基于区块链技术的公共图书馆通借通还应用研究*

陈锋平 沈 昕 柴玲姬

（杭州图书馆 浙江杭州 310016）

1 引言

随着数字时代的高速发展，区块链技术在新的技术革新和产业变革中起着重要作用，当前已经和大数据、云计算、物联网、人工智能充分融合发展，并集成应用在金融、交通运输、物流、能源、医疗、版权保护、政务服务等多个领域。从2019年区块链提升至国家战略层面、2020年区块链列入新基建范畴，到2021年“十四五”规划将区块链纳入七大数字经济重点产业之一，再到《关于加快区块链技术应用和产业发展的指导意见》[1]（以下简称《指导意见》）的出台，国家政策持续扶持、加码区块链。在基础技术推动和下游应用领域需求不断增加的促进下，我国区块链行业市场规模不断发展。在《指导意见》中明确提出提升公共服务作为一项重点任务，而公共图书馆作为公共文化服务的重要组成部分，势必要探索区块链技术在图书馆业务领域的应用。

公共图书馆为适应时代的发展，不断创新服务方式及方法，主动运用物联网、云计算、人工智能、人脸识别等新技术及智能化设备，实现信息共享，为读者提供高效的智慧化服务。区块链技术是新一代信息技术的重要组成部分，是分布式网络、加密技术、智能合约等多种技术集成的新兴数据库软件。鉴于区块链的典型特征中包含着诸多契合公共文化服务，尤其是契合图书馆发展的要素[2]，引进区块链技术运用于图书馆，为新生代图书馆集成系统构建奠定了基础。目前针对区块链技术，图书馆界已在知识产权保护、馆藏资源管理、馆际信息共享、数字阅读推广、文献采购管理等方面展开较多研究，本文提出基于区块链技术的通借通还联盟链应用项目，通过成立公共图书馆区块链联盟，探讨成员馆在数据共享、身份认证、授权访问等应用的可行性，实现一馆办证各馆通用、一卡通行就近借还、一馆藏书各馆共享等通借通还的应用场景。

2 区块链技术的基本特征

区块链通俗的讲就是将每个人的交易记录、操作过程在一定规则处理后，构成了信息和数据的“区块”，区块按照时间先后顺序进行连接，并通过密码学形成一个完整的链条。区块链上的每一个区块上都会记录全部的信息，并且区块间的信息通过Hash运算，一旦篡改后数据就会发生雪崩效应，从而实现完整、不可篡改地记录“交易”的全过程，解决信任和责任的问题。

2.1 分布式账本

分布式账本指的是交易记账不保存在一个中心，而是在系统的每一个节点都保存一份完整的账目。它的优点在于任一节点之间享受的权利和义务都是相等的，并且任一节点的损坏或失效都不会影响整个系统的运作；另一方面，任何一个节点不能单独记录账本数据，从而避免了单一记账人被控制或者被贿赂而记假账的可能性。

2.2 隐私保护

由于任一节点之间无须互相信任，因此在信息传递和交易过程节点相互之间无须公开身份，系统中的每个节点的数据隐私都受到保护。

2.3 共识机制

共识机制就是系统内互不信任的节点怎么达成共识，最终节点数据能够达到一致性。共识机制本质上在去中心化的思想上解决了节点间互相信任的问题，在系统内解决了由谁来记账、判断的理由是什么以及数据的正确性和一致性等问题。

2.4 智能合约

智能合约是基于数据，自动化地执行一些预先定义好的规则和条款。以保险为例，如果确保每个人的信息都是真实可信的，可以实现在一些标准化的保险产品中进行自动化的理赔。

3 公共图书馆通借通还服务现状

通借通还，是指读者可以不受区域限制，就地借阅任意馆的图书，并归还至任意馆。随着公共图书馆服务体系建设的不断完善，图书馆集群服务效能逐步显现，各地公共图书馆根据其自身特点，因地制宜，通过中心馆—总分馆制建设、成立联盟或一体化战略同盟等形式，逐步推进区域内通借通还服务；同时，为了规范通借通还服务，提升业务管理水平和服务效能，各地也制定了相应的通借通还服务标准，如2020年广州市制定的《公共图书馆通借通还技术规范》（DB4401/ T96-2020），这是我国最早的公共图书馆通借通还地方标准之一[3]。

