區塊鏈技術在高校圖書館服務中的應用

胡 昕

（南昌醫學院 圖書館，江西 南昌 330004）

0 引言

區塊鏈技術是繼云計算、大數據、物聯網、人工智能之后的又一項顛覆性技術,有望推動信息互聯網向價值互聯網轉變。 近幾年,區塊鏈快速發展并逐漸滲透到金融、政務、物流等領域,日益受到我國政府的重視和關注。 2019 年10 月,習近平總書記在主持中央政治局第十八次集體學習時強調,我們要把區塊鏈作為核心技術自主創新的重要突破口,明確主攻方向,加大投入力度,著力攻克一批關鍵核心技術,加快推動區塊鏈技術和產業創新發展［1］。 2021 年發布的國家“十四五”規劃將區塊鏈列為七大數字經濟重點產業之一,并給出了區塊鏈具體發展目標與方向。 由此可見,區塊鏈已上升為國家戰略。 圖書館服務創新與發展離不開背后各種技術的支撐,如大數據為用戶提供個性化的服務,人工智能將館員從傳統借閱服務向知識服務、智庫服務角色轉變等。 將具有去中心化、開放性、不可篡改、可追溯等特點的區塊鏈應用到圖書館領域,重塑了圖書館與讀者、讀者與讀者之間的信任,為廣大師生提供更加智能、高效、優質的服務,促進圖書館事業轉型和可持續發展。

1 區塊鏈簡介

1.1 區塊鏈發展與概念

區塊鏈起源于比特幣,2008 年中本聰發表了一篇名為《比特幣:一種點對點式的電子現金系統》的論文,該文指出區塊鏈技術是構建比特幣數據結構與交易信息加密傳輸的基礎技術,實現了比特幣的挖礦與交易。2009 年中本聰創建了第一個序號為0 的創世區塊,隨后幾天出現序號為1 的區塊,與創世區塊相連形成了鏈,標志著區塊鏈的誕生［2］。 區塊鏈自誕生以來經歷了3 個發展階段:區塊鏈1.0 可編程貨幣,應用范圍聚集在以比特幣為代表的數字貨幣；區塊鏈2.0 可編程金融,在原有基礎上加入了智能合約,對股權眾籌、產權及支付清算等金融領域提供了更加廣泛的應用場景；區塊鏈3.0 可編程社會,區塊鏈的價值被進一步挖掘出來,逐漸擴展到醫療、教育、保險等社會生活的各個領域。

如何定義區塊鏈,目前尚未形成統一的觀點。 從狹義角度來說,袁勇等［3］認為區塊鏈是一種按照時間順序將數據區塊以鏈條的方式組合成特定數據結構,并以密碼學方式保證不可偽造和不可篡改的去中心化共享總賬,能夠安全存儲簡單、有先后關系、能在系統內驗證的數據。 從技術角度來說,《騰訊區塊鏈方案白皮書》認為區塊鏈是一種由多方共同維護, 以塊鏈結構存儲數據,使用密碼學保證傳輸和訪問安全,能夠實現數據一致存儲、無法篡改、無法抵賴的技術體系［4］。簡言之,區塊鏈是一個由所有參與者共同維護的分布式系統,運用密碼學、分布式共識、時間戳、智能合約等技術,使存儲在上面的數據按照時間順序排列,且安全可信、公開透明、可以追溯。

1.2 區塊鏈特征

區塊鏈是以分布式賬本、共識機制、非對稱加密等多種技術整合的共享數據庫,具有如下特征。 (1)去中心化:區塊鏈上的每筆交易通過多方共識完成驗證后,存儲在分布式節點中,不需要中心服務器或第三方中介機構的參與。 “去中心化”增強了數據的安全性,因為區塊鏈上的數據是由全網節點共同維護并共同存儲,當少數幾個節點遭到攻擊或出現故障,區塊鏈上的數據不會受到影響。 如把圖書館一些珍貴文獻部署到區塊鏈上,可以更好地對其進行保護。 (2)公開透明:區塊鏈是一個開放的系統,除各節點的身份信息被加密以外,區塊鏈上的交易數據對全網節點公開,任一節點都可隨時隨地查詢、下載區塊鏈上的完整數據。 公開透明的特征打通了數據孤島,促進信息資源共享。(3)不可篡改:區塊鏈上的每一個區塊是由區塊頭和區塊體組成,其中區塊頭存儲了上一區塊的哈希值和當前區塊的哈希值,區塊鏈就是按照發生的時間順序,通過相鄰區塊的哈希串連,組合成的一種塊鏈式數據結構。 當改動區塊中的任意數據,當前區塊以及其后所有區塊的哈希值都會發生變化,重新計算需要耗費巨大的計算量,代價極大。 同時,區塊鏈上每一個節點都同步復制了一份數據副本,只要沒有同時控制系統中超過51%的節點,個別節點的數據被篡改是得不到整個網絡認可的。 因此,存儲在區塊鏈上的數據是不可篡改、不可偽造的。 (4)可追溯性:一旦信息經過驗證,就會寫入區塊并加蓋時間戳,使之按照時間順序永久地存儲在區塊鏈上。 由于區塊鏈數據不可篡改,大家可以通過時間這個維度進行追本溯源。

