基于聯盟鏈的學科化聯合服務機制設計

欒旭倫

（淮陰師范學院圖書館 江蘇淮安 223300）

經多年發展，學科化服務已經成為高校圖書館支撐雙一流學科建設、助力科研、支撐教學、輔助人才培養的重要載體。依托先進的技術和創新的服務理念，學科化服務逐步從資源支撐服務向嵌入科研、嵌入學習過程的個性化智慧服務過渡。嵌入式服務體系、個性化服務體系、泛學科化服務體系等新的學科服務模式為促進高校的學科發展不斷助力。大科學時代，高校圖書館的學科服務面臨高速發展的機遇和挑戰：不斷涌現的新技術為學科館員更好地理解讀者需求、更便捷地開展有效服務提供了先進的服務手段；學科館員自身知識的局限、知識儲備的不足以及崗位重復設置等問題又會導致讀者滿意度下降，對學科服務提出了新的挑戰。

1 學科服務面臨的新挑戰

學科服務的效果很大程度上取決于學科館員的業務能力，學科服務的專指度、學科服務與用戶需求的契合度、用戶滿意度均依賴于學科館員的服務能力和業務能力。當下科學正由單學科時代不斷走向綜合化、整體化、融合化時代，多學科綜合化趨勢凸顯，學科交叉、學科融合研究成果層出不窮。多學科綜合化趨勢對當前以單一高校、單一學科服務為依托的學科服務模式提出了新的挑戰。

1.1 學科館員設立制度存在不足

跨學科、多領域的研究需要與之匹配的多學科相融合的服務進行支撐。受學科館員學科背景單一、數量有限等因素影響，各高校在學科服務中多采取重點學科設置具有專業學科背景的專職學科館員，其他學科設置兼職學科館員的模式。在學科服務過程中，兼職學科館員多以校內教師、研究人員等為主。兼職學科館員作為專職學科館員的補充，部分解決了學科館員數量不足的問題，然而受兼職學科館員無圖書情報學科背景、服務時間不確定等因素影響，在服務深度和用戶滿意度上有所欠缺。學科館員設置的不科學、不充分，不利于高校相關學科的深入發展。

1.2 學科聯合服務趨勢凸顯

隨著國家、省市雙一流建設及扶持政策的不斷落地，各高校在不同的特色領域和方向朝雙一流目標不斷邁進。立足自身信息資源優勢、圖書情報人才儲備優勢，打造重點學科服務團隊，提供學科服務保障，服務重點學科發展是高校圖書館融入學科發展過程、實現自我價值的重要途徑。然而大科學時代學科間不斷交叉融合趨勢凸顯，跨學科研究、跨國合作研究等項目不斷增多。對于涉及不同學科、不同高校、不同國家的研究項目，往往需要立足不同的項目需求，以學科為紐帶組建跨校、跨學科服務群，利用諸多學科館員的群體智慧，取長補短、各取所需，進行學科聯合服務。

2 區塊鏈技術優勢分析

解決高校圖書館學科館員重復設置、無效設置等問題，需要一個平等合作、去中心化、可追蹤溯源、可實時合作共享、能保護用戶隱私的學科化聯合服務平臺。通過聯合服務平臺，充分發揮各學科館員的專業優勢，為用戶提供滿足其信息需求的學科服務。借助于區塊鏈技術透明度高、去中心化、保護隱私、可追蹤數據來源、自動執行、點對點數據共享、數據存儲安全等特點，可以為學科化服務提供技術上的解決方案。

2.1 服務效率高

區塊鏈作為一個去中心化賬本系統，記賬由不同的節點合作完成。每一個節點都記錄完整賬目，所有節點共同參與監督、維護更新賬本。學科化聯合服務中，可將讀者的需求作為一個區塊鏈條，由位于不同高校具有不同專業學科背景的學科館員作為獨立區塊來共同參與完成用戶委托項目。學科館員可從用戶委托出發，依據自身專業學科背景對用戶需求進行整理并將其打包為區塊同步發送給鏈條內其他學科館員。參與服務的學科館員節點進行信息內容核查并確認無誤后，將該區塊內的需求信息記錄到自己的賬本。基于區塊鏈特性，參與合作的每一位學科館員區塊均完整地保留了當前需求信息[1]33。學科館員在服務中，可基于當前服務狀態進行內容更新和完善。聯合服務能夠有效提升學科化服務的科學性和完整性，同時實時更新當前服務狀態，避免重復勞動提升服務效率。

