區塊鏈技術下的圖書智能管理系統

李 琳

（湖南環境生物職業技術學院 ，湖南 衡陽 421005）

區塊鏈技術（BlockChain）的提出者（中本聰）在針對區塊鏈技術的研究時僅闡述了其基本內容，并沒有確定其“定義”，導致研究人員對其判定存在差異，例如部分網站認為加密貨幣序列交易數據庫技術可論述為區塊鏈技術，這是根據比特幣發展產生的。我國學者了解區塊鏈技術內容，并分析出它是一種鏈條式的數據結構，并按照時間順序記錄，使其不可篡改和偽造，能夠使系統內部聯系更加緊密，在存儲方面可加強與數據之間的安全性。另外，其他學者認為，區塊帶技術是以分布式節點共識算法進行編程的，是一種全新的分布式計算范式和去中心化基礎架構，可進行有效存儲，可在在圖書智能管理系統中有效使用。

1 區塊鏈技術背景和數據結構

1.1 區塊鏈技術背景

區塊鏈技術是信息化社會發展的重要技術之一，與云計算、人工智能等都可通過計算機編程進行運作，其誕生于比特幣的開發，但2015 年，區塊鏈技術被重視，初露鋒芒，Linux 基金會采用區塊鏈技術進行項目開發，發現它能夠不受篡改，其編程路徑和架構更加規范化，能夠幫助基金會進行項目管理，這是區塊鏈技術才有“小荷才露尖尖角”的狀態，隨即進入大眾視野。在區塊鏈技術研究中，我國結合其前景和特征，頒布了《中國區塊鏈技術和應用發展白皮書》，勢必掌握和創新該技術，并且在政府的支持下，該技術的發展不受宏觀環境的制約，并逐步在各大企業中使用，其中騰訊發布可信區塊鏈TrustSQL 平臺，進行管理，大大提高了企業運作效率，區塊鏈技術與商業管理結合，能夠促進其發展和創新。目前，區塊鏈技術作為全新的區塊鏈式數據結構，受到了各部門的青睞，同時也衍生出許多新的形式，推進了智能化社會的進程。對圖書館而言，區塊鏈技術可使其管理更加智能化，創立智能化服務系統，能夠協助圖書館管理，充分滿足用戶多元化需求，與時俱進，才能夠突顯優勢，增加圖書管理的有效性。

1.2 區塊鏈技術數據結構

區塊鏈技術發展迅速，其數據結構為“區塊”+“鏈”形式，這種形式可達到分層編程協作運營的目的，區塊是區塊鏈的核心結構單元，能夠反映其功能結構。區塊鏈，顧名思義，就是將區塊通過代碼相互聯合，使其具有記錄和查找信息的功能。與此同時，區塊體將記錄交易的數據向上反饋到區塊頭，描述一筆交易信息的去向，如圖1 所示為區塊的內部結構。區塊是區塊鏈的核心結構單元，區塊鏈由區塊互相連接而成。區塊是記錄交易的特殊的數據結構，主要包括區塊頭和區塊體2 個部分，反映了一筆交易信息的去向，區塊是區塊鏈的基本單元和主要數據存儲結構，

區塊頭參數值的描述如下。①版本號：可描述軟件升級變化，用于監測軟件和協議更新，代表著技術創新；②時間戳：以時間順序為記錄標準且不可篡改，在時間維度上，區塊可敘述交易時間和內容；③隨機數：結合挖礦算法PoW（Proof of Work），隨機數是根據比特幣記賬來整理出的，用于證明工作量算法的計數器，可被廣泛應用于記賬中；④前一區塊Hash 值：可連接區塊數據，形成區塊鏈，保證記錄交易的完整；⑤目標哈希：作為哈希計算中的主要算法存在；⑥塊Hash 值：哈希計算由挖礦得到，達成交易信息保存的目的；⑦塊高度：區塊鏈中固定區塊數據結構；⑧難度：數據結構中控制區塊產生速度；⑨Merkle根：Merkle 根是數據結構中的一種結構算法，可得到根節點Hash 值。

綜上所述，區塊鏈系統中區塊代表著一定時間內交易的數據結構，區塊通過哈希計算進行運作，并且新區塊包括了上一區塊的Hash 值，首尾呼應，形成交易鏈條。同時，區塊數據參數和隨機數都采用上一區塊頭數據，確定其唯一性，形成了一個鏈式結構，去跨越的數據信息可根據時間順序進行有序排列，進而達到不可篡改的目的，這樣一來，系統交易記錄并不會混亂，其區塊鏈結構如圖1 所示。

圖1 區塊鏈結構

2 區塊鏈技術下圖書館智能管理系統發展可行性分析

2.1 技術可行性

我國在區塊鏈技術方面發展緩慢，技術想打破壁壘，必須得到有效的支持，基于此，我國頒布《中國區塊鏈技術和應用發展白皮書（2016）》確定其定義和發展前景，區塊鏈技術從根本上來說，就是利用塊鏈式數據結構與計算機編程，進行數據信息記錄，存儲數據和更新數據，以便達到將交易記錄數據化管理的目的，其采用分布式節點共識算法，例如哈希算法、Merkle 結構算法等，保證數據傳輸和訪問安全，在圖書館智能管理系統應用中，確保了其不可篡改、去中心化等特征，在當前技術的研究下，圖書館智能管理系統的實現具有可行性。

2.2 法律可行性

受宏觀因素影響，區塊鏈技術要想創新必須加以支持，目前，區塊鏈技術在司法領域上，以保護知識產權為主，對DECENT、原本區塊鏈、Monegraph 等項目進行版權保護，目前，我國開啟了區塊鏈版權保護探索之路，并在司法效應的基礎上，確保區塊鏈技術能夠受法律保護。