2 圖書館與區塊鏈

2.1 研究情況

2017 年9 月,我國首家區塊鏈主題圖書館在深圳前海蛇口自貿片區揭牌,拉開了區塊鏈在國內圖書館應用的序幕。 與此同時,我國圖書館領域學者積極開展區塊鏈技術在圖書館中的應用研究,圖書館建設方面,周耀［5］構建了分布式館藏資源存儲系統、“智慧閱讀”系統等4 個以區塊鏈為底層技術的智慧圖書館應用系統,不斷推進圖書館智慧化建設；版權方面,秦珂［6］提出基于區塊鏈技術的圖書館數字版權管理有消除版權清理的高成本和復雜性、開辟數字版權價值評估的新路徑等作用,能夠實現圖書館、著作權者、數據出版商等多方利益均衡；資源建設方面,孔繁超［7］認為將區塊鏈應用于開放獲取資源建設具有降低成本、推動共享及提高質量等優勢,并設計了基于區塊鏈的開放獲取資源管理系統,為資源建設提供了新的工具和視角。 其他學者對區塊鏈在圖書館數據庫、服務、空間及場景等方面的應用展開了研究。 可以預見,區塊鏈在圖書館領域擁有廣闊的發展前景。

2.2 對圖書館的影響

伴隨著互聯網技術不斷發展,圖書館信息化程度越來越高,區塊鏈作為數字經濟下新技術基礎設施,對圖書館的影響表現在以下幾個方面。

2.2.1 筑牢網絡安全屏障

圖書館的數據和信息是重要的資源,但在開放的網絡環境下,容易遭受非法控制、惡意攻擊等安全威脅。 區塊鏈是一種去中心化的分布式系統,通過密碼學、共識算法和時間戳等技術,可確保鏈上的數據不可篡改,任何操作都是可以追溯的,保障了圖書館的網絡信息安全。

2.2.2 加快圖書館數字化發展

在數字經濟時代,數字技術豐富了閱讀內容,拓寬了閱讀渠道,打破了時空限制,給大家帶來了全新體驗和極大便利,使得手機閱讀、網絡在線閱讀等數字閱讀越來越受到青睞。 區塊鏈通過新的信任機制,起到改變信息的存儲與傳遞方式、提高資源配置效率等作用,催生全新的數字化產品和服務,為圖書館工作提質增效,注入源源不斷的發展新動能。

2.2.3 助力智慧圖書館建設

智慧圖書館離不開數據支撐,但在建設過程中會遇到數據孤島、數據濫用等問題。 區塊鏈具有公開透明、不可篡改、可追溯等特征,與大數據、物聯網、云計算、人工智能等新一代信息技術共同構建智慧圖書館框架圖,從而實現科技賦能、數據賦能,提升整個智慧圖書館生態之間數據的安全、可信流動,推動智慧圖書館建設與發展。

3 區塊鏈技術在圖書館服務中的應用

吳建中曾說過:“圖書館存在的價值體現在服務及其效益上。”將區塊鏈技術應用于圖書館服務中,支撐圖書館服務透明化、均等化,拓展了圖書館服務內涵、方式和渠道,提升了圖書館服務效能。 例如,在圖書借閱服務中,區塊鏈技術實現了讀者之間通借通還,不僅加快了館藏圖書的流動,而且還為有共同興趣的讀者交流學習創造了良好的機會；在空間服務方面,通過對個人學習空間、研討室等實物空間的區塊鏈密鑰授權,依靠特定的權限控制實物空間的使用權,實現了圖書館空間服務的智慧化［8］。

3.1 科學數據共享

隨著信息技術的不斷發展,數據爆炸式增長,科學研究也由傳統的假設驅動向數據密集型的新科學范式轉變,科學數據在科研中的地位日益提高。 高校老師在教書的同時也承擔著科研工作,在科研過程中產生了大量科學數據,但這些數據分散在個人或研究團隊的手中,沒有充分發揮其應有的價值,造成了科學數據資源的浪費。 為進一步加強與規范科學數據管理,提高開放共享水平,國務院于2018 年印發了《科學數據管理辦法》,明確了我國科學數據管理的總體原則、共享與利用、保密與安全等方面內容；各高校圖書館也積極建設科學數據存儲平臺,收集、管理分散在各處的科學數據,宗旨是為科研工作者提供數據的共享、發現與再利用,促進學術交流,啟發創新思維。 但數據安全、數據版權、個人隱私等問題使得科學數據共享進程相對緩慢。

