区块链理念下图书馆信息化服务探析

田丽梅

(渤海大学图书馆，辽宁锦州 121000)

1 引言

区块链的诞生，标志着人类开始构建真正可以信任的互联网。它以其全程留痕且需要集体维护的去中心化特征，有着广阔的应用前景。2019年10月24日，习近平总书记在中央政治局第十八次集体学习中强调：“把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口”“加快推动区块链技术和产业创新发展”。[1]同年12月2日该术语入选《咬文嚼字》2019年十大流行语，成为社会公众关注的焦点。图书馆作为公共服务领域中的一个重要组成部分，区块链技术的出现必然备受关注，它颠覆了图书馆传统服务理念与模式，为新一轮发展赋予了新动能。区块链技术的诞生，构建了网络中点对点之间最可靠的信任，加密了图书馆和用户以及信息资源、知识资源之间的关联，重构了图书馆技术底层基础，提高了价值交互的效率、降低了维护成本，让图书馆更有想象空间。

2 区块链技术的发展背景

2.1 区块链概念综述

区块链(Block Chain)最早出现于2008年次贷危机的末期，最初以比特币的基础技术进入人们视线。中本聪的《比特币：一种点对点的电子现金系统》一文催生了比特币，标志着人类社会货币体系的进步。比特币采用公开的分布式账本设计理念，真正摆脱了第三方机构的制约。[2]区块链技术(Blockchain Technology)也称分布式账本技术，是一种将分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等技术交汇并应用于信任传递、分布和价值管理中的数据库技术。从核心本质看，区块链可以理解为是一种嵌入时间属性、实现人人参与、凭借自身结构完成技术统一的去中心化基础架构或分布式计算范式。它具有信息稳定性强，信度高，数据开放性广的特点，可满足各种数据录入需求。从应用层面看，尽管区块链技术发轫于金融领域，但它以其全程留痕且需要集体维护的去中心化特征，在公共管理、公共服务领域等行业也开始大展身手。

2.2 区块链的设计思想

区块链技术的革命性在于它提供了一种全新的信任机制，可以通过技术层面构建一个高效可靠的价值传输系统，在价值交互过程中转变人与人的信任关系为人与技术的信任，进而推动互联网成为构建社会信任的网络基础，降低商业活动成本，最终实现价值的有效传递。

2.2.1 经济层面的设计思想

经济基础决定上层建筑，成本问题是所有商业活动的瓶颈问题，因此降低成本是区块链技术设计思想的初衷和根本所在。在区块链体系中，交易信任由机器和算法自动执行操作。参与者通过密码学原理确定身份，依靠共识机制确立相互间的信任，利用可编程的智能合约，执行双方所达成的契约，实现了“弱中心化”的特性，有效地降低了交易成本，提高交易效率。

2.2.2 技术层面的设计思想

区块链以其多方参与记录数据、共同维护分布式数据存储系统、不可篡改链式存储数据与合约的特点成为各种商业行为和组织机构的基础技术架构。区块链技术通过共识机制、密码学原理和分布式数据存储使所有参与者能够实现信息共享、共识、共担，其优势显而易见。[3]

2.3 区块链技术在图书馆界的发展背景

区块链提供了一种新型的社会信任机制，无论在优化业务流程、降低运营成本还是提升协同效率方面都取得了显著成果，为公共服务和社会机制优化的发展奠定了新基石。国内外图书馆界以此为契机，积极研究区块链技术在图书馆服务理念上的创新应用。在杜均著的《区块链+：从全球50个案例看区块链的应用与未来》案例点评中：美国图书馆界在区块链技术应用于图书馆业务研究方面身先士卒，美国政府于2017年11月为美国博物馆与图书馆服务研究所给予财政支持十万美金，用于探索区块链技术在图书馆数字管理方面的应用。同年12月，圣何塞州立大学信息学院收到了来自博物馆和图书馆服务协会的10万美元资助，用于为期一年的信息服务领域区块链应用项目。[4]我国区块链的场景应用也不甘示弱，2017年9月19日，国内第一家旨在促进区块链应用落地，助力创新创业为主题的“前海区块链图书馆”正式揭牌成立。图书馆界依托大量的实践性探索，分析出区块链技术的潜在用途：通过构建增强型元数据档案库以帮助图书馆扩展服务范围，制定支持社区馆藏的协议以及促进数字版权高效管理等。[5]区块链技术以其显著的优势在图书馆服务领域必将独占鳌头。