2.2 服務精準度高

作為一種分布的鏈式存儲結構，區塊鏈的每一個鏈條均存儲了當前數據信息和前一區塊的Hash值，各區塊之間通過Hash值首尾相連形成一個邏輯上統一的服務鏈條。學科聯合服務中，更新或修改某一區塊信息時需要向整個鏈條進行廣播并得到其他區塊同意方可完成。若參與服務的學科館員發現信息有誤，可將信息進行更新并打包成區塊進行廣播，其他區塊接收到更新請求后與當前自己所在區塊內的信息進行比對，若有誤則不被承認，內容寫入不了區塊；若正確，則共識通過，信息被全體區塊接受并進行更新。利用聯盟鏈的分布式特性[2]，可以確保參與的每位學科館員全程共同監督服務內容，確保提供給用戶的信息準確無誤。利用群體智慧，從根本上提升學科服務的深度與精準度。

2.3 個人信息安全有保障

區塊鏈采用非對稱加密和授權技術，通過公鑰和私鑰對信息進行加密解密。在區塊鏈中，用戶身份信息被加密保護，只有在數據擁有者合法授權的情況下才能訪問。身份授權機制有效保障了服務信息和個人隱私的安全。基于聯盟鏈的學科化聯合服務，通過授權授予不同用戶不同鏈條的訪問權限；利用數據隔離機制[3]，確保用戶只能訪問自己所在項目的內容。授權機制、數據隔離機制可以有效地保護服務內容，杜絕信息惡意訪問和使用。

2.4 流程公開透明

區塊鏈不依賴于第三方，通過智能合約自動執行參與服務的多方達成的代碼協議。基于區塊鏈的學科化聯合服務中，參與聯合服務的學科館員可以根據需要，以代碼的形式擬定服務條款、約定權利和義務，并通過私鑰對相關條款進行簽名以確保合約的有效性。確定好的合約條款通過P2P方式在區塊鏈網絡中擴散，參與合作的學科館員收到信息后，在共識時間內進行節點驗證。如驗證通過，則將驗證后的合約寫入區塊并參與后續學科服務。若參與合作的學科館員認為條款不合理，則合約不通過，發起聯合服務的一方需修改相關條款直至達成多方共識。達成共識的合約集以區塊形式擴散全網并可自動執行[1]96。智能合約由參與合作的各高校圖書館學科館員共同參與、共同擬定，全流程公開透明、全過程平等互利。

3 區塊鏈技術應用分析

作為一種去中心化、分布式數據存儲、自動執行共識機制、點對點傳輸的計算機應用模式，區塊鏈技術在其發展過程中，分化出了公有鏈、聯盟鏈、私有鏈三種模式應用。

3.1 公有鏈

公有鏈是一種全公開透明的區塊鏈技術。在公有鏈上，任何團體和個人均可讀取和發送數據，任何人都可參與區塊鏈工作中的共識過程。作為一種全分布式區塊鏈，公有鏈完全去中心化，系統代碼全開源。因全公開透明，公有鏈在安全性方面較弱，容易受到攻擊[4]。共識機制方面，因參與方身份多樣，在互為陌生的網絡環境中達成共識機制成本較高。為激勵各方積極性，公有鏈通常還需設定一定的經濟激勵機制，否則用戶活動度不高。在學科化聯合服務中，提倡各取所需，互惠互利，同時服務中應有效確保服務對象的隱私，保障信息安全服務。從安全性角度，公有鏈不適合在學科化聯合服務中進行應用。

3.2 私有鏈

私有鏈是一種全封閉的區塊鏈應用技術。在私有鏈中，參與服務的節點僅限定在有限的范圍內，其數據讀取和訪問有嚴格的管理規定。鏈條上記賬權不公開，由個別用戶獨享。私有鏈可有效確保信息安全，有效追蹤數據來源。學科化聯合服務中，為提高服務效率，充分發揮參與合作學科館員的學科背景優勢，進行跨校合作、聯合服務是重點，僅限于內部公開的私有鏈存在一定的缺陷，不適合在學科化聯合服務中進行應用。

3.3 聯盟鏈

聯盟鏈是一種半公開的區塊鏈應用技術，僅針對特定組織或個人開放。工作中，聯盟鏈內每個區塊的生成可以由預先選定的記賬人共同決定，其他節點可以參與交易但沒有記賬權。在結構上，聯盟鏈采取“部分中心化”方式將節點控制在參與聯盟鏈的有限數量機構。聯盟鏈中，節點間具有一定的信任，不需要激勵機制，較易達成共識機制。聯盟鏈可采用基于通道方式的數據隔離機制，提供具有隱私保護的數據共享。在學科化聯合服務中，因參與服務的各高校圖書館學科館員身份確定，可高效率達成共識并建立互信機制；安全性方面，在服務中可依據不同的需求組建不同的跨校學科服務團隊，開辟不同的服務鏈條。通過基于通道方式的數據隔離機制和加密算法，可提供基于隱私保護的信息共享；此外，聯盟鏈上的讀寫權限、記賬權限、訪問權限可以按聯盟規則由多方協商制定，能極大調動參與服務的學科館員積極性。從應用場景看，聯盟鏈適合在學科化聯合服務中進行應用。

