基于區塊鏈的高校圖書館數字資源共建共享模型探析

王柯文，楊亞夢

（鄭州航空工業管理學院信息管理學院，河南 鄭州 450046）

1 引言

近年來，云計算、大數據、人工智能、區塊鏈等信息技術的不斷發展，為數字圖書館帶來高速發展的機遇。館藏數字資源是圖書館的重要組成部分，也是圖書館的服務之本。目前，數字資源的所有權一直控制在出版商或數據庫商手中［1］,尤其是外文數據庫存在嚴重壟斷情況，圖書館每年要花費高昂的成本購買各種數據庫，完全處于劣勢地位。另外，數字圖書館由于管理理念、體系架構、服務機制的不同，缺乏信息資源的合作，造成顯著的“信息孤島”現象［2］。因此，解決數字資源壟斷以及打破“信息孤島”現象，實現數字資源自由流通與共享仍是當前數字圖書館發展中需要解決的問題。

區塊鏈概念一經提出，就受到社會各界的關注，已是目前信息技術發展最前沿應用。目前,區塊鏈技術應用已從貨幣金融領域擴展到醫療衛生、教育、文化等領域。本文將區塊鏈技術與數字圖書館相結合，利用公有鏈、私有鏈以及聯盟鏈構建高校圖書館數字資源共建共享整體架構，分析圖書館數字資源的購買方式以及資源安全共享的有效途徑，以期為解決數字資源建設問題提供新思路。

2 區塊鏈技術概述及其在圖書館領域應用的研究

2.1 區塊鏈技術概述

2008年，中本聰發表的論文《比特幣：一種點對點的電子現金系統》［3］中首次提出區塊鏈的概念。區塊鏈涉及數學、密碼學、互聯網和計算機等多種學科，是分布式數據存儲、時間戳、共識機制、非對稱加密算法、智能合約等計算機技術的新型應用模式［4］。相比其他的信息技術，區塊鏈技術具有去中心化、去信任化、匿名性、安全性、開放性、不可篡改等特征［5］，它實現了不需要一個中心機構或者第三方監管機構來協調、驗證交易活動，能夠在多利益主體參與的場景下以低成本的方式構建信任基礎。也正是區塊鏈的這些特性能為數字資源建設與共享帶來新思路。

目前，區塊鏈技術按照開放程度可以分為公有鏈、私有鏈、聯盟鏈等類型［6］。公有鏈是指任何個人或團體都能自由參與，且能夠獲得區塊鏈的有效確認，任何人都可以參與其共識過程；私有鏈的寫入權限僅限于組織內部，可以是一個公司，也可以是個人，讀取權限有限開放；聯盟鏈的參與主體由構建區塊鏈群體內部指定，其他任何人可以通過區塊鏈開放的API進行限定查詢。

2.2 區塊鏈技術在圖書館領域的研究與應用

目前，圖書館領域不少學者針對區塊鏈做了一系列研究與探索。區塊鏈雖然誕生于貨幣金融領域，但區塊鏈技術在圖書館領域同樣也有發展潛力且優勢明顯，“圖書館+區塊鏈”是發展的新方向［7］。牛勇等人基于區塊鏈從數字資源、紙本資源、知識產權角度分析圖書館的資源建設［8］；柳子琳等人探討了區塊鏈技術對于個人信息保護的適用性［9］，并且能幫助圖書館移動用戶行為大數據挖掘實現從網絡信息服務向價值服務的轉變［10］,進一步推動圖書館服務升級［11］。

從具體的應用層面看，張忠林等人分析了區塊鏈技術在信息共享、版權保護、身份認證、資源存儲、網絡眾籌五大應用場景［12］?？梢妼W者針對區塊鏈技術在圖書館各業務領域的應用進行了積極探索，涉及圖書館的各個方面。在服務方面，學者探討了圖書館基于區塊鏈技術閱讀云平臺的構建［13］、智慧閱讀平臺的構建［14］、智慧服務的應用［15］、隱性知識采集［16］、機構數據庫中的應用［17］；在資源共建共享方面，學者探討了基于區塊鏈的高校圖書館館藏資源建設［18］、文獻采購［19］、電子書出版交易［20］45、基于聯盟鏈的信息資源共享［21］；在信息保護方面，學者探討了基于區塊鏈技術數字版權管理［20］46、用戶隱私保護［22］等方面的應用。

上述研究成果為研究區塊鏈技術在高校圖書館數字資源共建共享的應用提供了借鑒，但現有關區塊鏈技術的數字資源共建共享方面研究在整體上較為分散，沒有將圖書館數字資源的建設與共享結合起來研究，本文將高校圖書館數字資源的建設與共享相結合，構建圖書館數字資源共建共享整體架構，為數字圖書館的建設提供新思路。

3 基于區塊鏈技術的高校圖書館數字資源建設

本文將區塊鏈技術與數字圖書館相結合，構建高校圖書館數字資源建設的整體架構（如圖1所示）：該架構從數字資源的公有鏈、高校圖書館私有鏈以及高校圖書館的聯盟鏈三個方面進行研究。

圖1 高校圖書館數字資源建設的整體架構

3.1 數字資源公有鏈

數字資源公有鏈是用于整合高校圖書館的數字資源信息。公有鏈去中心化的特點，可以實現作者直接與圖書館完美對接，圖書館可以通過區塊鏈實現“圖書館-作者”購買模式（如圖2所示），向作者直接購買，無須任何第三方的參與。作者在完成創作后，可自行上傳至公有鏈。公有鏈基于智能合約技術對其內容、格式、結構以及版權等進行審查，對于審查不通過的予以退回，并告知作者，以保障數字資源質量。對于審查通過的資源進行版權登記確認，資源登記確認后自動傳輸給知識產權管理部門備案，并將資源加蓋時間戳存儲在數字資源數據庫中。