3 区块链技术在图书馆服务中的应用价值分析

区块链是交易的业务逻辑载体，交易通过非对称加密公私钥验证后，按时间序列化区块数据，只对添加有效，利用核心共识算法和冗余的数据存储方式将整个网络形成一个最终确定状态。区块链基于分布式数据库存储，其运作机制是通过拜占庭容错确保分布式数据库的一致性，以时间序列链式数据块结构为基础，利用拓扑原理实现所有节点互为冗余备份，最终采用密码学的公私钥管理体系来管理账户进而实现确保数据唯一、不可篡改以及可追溯性。[6]区块链以去中心化、不可篡改、时序稳定以及可溯源等特点深得各行各业青睐。图书馆作为公共服务领域的重要组成部分，其管理模式与区块链技术同属信息管理系统范畴，具有天然的协同效应。二者珠联璧合，形成以区块链为底层支撑技术，实现图书馆资源数据化、系统智慧化，服务全域化、管理智能化，加快推动图书馆服务的智慧化发展。

区块链的核心技术由四个模块组成，即P2P网络协议、分布式一致性算法与共识机制、加密签名算法以及智能合约。它们在各个应用场景中发挥着数据存储、数据处理、数据安全以及数据应用的作用。

3.1 P2P点对点分布式数据技术赋能图书馆数据存储

点对点即peer-to-peer，简称P2P，它隶属于覆盖层网络(Overlay Network)范畴，是一种能够使计算机之间不经过中继设备直接完成数据交换或服务的对等网络模型。它是区块链的最底层模块，负责数据的网络传输、节点发现以及交易维护。其目标是让所有的客户端同时具备服务器端的功能，能提供带宽、存储空间和计算能力等资源。[7]P2P可在多节点上复制数据，提升了故障防御能力。各节点可避开中心索引服务器直接发现数据，防止单点崩溃造成数据紊乱，这一特性使网络信息的共享和交互变得更轻松、更直接，真正的实现了去中心化。去中心化结构体系能够实时记录数据信息，并在每个参与数据存储的网络节点中更新，提高了数据库的安全性和稳定性。图书馆可利用P2P分布式数据存储模式来维护数字管理平台，将所有数据资源按照分布式节点方式进行传播和维护，减轻用户对图书馆的依赖程度，实现图书馆从信息传播者到组织管理者的华丽转身。P2P分布式技术带领图书馆进入一个全方位、高效处理、一体化结构的全新服务管理模式。

3.2 分布式一致性算法与共识机制赋能图书馆数据处理

计算机技术的应用与图书馆的发展结下了不解之缘，其每一次进步都会使图书馆的数据资源与服务产生巨大的变革。计算机应用经历了单点应用到冷灾备，随之发展为以负载均衡和路由技术为支撑的异地多活，过渡到以Paxos和Raft非拜占庭容错算法以及PBFT共识算法为主的分布计算领域。相应之图书馆经历了单项借还业务到集成知识服务直至如今全新的海量信息资源共享服务，其每一次变革都对计算机技术产生更高的要求。[8]目前，区块链作为核心技术自主创新的重要突破口，其开放共识技术与大数据技术珠联璧合为图书馆发展创造无穷动力。分布式一致性算法与共识算法一脉相承：一个分布式系统的核心工作是保证集群中所有节点中的数据完全相同并且能够对某个提案(Proposal)达成一致，而共识算法就是用来保证分布式系统一致性的方法。区块链的共识机制通过节点间共同认定后确定交易信息，达成认可协议后完成交易。图书馆服务本质上是服务与被服务关系，准确的说是知识互换互传、达成共识的关系。区块链分布式一致算法的使用，控制节点间传递、匹配、管理数据信息，实现了数据资源公开、透明、可追溯的架构设计方法，提升了图书馆加强读者互动、打造交流平台的能力，智慧化了图书馆知识服务的环境。

3.3 加密签名算法赋能图书馆数据安全

为了防止发送节点信息和数据被恶意伪造或篡改，区块链引用密码学数字签名技术对分布式数据库中的底层数据进行统筹安排。密码学中的哈希函数将发送节点信息数据加密生成哈希值，并利用发送节点的私钥对哈希值进行数字签名，最后将信息数据、数字签名和公钥一起给发送给接收节点完成交易。哈希值也被称为摘要，哈希算法可将任意大小的信息数据生成一个固定长度的哈希值，主要用来校验信息数据是否被篡改，一旦输入数据发生变化，哈希值的校验就会失效。这样的特点注定了链上的信息数据具有超强的抗篡改性。[9]区块链全透明的实现过程让其内部的执行规则和数据信息清晰明了，数据信息通过节点中数字签名技术完成节点间的匹配与验证最终实现交换，整个过程通过非对称加密方式保证数据传输和访问的安全，利用哈希值验证数据归属，确保了图书馆信息资源传播与分享的安全性，提升了图书馆资源服务的价值，助力图书馆智慧化服务建设。