4 基于區塊鏈的高校圖書館學科化聯合服務基礎架構設計

4.1 基于聯盟鏈的高校圖書館學科化聯合服務技術架構

基于聯盟鏈的高校圖書館學科化聯合服務在技術架構上主要由存儲層、網絡層、聯盟鏈核心層、服務鏈條管理層、查詢層、管理層6部分組成[5]（見圖1）。

圖1 基于聯盟鏈的高校圖書館學科化聯合服務技術架構圖

（1）存儲層：聯盟鏈存儲分為邏輯存儲和物理存儲。鏈條式結構中服務信息被打包成區塊，每一區塊均存儲用于驗證上一區塊有效性的Hash值，各區塊通過Hash值在邏輯上進行關聯并形成服務鏈條。鏈條內，不存儲實際的數據信息，僅存儲服務信息地址Hash值。為確保有效訪問，可通過數據庫存儲相關服務信息，并以鏈條區塊當前Hash值設置數據庫主鍵，進而實現邏輯結構與物理存儲的有機關聯。為提高區塊查詢效率，可以采用Bloom Filter索引結構[6]來實現對數據的高效過濾和搜索。

（2）網絡層：基于聯盟鏈的高校圖書館學科化聯合服務中，不同學科的學科館員分屬不同高校，隸屬于不同的服務網絡。通過網絡層，對不同的網關進行底層邏輯融合，構建底層聯盟鏈網絡，邏輯上形成虛擬P2P網絡開展跨校跨學科聯合服務。

（3）聯盟鏈核心層：聯盟鏈核心層是進行學科化聯合服務的技術核心。實現聯盟體系內不同學科館員依據項目需求的動態加入和靈活退出；負責共識機制達成與智能合約執行；負責對鏈條內信息存儲進行加密，在數據安全的前提下確保只有授權的用戶可以訪問；采用數據隔離機制，將不同的服務項目隔離在不同的服務聯盟鏈條上以防止數據泄露；對參與合作的學科館員進行秘鑰管理，負責數據的加密解密處理。

（4）鏈條管理層：基于聯盟鏈的學科化聯合服務，依據不同的服務項目建立不同的服務鏈條。因服務項目的交叉性和跨學科性，實際工作中跨鏈條服務必不可少，鏈條管理層可依據委托項目及研究進度進行靈活的鏈條合并及跨鏈、斷鏈處理。項目完結后，為確保安全，可進行鏈條銷毀或斷鏈處理。為后續參考需要，經用戶同意后可將具有參考價值的鏈條內容進行物理存儲。

（5）查詢層：為提高訪問效率，平臺提供相應的數據查詢功能。通過該功能，委托用戶可定位相關項目并查看服務內容；管理員可查看館員參與的聯合服務項目明細。此外，查詢層還提供服務鏈條查詢，依據服務內容定位相關鏈條，減少跨鏈查詢復雜度。

（6）管理層：管理層主要包括成員管理、訪問管理、合約管理、服務管理等功能。通過管理層，利用秘鑰對訪問用戶進行身份授權；利用數據隔離機制、訪問控制對用戶的訪問內容進行限制；通過合約管理，對各學科館員達成的合約進行維護。此外，管理層還應為參與服務的學科館員提供網絡自適應配置，確保學科化聯合服務有序開展。

4.2 智能合約設計

智能合約是一種由合約參與方共同參與擬定，以代碼形式進行編寫并在滿足一定條件下被計算機自動執行的相關代碼協議。基于聯盟鏈的學科化聯合服務中，可將用戶分為四類：服務委托者、內容訪問者、委托者所在學校學科館員、參與合作的其他高校圖書館學科館員。智能合約將四類用戶轉換成聯盟鏈中的智能合約制定方，并將合約通過P2P網絡擴散至相關服務鏈條并存入聯盟鏈。在智能合約數據結構體中[7]，可設計服務需求數據結構體、學科館員數據結構體、聯合服務數據結構體、內容訪問數據結構體四類[8]。

4.2.1 服務需求數據結構體

用戶依據自身的研究項目將不同階段的信息需求進行描述，其所在高校圖書館學科館員依據用戶的委托信息將需求以代碼的形式進行呈現。用戶在不同的研究階段存在信息需求不同、多個用戶參與同一項目等情況，學科館員要及時根據用戶的信息需求靈活調整代碼（見表1）。

