圖書館集成管理系統中的新技術研究

陳旭升

（北京聯合大學，北京 100101）

一、圖書館集成管理系統的新技術

（一）區塊鏈

區塊鏈技術被視為繼云計算、物聯網、大數據之后的又一項顛覆性技術，受到各國政府、金融機構以及科技企業的高度關注。區塊鏈是什么，在學術界沒有標準定義，區塊鏈可以理解成一群認同并遵守這個規則的人共同記錄連續信息的方式。從概念上看，區塊鏈具有三方面含義：一是區塊鏈是一種數據塊；二是用于記錄數據；三是一種記錄方式和結構。通俗理解區塊鏈就好像是數據庫的一個賬本，記載著所有交易及交易過程。

區塊鏈作為IT 基礎設施，具備五個基本特征：去中心化，不存在中心化的硬件或監管機構，交易無需中介；自治性，采用基于協商一致的規范和協議，所有節點均能在去信任的環境中自由安全通信，運轉無需人工干預，人為干預不起決定作用；安全可信，采用非對稱加密技術對交易數據加密，并采用工作量證明機制等保證數據不可篡改、不可撤銷；公開透明，每個節點都可有一份完整的區塊鏈，區塊鏈的數據對全網公開，可通過公開的接口查詢，區塊鏈軟件也是開源的，打破了信息不對稱；匿名性，區塊鏈上的交易無須知道雙方實際身份，也很難將賬戶與賬戶所有人關聯起來

區塊鏈有三個版本，最終區塊鏈3.0 版本超越了貨幣、經濟和市場等應用范圍，是新的高效的活動組織模式和社會治理模式。區塊鏈3.0 通過去中心化的社會公共項目，將更深入地影響人們的生活，并形成區塊鏈自洽組織和區塊鏈自洽公司，以至區塊鏈大社會。

按照面向的服務群體范圍不同，區塊鏈被分為三類：公有區塊鏈、聯合（行業）區塊鏈、私有區塊鏈三類。依據區塊鏈的分層架構，利用區塊鏈的不同版本和類型，可以構建多種應用，信息資源共享是其重要的應用之一。

（二）區塊鏈技術

區塊鏈技術，簡稱BT（Blockchain technology），也被稱之為分布式賬本技術，簡單地說，“區塊鏈技術是一種公開透明的、去中心化的數據庫”。區塊鏈技術的應用空間非常巨大，區塊鏈技術因其安全、便捷的特性首先得到了銀行與金融業的關注，目前走入了各個應用行業中。

二、區塊鏈技術在高校圖書館集成管理系統上的適用性

高校圖書館集成管理系統是一個自動化系統，以后臺數據庫為中心，其安全穩定運行依賴于后臺中心數據庫。在支持客戶機/服務器（Client/Server）訪問模式下，重點部署瀏覽器/服務器（Browser/Server）模式訪問，支持多種瀏覽器。一個系統內必須涵蓋采訪、編目、典藏、流通、期刊、管理等所有業務，是完整的一體化整合業務系統，繼而此系統還可以兼顧智慧圖書館的需要，展現新書推介，電子圖書借閱、瀏覽，論文查重等功能。

高校圖書館集成管理系統管理的數據信息要被信任、需要保證安全，并且數據和電子信息要有回溯性，電子信息的提供者還有信息產權的問題。區域鏈技術實質上是一種新型的數據庫技術，區塊鏈主要解決了交易的信任和安全問題，區塊鏈上的區塊都標有時間戳記，提供了數據和信息的回溯功能，區塊鏈技術適用于高校圖書館集成管理系統，區塊鏈技術針對如上問題提出了多個技術創新。

第一個稱為分布式賬本，就是交易記賬由分布在不同地方的多個節點共同完成，而且每一個節點都記錄的是完整的賬目，因此它們都可以參與監督交易合法性，同時也可以共同為其作證，避免了單一記賬人被控制或者假記錄的可能性，保證了賬目數據的安全性。傳統的中心化記賬方案，沒有任何一個節點可以單獨記錄賬目，這種分布式賬本更適合于多校區圖書館業務的集成化管理，也適用于館際互借的相關業務工作。

第二個稱為非對稱加密和授權技術，存儲在區塊鏈上的交易信息是公開的，但是賬戶身份信息是高度加密的，只有在數據擁有者授權的情況下才能訪問到，從而保證了數據的安全和個人的隱私。

第三個稱為共識機制，就是所有記賬節點之間怎么達成共識，去認定一個記錄的有效性，這既是認定的手段，也是防止篡改的手段。區塊鏈提出了四種不同的共識機制，適用于不同的應用場景，在效率和安全性之間取得平衡。以比特幣為例，采用的是工作量證明，只有在控制了全網超過51%的記賬節點的情況下，才有可能偽造出一條不存在的記錄。當加入區塊鏈的節點足夠多的時候，這基本上不可能，從而杜絕了造假的可能，保障了數據的真實性與可靠性。