3.4 智能合约技术赋能图书馆数据应用

区块链通过智能合约来实现数据的执行与应用功能。信息数据严格依据时间戳的先后顺序在各个节点上生成并存储，具有时序稳定，数据不可篡改的特点。这一核心技术应用到图书馆智慧化服务中，自动判断预先存储信息的设定状态、转换规则以及触发合约执行的条件，在去中心化机构的保障下执行智能合约程序，保证了图书馆信息共享与存储的安全性能，提升了读者利用海量资源的效率，开发了读者之间稳定且自由的信息交换编程模式。[10]

总而言之，区块链的四大核心技术在图书馆的智慧化、智能化服务中发挥着极大的作用，它们互相联系，彼此制约，共同见证了以区块链为基础的智慧化图书馆发展模式，期待区块链给图书馆带来更大的惊喜。

4 区块链技术在图书馆服务中的应用

4.1 文献采购

作为继大数据、人工智能之后又一个热门信息话题，区块链技术在图书馆采购供应链环节炙手可热。与传统互联网技术相比，去中心化和不可篡改的特点极大限度地解决了网络数据共享时所暴露出的信任成本问题。它是一种新型的底层架构技术，可根据文献采购供应链的功能需求，在网络中建立去除人为主观判断的信任机制，完成安全认证的信息交换。

4.1.1 区块链技术提高图书馆文献采购效率

区块链的去中心化和不可篡改的特性将成为图书馆向用户提供高效率文献采购服务的突破口。首先，它可以帮助图书馆优化文献采购方式。在文献采购程序中，大量资源需要进行信息印证：如公开招标程序中，投标文件近一半的内容是投标企业的资质认证，而且全部需要加盖公章进行信息确认，程序十分冗余，降低采购效率。“区块+链+时间戳”的数据结构为数据追踪和信息防伪打开了绿色通道，它构建了一套完整的协议机制，即：让每个节点都参与数据处理并完成节点信息同步更新，允许节点在进行记录的同时验证其他节点信息的正确性，可去除第三方权威机构对信息的背书，提高参与方达成信任共识的效率。投标企业以节点信息作为存在性证明，形成不可篡改的证据，大大减少了文献采购过程中因信息不对称而造成经济效率的损失。当然每个节点上所存储的信息要保证周密的安全性，一旦泄密，必将进行举证和追责。其次，能够帮助读者在海量的信息源中获取可靠信息做出准确的判断从而完善读者服务流程。随着读者阅读方式的转变，读者决策采购(Patron Driven Acquisition，PDA)被越来越多的图书馆所采纳，它是一种按需采购模式，即图书馆依据读者对信息源的实际需求以及利用情况来制定购买计划[11]。这种基于读者需求的文献资源建设模式要求图书馆文献采购供应链的渠道要多样性，设计要持续优化，过程要高度透明。区块链技术将供应链中的文献来源、出版信息、时间戳、推荐人、采购人以及采购方式等记录进行实时跟踪，并提供映射表格和安全信息交换平台，为海量数据资源实现共享提供了重要的技术手段。

4.1.2 区块链技术打造图书馆文献采购新模式

(1)构建信息共享平台

文献采购监管部门、采购人以及供应商将文献采购的线上、线下交易数据添加在以区块链技术为底层构架的信息共享平台中存储，该平台同时具备点对点数据资源共享和信息资源中心两大优势，通过非对称加密技术保护数据拥有者的私密性(即匿名性特点)，提高大数据模型下的数据安全。具有较强的稳定性，可兼顾多部门、各级别间的数据共享，利用去中心化特征降低信任成本，实现数据备份并可追溯，大大提高了文献采购行业信息的范围和效率。

(2)分析挖掘数据价值

目前，图书采购行业数据挖掘的潜力巨大，就图书馆而言，对公开的交易信息进行深度挖掘，可以有效提高经费预算编制的科学性，避免“天价采购”“恶意低价”事件发生；对参与投标的供应商进行数据挖掘，可以分析出潜在的“围标串标”行为；对采购者和供应商双方的成交数据进行挖掘，可以防范权力寻租和利益输送，对“未病先防”的内部控制和“有腐必反”的廉政建设都有积极意义。

4.2 版权保护

开放、互联、共享已经成为当今社会知识信息发展的主流方向。目前，知识产权正以相互融合的态势高速发展。从国家版权局获悉，2018全国著作权登记总量达3457338件，相比2017年的2747652件，同比增长25.83%。[12]作为海量信息资源的集散地——图书馆自然会把数字版权管理当做焦点问题进行处理。开放的网络数字环境、多样化的数字传播方式、爆炸性增长的数字作品内容与形式等因素无疑给图书馆实现数字版权管理带来了巨大的挑战。我国互联网数字文化产业规模不断扩大，但是产权保护意识稍逊风骚，盗版横行，创作人存在确权难、举证维权难和产权交易难的痛点，图书版权问题也成了限制数字图书馆发展的瓶颈问题。面对大型的分布式互联网络，图书馆可借助区块链的数据库技术、互联网技术和加密技术解决数字资源下载和传播过程中所遇到的知识产权保护问题。知识产权在区块链核心技术的庇护下，可实现永久保存、不可篡改且可被追溯，真正实现了让分布在世界各地的参与节点共同来维护和管理知识产权秩序的愿景。