圖2 “圖書館-作者”購買模式

3.2 高校圖書館私有鏈

私有鏈具有完全中心化的特點，適用于機構內部數據管理，中心機構控制寫入權限，選擇性對外開放讀取權限，并且能夠防止數據被篡改。高校圖書館私有鏈數字資源管理機制如圖3所示。

圖3 高校私有鏈數字資源管理機制

將購買的公有鏈數據庫中的數字資源加密上傳至高校圖書館私有鏈上，寫入權限歸高校圖書館所有。同時，圖書館還可以通過智能合約選擇性地對資源使用者開放讀取權限。如高校圖書館可以選擇僅對本校師生開放讀取權限，或者對全體社會人員開放讀取權限等。用戶接入圖書館私有鏈首先進行權限驗證，符合圖書館開放讀取權限的用戶持密鑰和私有鏈上的元數據向高校圖書館中心機構發送請求，中心機構通過對請求中資源信息解密并在數據庫檢索，之后將真實資料提取給用戶。另外，高校圖書館還能將使用本館數字資源用戶的相關行為數據存儲在私有鏈上，這些數據包括用戶檢索數據、瀏覽數據、下載數據等。這些行為數據指導本館館藏資源采購、管理，是圖書館大數據分析的基礎。通過對用戶的行為數據分析，為用戶提供更好的個性化服務。

3.3 高校圖書館聯盟鏈

聯盟鏈的參與主體由構建區塊鏈群體內部組織或個人確定，通過確認后的新節點才能加入聯盟鏈，它具有部分中心化的特點。過多的高校圖書館加入聯盟鏈會影響聯盟鏈整體運行效率，因此可以按照地域劃分選出每個地域具有代表性的高校作為高校圖書館聯盟鏈的成員。為保證數字資源安全共享，高校圖書館將數字資源的元數據上傳至聯盟鏈上，將真實數字資源儲存至數據庫。其他高校圖書館要獲得該數字資源，需要通過身份認證之后發送請求至數字圖書館聯盟服務層，服務層通過對請求中資源信息解密生成哈希值，根據哈希值在數據庫檢索，獲得真實數字資源存儲位置，提取資料，整理傳給需求方，從而獲取真實數據資源，再將真實數字資源存儲在高校圖書館私有鏈上，有效保障數字資源在高校圖書館間安全共享。其數字資源共享過程如圖4所示。

圖4 數字圖書館資源共享過程

4 模型優勢分析

4.1 擴大數字資源來源，降低采購成本

該模型利用區塊鏈技術實現圖書館直接向作者購買數字資源，圖書館充當了為讀者實現聯合資源購買的角色。同時，公有鏈開放性的特點能夠有效擴大數字圖書館數字資源的來源量，并且利用智能合約技術有效保證資源質量，更好地為讀者服務。圖書館可以根據本館的特色購買特定的資源，打破傳統“打包”購買模式，降低了圖書館采購資源的成本。此外，數字圖書館還可以從數字圖書館聯盟鏈獲取本館所需數字資源，無須采購，只要按照聯盟鏈上的協議進行操作即可，極大降低了圖書館的采購成本。

4.2 保護數字資源版權，保障所有者權益

該模型利用區塊鏈技術能夠很好地解決數字資源版權問題。首先，不管是接入公有鏈的作者、接入高校圖書館私有鏈的用戶還是接入高校圖書館聯盟鏈的高校，其身份信息必須公開透明，且不可篡改，保證了身份信息的真實性和準確性。其次，作者提供的數字資源在進行版權確認登記后，所有用戶均可見版權信息，保證數字資源版權的獨特性與權威性。另外，通過時間戳保證鏈上數字資源可追溯，避免重復資源的上傳登記以及傳統資源交易中出現的版權糾紛問題，從而保障資源所有者權益。最后，在私有鏈和聯盟鏈上，只有被授權的用戶才能通過密鑰解密出真實資源，獲取真實數字資源，有效保護數字資源版權。

4.3 保障數字資源安全性

數字資源的安全性體現在數字資源的完整性、不可篡改性等方面。區塊鏈采用分布式存儲技術能夠實現圖書館數字資源多重備份，這樣極大保證了數字資源的完整性。另外，區塊鏈上出現的交易信息均是由建立在非對稱加密算法之上的分布式共識機制來完成的，使數據信息一旦寫入就無法篡改。而私有鏈和聯盟鏈真實數據資源訪問開放權限由高校圖書館和聯盟鏈成員控制，沒有其授權信息無法從數據庫提取出真實數據資源，從而保證了數字資源的安全。

4.4 保障館間元數據互操作性

數字圖書館元數據互操作性是指由不同的組織制定與管理且技術規范不盡相同的元數據環境下，要向用戶提供一個統一的數據檢索界面，確保系統對用戶的一致性服務［23］。而該模型中的聯盟鏈很好地解決了這一問題。聯盟鏈中的數據共享是通過哈希值來進行的，查找真實數字資源位置是通過哈希值計算來識別對應交易區塊的。哈希值能夠將不同描述體系的元數據統一起來，實現不同元數據體系下元數據之間的交換。這就使得異構圖書館元數據方面達成統一標準，保證數字圖書館館間互操作性，從而打破“信息孤島”現象。

5 結語

本文基于區塊鏈技術構建了圖書館數字資源建設共享整體架構，利用區塊鏈分布式存儲、共識機制、智能合約等技術以及去中心化、不可篡改等特點，滿足作者與高校圖書館資源之間購買關系需要以及高校圖書館和資源使用者之間、高校與高校之間的數字資源自由流通、安全共享，打破“信息孤島”。