表1 服務需求數據結構體

4.2.2 學科館員數據結構體

為提高服務效率，信息需求用戶所在高校圖書館學科館員可設為預先選定的記賬方并享有記賬權。服務中信息需求用戶所在高校圖書館學科館員注冊為聯盟鏈管理員，獲取公鑰和私鑰。其中，公鑰為學科館員在聯盟鏈上的賬號地址，私鑰為學科館員操作賬號的唯一憑證。聯合服務中，其他高校圖書館學科館員進行聯盟用戶注冊并由聯盟鏈條管理員授權參與相關服務鏈條，在邏輯上與記賬方形成學科服務聯合體。各學科館員根據用戶的信息需求，商定服務承諾并分別用各自的私鑰對承諾進行簽名并達成共識。服務中，參與服務的各學科館員依據自身的學科專業優勢，將相關數據來源、摘要、日期等信息一并上傳至IPFS，并將得到的唯一Hash值記錄在相關服務鏈條中。學科館員數據結構體主要字段如表2所示。

表2 學科館員數據結構體

4.2.3 聯合服務數據結構體

基于聯盟鏈的學科化聯合服務中，參與服務的其他高校圖書館學科館員通過查詢相關服務鏈條編號對當前服務狀態、服務內容進行查詢，并依據自身學科背景對相關內容進行判定，如發現信息有誤則通知記賬方進行更正；如發現服務內容有所欠缺則調用智能合約并上傳相關內容對當前服務內容進行補充。聯合服務中，系統自帶的智能合約機制定期檢查自動機狀態及觸發條件，判斷所屬智能合約當前狀態。當合約所有事物都執行完畢后，狀態機將合約狀態標記為完成，并從該服務鏈條中移除合約。聯合服務數據結構體主要字段如表3所示。

表3 聯合服務數據結構體

4.2.4 內容訪問數據結構體

用戶可以輕松獲取所需信息是學科化聯合服務價值的體現。聯盟鏈中，記賬方提供賬戶地址供用戶進行內容訪問。用戶發出訪問請求后，記賬方依據用戶是否具有訪問權限決定是否授權。獲取授權后，用戶可訪問基于自身委托的學科化聯合服務內容。為保護用戶隱私采用數據隔離機制，確保用戶僅能訪問基于自身委托的服務內容。內容訪問數據結構體如表4所示。

表4 內容訪問數據結構體

5 學科化聯合服務開展途徑

5.1 厘清與圖書館常規業務的關系

高校圖書館通過開展學科化聯合服務，滿足用戶的學科化信息需求。基于聯盟鏈的學科化聯合服務是對圖書館原有服務項目的有效補充，同時也是對圖書館現有業務流程的有效完善。以文獻傳遞為例，聯合服務中為保護知識產權，其他高校圖書館學科館員提供的服務信息可能是摘要或題錄，如用戶需獲取原文則需要所在高校圖書館學科館員通過文獻傳遞等途徑予以進一步服務。聯合服務中可以在不涉密及不侵犯用戶隱私的前提下，對服務信息進行數據挖掘，分析當前圖書館資源建設存在的薄弱環節并在今后的工作中進行優化。

5.2 明確權利與義務

跨校組建學科服務團隊開展學科聯合服務，是對圖書館現有學科服務模式的一種有效補充。受參加聯合服務的高校學科發展水平、學科館員服務能力等因素限制，學科力量強的高校圖書館學科館員可能會付出更多的勞動，進而存在一定程度上的權力和義務不對等。在聯合服務中，如何在共識機制環節通過協商確保學科館員的勞動價值得到充分體現，是保障學科化聯合服務健康有序開展的關鍵。

5.3 提升學科館員綜合素質

基于聯盟鏈的學科化聯合服務作用的發揮，很大程度上依賴于參與合作的各高校圖書館學科館員的綜合素質和信息服務能力。學科館員應以聯合服務為契機，不斷強化自身業務能力。高校圖書館應以聯合服務為依托，定期牽頭組織聯合服務經驗交流會，為學科館員服務能力的提升搭建職業技能交流平臺。

6 結語

利用聯盟鏈可以設計去中心化的學科化聯合服務機制。通過聯合服務，學科館員將服務信息打包上鏈存入區塊保證了服務信息的科學完備性。利用秘鑰與身份管理機制，確保服務信息的不可篡改和安全性。通過數據隔離，不同的研究項目開辟不同的服務鏈條。不同的用戶具有不同的訪問權限，有效保護用戶隱私。通過智能合約極大減少人為干預，提高服務效率。正確的使用聯盟鏈技術可以充分發揮各高校圖書館學科館員的聰明才智，有助于推動各高校相關學科的發展。