应用更有利于馆际互借的实施，有利于图书馆可靠信息资源的传播。

每一本被图书馆购进的图书或者期刊，都会被图书馆内部编上具有识别功能的索书号。读者通过查找索书号所在的“馆藏地点”而找到该书并借阅，归还；接着被另一个读者借阅、归还……周而复始地流通。如此，每一本图书的借阅流通过程相当于构成了一个区块链。图书每一次的交易过程即何时被借出、何时被归还以及借阅人的详细身份信息都会在区块链中按时间戳上的时序以线性链表的形式留下记录。且读者每一次向图书馆借书，都与图书馆签订了图书流通转让合同，但相当于传统的必须经由图书馆借还书的借阅流通方式，弱化了图书馆的中心作用。

图书借阅流通分两种情况：一是读者直接向图书馆借还书；二是读者与读者之间直接借还书。

3.2.1 读者—图书馆借阅流程

同学甲向自己注册的图书馆A提出借书申请后，图书馆A在区块链中查找该书的信息，并确保这本书目前处于可借阅状态，于是就把该信息发送给该书的需求者，同时保存这次用户借阅证号作为交易密钥，以确保图书馆可以确认该用户的真实信息以及追踪该书是否到期或者被损坏。同学甲收到反馈后直接从图书馆A拿走该书即可（见图3）。

图3 读者—图书馆借阅流程

3.2.2 读者—读者借阅流程

用户与用户之间借书分两种情况：一是所借之书属于用户的注册馆；二是所借之书属于合作的成员馆，这时就需要进行馆际互借。这种基于分布式结构的图书馆更适合同一所高校的学生，在图书借阅流通的过程中不仅弱化了图书馆的中心作用，加强了图书的有效利用，也增加了学生之间的交流读书心得的机会。

假如同学甲和同学乙均为图书馆A的注册者，当乙想向同学甲借《时间简史》这本书时，乙首先会向图书馆A发出请求，信息包括这本书的索书号和自己有效的注册借书证号。当图书馆A收到该请求时，首先在区块链中搜索本馆是否拥有该书，如果有，就会直接通知目前这本书的借阅者同学甲把该书借给同学乙，同学甲同意后，同学乙可直接找同学甲借书（见图4-1）。如果同学乙向自己的注册馆即图书馆B借书，但图书馆B没有该书，就会通过区块链找到该书所在的馆（假设为图书馆A）。图书馆A收到图书馆B的请求后会给出接受或者拒绝的反馈。同时记录下将要阅读这本书的外校用户的信息。如果图书馆B的注册者即同学乙收到图书馆A同意借出该书的回复时，且收到该书的密钥，那么同学乙即可向同学甲借出该书（见图4-2）。通过图书借阅流通的案例分析，可以看出区块链技术在图书馆馆藏资源流通中大有作用，可以缩短图书流转周期，扩大图书馆的服务范围，增加用户社会交往等。

图4 读者—读者借阅流程

4 结语

本文介绍了区块链的原理和技术特点，阐述了基于区块链实现图书馆馆藏资源安全快速借阅的原理，构想了具体的借阅过程。但同时可以看出用户需要随时随地地应用移动端查阅检索馆藏资源并进行相关的借还指令，故区块链技术在图书馆的利用离不开数字图书馆和移动服务的技术支撑[9]。