2.3 現實可行性

目前，我國公共圖書館人工記錄交易情況基本沒有，以計算機為工具，互聯網為手段的服務模式已經形成，并可以提供24h 自助服務，無線網全覆蓋體現了圖書管理的靈活性，人們館內活動可通過客戶終端完成，以便人們可以隨時借閱、查找和交易等。截至2019 年底，我國省級圖書館網站訪問量達到21.18 億。2020 年，結合短視頻方式進行傳播，加強了圖書館在互聯網上的文化影響力，隨著技術的不斷提高，智能化圖書管理已經存在，信息技術不斷引領經濟發展，區塊鏈技術不斷完善，輔助管理，所以在該技術下圖書的智能管理系統是可以實現的。

3 區塊鏈技術下圖書館管理系統的實現

3.1 區塊鏈技術下圖書館管理系統硬件配置

結合目前圖書管理來看，圖書管理硬件配置有GPRS、RS-485、數據庫服務器、射頻采集設備、交換機、自動借還書設備以及安全檢測門等，各個設備相互配合，控制和管理圖書館，能夠保證圖書館內人們按規辦事、有序進行，總的來說，圖書管理硬件配置共同服務于圖書館管理系統。

3.2 區塊鏈技術下圖書館管理系統的實現

結合區塊鏈技術，并根據圖書館業務需求，在系統軟件設計時，進行模塊分類，包括基礎數據維護、新書訂閱管理、借閱管理、系統設置等，在區塊鏈技術下，模塊功能更加具體化。

3.2.1 基礎數據維護

基礎數據維護主要針對讀者信息、圖書信息、圖書類別進行管理與查詢（圖2）。

圖2 基礎數據維護

在區塊鏈驅動的基礎數據維護過程中，信息資源的搜集、處理、挖掘、重組記錄在區塊鏈系統的節點中，通過創新和增值的活動，向用戶推送個性化信息定制、智慧資源服務等。

3.2.2 圖書借閱管理

圖書借閱管理模塊是針對借還書業務進行的，區塊鏈技術下，圖書借閱管理可通過共享智慧增值服務查找書籍，也就是通過專業化信息平臺確定借閱書，并通過歷史交流查詢了解圖書閱讀情況，能夠完善圖書管理系統的交流，該模塊具有歸還書、借閱書、圖書報廢管、維護管理等功能（圖3）。

圖3 圖書借閱管理

3.2.3 新書訂購管理

新書訂購管理模塊，圖書管理系統將信息資源提供給客戶，客戶可根據查詢內容進行交易，區塊鏈技術在新書訂購管理中，通過數學原理和程序算法，結合區塊頭和區塊體的交易需求，以分布式結構算法結合數據庫進行點對點的訂購交易，通過圖書管理系統，新書訂購時不需要第三方介入，客戶可直接進行購買，進而提供智能增值服務。如圖4 所示，新書訂購管理業務主要包括新書查詢、入庫、訂購以及驗收等業務。

圖4 新書訂購管理

3.2.4 圖書統計管理

圖書統計管理模塊，在區塊鏈技術推動下，圖書統計需要結合P2P 技術進行網絡節點的確定，網絡層須采用TCP/IP協議保證節點對等，為了簡化統計流程和書籍盤點，區塊鏈技術的每個節點都要通過驗證機制實現路由、傳播機制等，進而對資源進行統計，提高圖書統計管理效率。另外，區塊鏈系統中的共識機制能夠使各個節點達成一致，包括PoW、PoS、DPoS、PBFT，在機制的協調下，統計方式具有時間順序且不可篡改，容錯性為33%，這樣一來既保證了圖書統計信息的可靠性，又維護了圖書館管理系統的安全性，圖書統計管理模塊包括書籍盤點、歸還統計以及借閱統計等（圖5）。

圖5 圖書統計管理

3.2.5 RFID 應用管理

RFID 應用管理記錄書籍管理情況，如圖6 所示，主要業務有安全門進出監控、移動盤點、標簽轉換以及自助借還管理等。

圖6 RFID 應用管理

3.2.6 系統設置

區塊鏈技術驅動下的系統設置中，圖書館智能管理系統存儲數據以塊鏈式結構為主，將信息資源數據和用戶數據進行管理，統一規劃，其中數據存儲在區塊鏈系統中的節點上，節點上的數據是對等的，不存在一方受損全盤皆輸的問題，也就是說，區塊鏈系統中節點出現安全漏洞問題，圖書智能管理系統整體運營依舊正常，無須對整個系統進行核查，數據同步會在節點故障恢復后自動進行，區塊鏈共識機制作用下，區塊的交易記錄以時間線為主，可不被非法篡改。另外在系統設置中，密碼更改、用戶管理、系統優化等功能（圖7）需要結合權限，發揮管理者作用，并對圖書館信息資料進行整合，系統設置能夠對相關信息進行刪除或更改。

圖7 系統設置

4 結論

區塊鏈技術成為信息化技術發展的潮流，隨著生活方面的需求，區塊鏈技術引起了各行業的高度關注，在圖書館智能管理系統中得以使用，打破了圖書館管理壁壘，推動了圖書館智能化服務的發展，解決了傳統圖書技術存在的缺陷，但是從使用角度來看，該技術并未充分利用，區塊鏈技術作為新型技術還需要持續關注，并以此為契機，充分規劃區塊鏈技術的研究方向，緊抓資源、服務和技術3 個方面，完善圖書智能系統服務，所以筆者以區塊鏈技術發展形式為大前提，合理分析圖書館智能管理系統與區塊鏈技術的關系，并說明其系統的實現，加速區塊鏈技術和智慧增值服務的深度融合。