3.1 通借通还服务存在不足

由于我国图书馆业务管理系统复杂多样，且各地流通政策有所不同，开展通借通还服务模式基于同构系统和异构系统两种。基于同构系统下的通借通还服务案例较为成熟，如杭州、成都、济南、广州等地公共图书馆都采用Interlib图书馆集群系统；而基于异构系统下的通借通还服务，存在数据标准不规范、流通规则不统一以及异构平台对接复杂等问题，公共图书馆实现通借通还的案例极少。目前了解到，浙江省推出的通借通还服务，是基于信用借阅的通借及搭建通还平台来实现的，并未实现一体的通借通还服务，读者到各地市馆单独还需注册；四川、重庆等地公共图书馆是基于自助借还机通过SIP2协议，连接三家对应公共图书馆的接口，非本地用户通过轮询的形式判断、实现通借通还，影响读者使用效率；而高校图书馆实现异构系统通借通还服务较早，但仍然存在一些问题，如广州地区高校图书馆联盟独立开发的登记式联盟联合借阅系统，存在读者到每个馆需注册一次、读者的借阅信息必须到每个馆的OPAC系统中去查询、整个系统的运转需要大量的人工干预等等问题[4]。除了如上系统存在的普遍问题，还存在中心化管理的弊端。另外，随着大数据时代的发展，数据共享和隐私保护越来越受重视，《中华人民共和国数据安全法》于2021年9月施行，为数据安全提供了法律保障。区块链技术正是以其去中心化、开放性、自治性和匿名性等特征，恰好能引进到公共图书馆通借通还服务当中，应用新技术来构建通借通还平台，解决系统异构及数据安全使用等问题。

3.2 区块链技术在通借通还系统中的应用思路

结合区块链的特点，可以通过区块链技术记录读者借还信息，并提供读者信息和馆藏书目信息共享的应用程序，可以确保信息不可篡改，实现真实可信的业务功能，从而解决通借通还系统的数据在共享中出现的信任、安全及授权等一系列问题。

3.2.1 去中心化解决信息共享问题

区块链技术去中心化的分布式账本，能够使得每一个节点都担负着均等的权利和义务，每一个节点都有完整的区块链记录，并且在链上的活动都受到全网的监督。能够将公共图书馆、高等院校及科研图书馆的数据信息集成到一个区块链中，在通过数据加密算法解决数据共享后的权限问题，参与的各图书馆共同维护。

3.2.2 自治性解决信息信任风险

区块链技术具有开源、透明的特性，由多个用户参与制定和知晓系统的运行规则。在区块链技术下，通过P2P网络扩散到每个节点，并保存至链上，从而确保数据历史是可靠的、没有被篡改的，提高了系统的可追责性，对满足条件的事务进行验证，达成共识后自动执行，降低了系统的信任风险。

3.2.3 非对称加密技术解决读者数据安全

区块链技术通过非对称加密技术，实现信息记录的不可篡改，从而保证上传的读者信息存储的安全性。区块链技术可以通过公钥和私钥的非对称加密技术来防止数据的泄露，保证链上数据的安全，并且因区块链上的每个节点都储存着完整的数据备份，所以不会因为某一节点的损坏造成数据的丢失问题。以区块链技术应用于身份识别系统为例，通过程序将加密身份数据写入区块链，将整个记录存入区块链，并加以时间标记，高效证明“我是我”之类的问题。