4.2.1 资源建设中的知识产权问题

为顺应读者阅读方式的改变，图书馆加大对数字资源建设的投资力度，自然知识产权问题层出不穷，首先表现在资源开放获取方面，尖端的数字技术与开放的网络环境使得不同类型的作品相互交错、权利人的创作技术相互糅杂，许多资源的知识产权关系不明确，导致开放获取所得到的版权内容缺乏权利主体的真实性，一度使图书馆在资源建设过程中的确权环节陷入困境。其次，在图书馆特色资源建设中也存在着相应的问题，“互联网+”的网络环境促使用户生成越来越多的高价值知识资源，但由于缺乏可回溯的知识产权关系证明，相关资源或素材无法被纳入到图书馆资源建设范畴内，对图书馆资源建设产生了局限性。区块链的加密签名算法将文化产品的原创作者、内容、创作时间等相关信息加密成固定长度的字符串，通过网络插件对目标网页进行截图和源码获取，同时产生操作日志和记录调用时间，并将内容打包运算为哈希值后，上传至FACTOM区块链进行电子数据保存。此过程明确了著作权、商标和专利权的归属，解决了权利人的知识产权关系证明问题，使图书馆资源建设中的知识产权清晰明了，降低了资源建设的成本，增强了针对性和有效性，完善了资源建设体系。[13]

4.2.2 参考咨询服务中的知识产权问题

参考咨询是图书馆知识服务的重要手段。随着5G时代的到来，数字参考咨询服务以其方便快捷的特性被用户所青睐。但由于其服务模式向多元化发展，不可避免要涉及到譬如合理使用、复制、网络传播、链接等知识产权问题。区块链综合运用数据库技术和加密技术实现每个节点全程透视的存储在整个数据中，区块链核心技术具备保障版权交易可靠性的功能，能够解决图书馆在为用户提供服务过程中遇到的知识产权保护问题。图书馆隶属于公共服务领域，其经费主要来源于政府拨款，区块链技术利用分布式技术节约管理成本的模式恰巧满足图书馆经费不足的需求。另一方面，智能合约技术确保了版权交易的不可篡改性。区块链中的知识产权交易是指权利人和作品使用者之间建立的交易关系，双方按照交易规则形成用于促进、验证或者执行合约的协商或者履行，或者使合约条款终止与失效的数字形式的计算机协议，并将交易结果公众于世。该协议自动触发履行，不可逆、不可改、不可人工干预，具有强制性。[14]区块链限制了知识产权交易中欺诈和隐瞒的行为，拓宽了图书馆为用户提供知识服务的道路。

4.3 馆藏资源安全

图书馆学五定律中第五定律指出：“图书馆是一个生长着的有机体”。[15]作为一个不断生长的结合体，图书馆的资源日益增加，面对海量的信息资源，图书馆如何避免“文明劫难”的发生呢？可靠的信息存储环境自然成为图书馆向用户提供知识服务的根本保障。海量的数字资源到底需要多大的存储空间呢？我们四舍五入地估计每本电子书的大小约为0.5M，那么一个藏书700万册的图书馆需要近3000000M≈2929G≈2T的存储空间，如何实现安全存储且完成开放共享呢？区块链采用了非对称加密算法与P2P点对点分布式存储相结合的模式确保了数据库的安全性与灵活性。它把数据资源按照结构差异分成不同的数据区块，而后以链表结构形式将各区块连接起来，要求各数据节点保持一致，并赋予每个区块独立运作的能力，以此激发节点自带的信息共享功能，最后利用不可篡改性和共识机制实现信息资源的安全可靠共享通道。区块链应用的非对称加密算法为用户参与协同合作埋下伏笔，实现数据资源集体维护、共建共享，这种多中心模式包含了云计算的海量存储和与高性能的计算能力，让图书馆的服务产生了极大的资源价值，最大限度的提升了用户资源获取效率，真正体现了信息的及时性原则。

5 结语

区块链在图书馆界有着广阔的应用场景。如图书馆可以通过区块链向用户提供知识发掘服务。用户在各个平台的学习行为和过程将被永久的记录在云服务器中，图书馆可利用这些数据探索用户的信息行为，发掘用户潜在需求，制定科学的信息服务策略。如图书馆利用区块链技术提升阅读推广绩效，实现与用户全方位交互。在区块链理念的推动下，区块链技术以势不可挡的趋势冲击着图书馆的传统模式，图书馆须积极构建“区块链+”信息服务平台，进而提升图书馆信息化服务水平，期待区块链技术给图书馆带来的更大的变革。