第四個技術特點叫智能合約，智能合約是基于這些可信的不可篡改的數據，可以自動化的執行一些預先定義好的規則和條款。以圖書借閱過期處罰為例，如果說每個人的信息都是真實可信而且全面，那就很容易地在標準化的管理系統中，去進行自動化的賠償。

最后區塊鏈每條記錄從后向前有序鏈接起來，很容易就具備了數據回溯功能，能更好地保障圖書館資源的知識產權。區塊鏈將操作數據、原始數據與電子圖書信息數據動態地融合成一個整體，有效地解決了數據相分離的問題，維護了圖書館數據及信息管理的完整性。

把區域鏈技術應用于圖書館系統已經有了相應開端，早在2017 年美國政府就撥款10 萬美元進行研究，希望將區塊鏈技術應用于圖書館系統。我國借助區域鏈的概念和技術，產生了一個叫書巢的私人圖書館。書巢去中心化，所有會員都可以隨時免費借閱。

三、基于區塊鏈技術下的高校圖書館集成管理系統的架構設計

應用區塊鏈技術架構高校圖書館集成管理系統，主要包含點對點網絡設計、加密技術應用、分布式算法的實現、數據存儲的使用等4 個方面，其中點到點網絡可以借助已有網絡環境，只是把點到點的方式應用在已有網絡上，其他3 個方面也依靠區塊鏈技術實現。本架構采用區塊鏈3.0、聯合（行業）區塊鏈標準。

如圖1 所示，從架構設計上來說，高校圖書館集成管理系統可以簡單地分為三個層次，協議層、擴展層和應用層。其中，協議層又分為存儲層和網絡層，它們相互獨立但又不可分割。

（一）協議層

協議層，是最底層的技術。這個層次通常是一個完整的區塊鏈產品，類似于我們電腦的操作系統，它負責維護網絡節點，提供API 函數供上層調用。這個層次是一切的基礎，構建了網絡環境、搭建了數據通道、制定了節點規則。

協議層分成了存儲層和網絡層。數據存儲可以單獨來設計，設計的原則無非是性能和易用性。系統的整體性能，主要取決于網絡或數據存儲的輸入/輸出（I/O）性能，網絡上I/O 性能的優化空間不大，但是本地數據存儲的I/O 是可以優化的。比如可以選擇讀寫性能好的數據庫，如谷歌的LevelDB。

分布式算法、加密簽名等要在實現點對點網絡數據傳送的過程中加以使用，是在協議層中的網絡層次上實現。

存儲層區塊上借閱信息的數據結構完成借閱后，借閱人會收到一張借書單，他需要將這段借閱記錄寫在他的借書單上，至少要包含“輸入值”和“輸出值”；“輸入值”用于記錄圖書、電子資料的有效來源，“輸出值”記錄著圖書、電子資料發往的對象。

剛剛創建的借書單立馬被標記成為“未確認”的借書單，最終成功連接到區塊鏈里的借書單才會被標記為“有效”。

（二）擴展層

這個層面在高校圖書館集成管理系統中，針對的是功能擴展的實現，比如采訪、編目、典藏、流通、期刊、閱覽、管理等可以用功能擴展實現，還可以提供文檔、圖書、電子書、視音頻等信息存儲及分享。特別值得一提的就是大家聽得最多的“智能合約”的概念，這是典型的擴展層面的應用開發。所謂“智能合約”就是“可編程合約”，或者叫作“合約智能化”，其中的“智能”是執行上的智能，也就是說達到某個條件，合約自動執行，比如圖書丟失的自動賠付、電子文獻的自動產權的生成等，目前還沒有比較成型的產品，但不可否認，這將是區塊鏈技術重要的發展方向。

擴展層使用的技術可以包括很多，分布式存儲、機器學習、虛擬現實、物聯網、大數據等技術，都可以使用。

（三）應用層

應用層提供的是應用程序，是人機對話的接口，通過相關的應用程序來訪問及使用高校圖書館集成管理系統。應用程序除了提供常規的客戶端訪問程序作為補充外，最重要的提供基于互聯網的瀏覽器端（Browser）訪問程序，另外提供第三方的應用訪問程序。

編程語言有C/C++、Nodejs/Javascript、Python、Go，針對不同的編程語言，在具體的編碼或架構設計上可能有所差別，甚至很大，但是協議層所使用的技術并沒有太大的變化。

四、結語

本文從區塊鏈和區塊鏈技術的概念入手，介紹了區塊鏈和區塊鏈技術的特點及內容，闡述了區塊鏈技術在高校圖書館集成管理系統上的適用性，最后本文對區塊鏈技術在高校圖書館集成管理系統上的架構設計進行了探討，希望本文能夠為高校圖書館集成管理系統的應用研究提供一些參考和幫助。