3.2.4 解决信息使用授权和过程记录

在传统的数据使用机制上，授权机制是柔性的，可以有很多手段绕过。运用区块链可以很好地解决这个问题。在数字身份建立时，区块链会予以身份的授权，使得数据的使用授权机制与数字身份刚性绑定，并且一切操作行为（增删改查）都会被记录，作为证据留存。

目前，国内正规的区块链相关企业有600余家，包括蚂蚁区块链、平安一账通、京东等传统互联网公司区块链业务，还有趣链科技、云象区块链、万向区块链等传统区块链技术服务平台。通过引进区块链平台从而解决区块链的高门槛和技术难题，在开放平台上开发相应应用场景变得现实。例如，阿里巴巴旗下的蚂蚁区块链仅充当平台，面向社会企业和机构推出“开放联盟链”，吸引中小企业在蚂蚁区块链上发展，用户只需要通过模块化的选择和组建，就能开发出适合自己行业的区块链应用。

4 公共图书馆通借通还联盟链应用框架

区块链技术以其独特的技术规则从根源上为解决图书馆异构系统问题提供了新的思路，把联盟内各图书馆、用户看作是整个借阅网络中的不同节点，采用区块链中联盟链的方式实现图书馆之间信息交换、书籍流转、过程跟踪等关系，形成“1+N”的多中心公共图书馆联盟链。

4.1 “1+N”多中心联盟链结构

基于联盟链打造一个完全靠技术实现、地位完全对等、不可篡改、可溯源性的借阅信息追踪网络，实现真正可信赖的馆际互借，形成全域通借通还服务平台。馆际互借中各联盟馆可以共同维护一个联盟链，联盟内的成员可以加入到这个区块链中，跨越各自的自动化系统，无须建立互借中心。联盟链由1个超级节点和若干个普通节点组成，超级节点由若干主节点组成，除具备普通节点的功能外，还具备在联盟中实施成员管理、权限管理、数据监控等工作，负责各图书馆的用户身份、业务规则等上链管理及整体信息系统的维护。例如，全国图书馆可以设置为省级公共图书馆和高校图书馆为联盟链的主节点，各地市图书馆为副中心，区县图书馆为普通节点，各节点负责的内容如图1所示。

图1 “1+N”多中心联盟链结构

4.2 基于公共图书馆联盟链的通借通还平台架构

区块链包括数据层、网络层、共识层、激励层、合约层、应用层等六个基础模型，每一层次都有其对应的核心功能，而数据层、网络层、共识层是构成区块链技术的必要元素，鉴于联盟链的特性，在此我们不设激励层，联盟链整体架构以图书馆业务流程细化：各图书馆为节点，共识层由借阅存证、多方检验、跨链合约等各个图书馆达成的共识内容组成。中台层负责用户中心、图书管理、借阅管理、归还管理等图书馆基本业务流程规则，还包括分布式身份平台和生命周期管理等基础能力，为整个联盟链提供底层中台服务能力支撑。能力层（应用层）负责链上的图书通借、用户身份确认、还书及节点数据同步等真实业务操作，前端应用通过小程序实现可视化的身份认证、图书查询、借阅流水、线上借阅、读者荐购等应用程序的搭建（见图2）。

图2 基于公共图书馆联盟链的图书通借通还平台架构图

4.3 公共图书馆通借通还联盟链功能设计

按照传统的图书馆借还业务模式，很难实现跨系统、跨地域一证通借通还，不仅存在地域上的限制，还有人力成本的限制和技术管理上的局限。区块链技术的加入使得原本中心集群的通借通还模式实现去中心化，每个图书馆拥有同步独立的账本，通借通还中的每个细节均被实时记账上链。不会出现信息缺漏情况，读者无需重复办证，图书馆无需多次确认信息。且通过区块链技术的加入，加入联盟链内的图书馆均可实现一证通通借通还，无需建立多个集群中心，图书馆联盟即为一个通借通还网络。例如，A市图书馆和B市图书馆之间的互借互还，首先各地参与方将用户信息及借阅信息上链，链上存储密文，保证安全；其次，通过智能合约授权彼此可访问；在借阅时，借阅系统通过调用接入的SDK，访问区块链上智能合约，智能合约在链上判断是否有借阅权限等；最后返回结果到借阅业务系统。同时所有权限判断及借阅过程都记录在链上。这样在“数据可用不可见”的安全机制下，保障了用户个人信息的安全性，同时也实现了跨区域的通借通还。

（1）异构系统通借通还。图书馆业务系统涉及不同的厂商、异构的平台，过去图书馆通借通还模式搭建仅限于图书馆使用同一系统。现在我们通过区块链实现去中心化的分布式元数据仓储，各数据平台地位均等，从技术上解决了跨平台沟通问题，无需人工干预，打通了异构系统实现全域通借通还（见图3）。

图3 异构系统通借通还

（2）读者证信息互通。创建图书馆用户验证系统，实现联盟成员馆间的读者证信息互通，一卡通用。通过赋予读者证专属区块链ID，让不同图书馆的读者，使用自身读者证借阅、归还联盟馆所属图书。假设图书馆联盟内的L市A馆和N市B馆，A馆读者到N市旅行，同样可以享受N市B馆的读者服务，无需重新办理读者证。同理，某地公共图书馆和高校图书馆都纳入联盟之后，跨机构的读者在图书馆的系统中被自动认证（见图4）。

图4 读者证信息互通

（3）馆藏图书文献互通。打造一个属于各大图书馆联盟的馆藏中心，能够容纳联盟成员馆属于通借通还的图书，即使在条码号相同的情况下，可以准确无误地识别出所属馆等图书信息，文献资源共享，便于读者借阅。通过区块链技术来保存馆藏文献书目信息，就像MARC数据一样，我们各个馆针对性地都建立了书目数据库，主要难点在于现有馆藏书目信息迁移到联盟链，以及上传数据需要大量的智能合约，从而要求开发批量上传的工具，联盟成员馆只需与第三方现成的接口连接，而关于馆藏数据隐私和授权问题需通过区块链的非对称加密技术来解决（见图5）。

图5 馆藏图书文献互通

（4）用户服务功能。在完成联盟链基础搭建后，其他省级、市级、各地方的图书馆可以加入联盟链，具备身份配置权限管理、访问和写入数据等权限，形成一个图书管理联盟。联盟约定所有的借阅、归还、身份权限信息（创建、更新、挂失、注销等）、跨馆转移等数据，都要实时同步到链上；并且约定所有借阅、归还等行为都需要上链进行确权，以保证信息安全。假设A、B、C三家图书馆都已加盟联盟链，读者用户信息都上链并附上专属区块链ID，A馆读者张三借阅了B馆的书，那么B馆的业务人员在通借通还系统进行操作，形成借阅记录，该借阅记录同步实时Hash上链并同步至B馆业务系统，后期张三在C馆归还图书的时候，C馆工作人员会先去链上用张三的签名确认张三的借阅情况，查到他有借阅记录，则允许张三进行归还，归还的时候张三在C馆形成一条归还记录，同时该借阅记录同步Hash上链并同步至B馆业务系统；此时的数据情况是B馆有张三的借阅记录，C馆有归还记录，链上有张三单本书完整的借阅/归还记录（见图6）。

图6 用户服务功能整体方案图

5 结语

本文结合公共图书馆通借通还的服务现状，探索区块链技术在通借通还系统的应用，设计公共图书馆通借通还联盟链的框架和平台功能，对于构建覆盖跨地区、跨行业的通借通还服务网络具有重要意义。区块链技术在公共图书馆的应用有助于促进数据共享和流通、业务协同和发展，为打造新一代的图书馆集成系统奠定了基础，后续将针对区块链的关键技术与多行业数据交换应用平台进行深入研究。