區塊鏈技術建立了一種全新的信任體系,將科研人員信息及科學數據通過加密算法上傳到區塊鏈后,是永久保存、不可篡改的,后續的下載、傳輸等操作均會留下痕跡。 一旦遭遇到侵權行為,科研人員可通過區塊鏈的時間戳追溯原始數據,進行舉證維權,從而保護了自身的科學數據著作權。 同時,分布式存儲不僅能減輕圖書館服務器存儲、處理數據的壓力,也能防止操作不當丟失數據,造成不必要的損失。 在區塊鏈上,圖書館和科研人員是地位等同的節點,在智能合約的約束下共同維護鏈上的科學數據,圖書館負責管理及編制科學數據索引,方便科研人員檢索；科研人員之間通過點對點的方式傳輸數據,即發送者用對方的公鑰加密發送,同時用自己的私鑰對采用哈希算法的摘要進行加密；接收者用自己的私鑰獲取,用對方的公鑰驗證,保障了傳輸安全,提高了工作效率。 區塊鏈的去中心化、不可篡改、可以追溯等特征保護了個人數據隱私、推動了科學數據共享,增加了科學數據的價值。

3.2 數字資源遠程服務

在網絡信息技術飛速發展的今天,互聯網已日漸成為用戶快速獲取知識和信息的重要渠道。 在這個時代背景下,高校圖書館服務逐漸向數字化方向轉變,資源方面,通過館藏資源數字化、收集整理網絡開放獲取資源、購買數據庫及電子圖書等方式不斷豐富數字化館藏；技術方面,積極開發移動終端App、構建“一站式”智能檢索平臺,以滿足本校師生線上進行科研和學習的需求。 特別是在疫情期間,各高校都停課,師生只能在家中進行科研和學習,數字資源的價值凸顯。 為了保護知識產權,高校圖書館的大部分數字資源服務范圍僅限校園網內,校外師生受IP 地址限制無法使用,影響了他們對圖書館數字資源的有效利用。 因此,數字資源遠程服務是各高校圖書館亟須解決的問題。

校外使用電子資源的條件是要通過身份識別獲取訪問權限,區塊鏈為用戶提供了一種新型信用身份認證體系。 高校圖書館經過審核,將師生信息注冊到區塊鏈上,使其擁有一個在圖書館內外不同場景中使用的電子身份,如借還圖書、遠程訪問、參與圖書館活動等場景。 因為身份信息通過哈希運算,生成一個唯一的不可逆的散列字符串(哈希值),同時通過分布式節點的共識與記錄,確保其匿名且不可篡改,具有較高的隱私性和安全性。 在非校園網環境下,擁有電子身份的師生用私鑰加密登錄信息發送給圖書館系統,圖書館系統用其公鑰解密認證登錄信息后,就可隨時隨地輕松訪問、下載本校圖書館內的數字資源,從而維護了廣大師生平等使用圖書館資源的權益,提高了數字資源的利用率。 如果用戶出現過量下載等違規行為,系統會基于智能合約自動取消該用戶的訪問權限,提升了圖書館的監管能力。 另外,不刪除畢業學生的電子身份,讓他們在以后的工作和學習中可以繼續享受圖書館的資源和服務,體現了圖書館對他們的人文關懷。

3.3 用戶畫像

大數據時代,高校圖書館收集了大量的用戶信息數據。 管理系統中存儲了用戶姓名、性別、專業、職稱等基本數據,各種智能設備獲取用戶在利用圖書館資源和服務過程中產生的諸如借閱、瀏覽、下載及搜索的關鍵詞等行為數據。 這些數據來源多樣,類型復雜,但蘊含著巨大的價值。 為了充分發揮這些用戶數據的價值,高校圖書館首先對用戶的信息數據進行清理、歸約等預處理,然后利用數據挖掘、機器學習等技術,提取用戶的特征信息,貼上相應的標簽,如基本信息標簽、專業標簽、閱讀偏好標簽、情境標簽等,用于構建用戶畫像模型。 高校圖書館通過用戶畫像能夠全面分析用戶群體的愛好、行為等信息,準確把握用戶的現實需求和潛在需求,進而為他們提供針對性的服務。 雖然用戶畫像能優化圖書館服務,提升用戶體驗,但容易出現個人隱私泄露、數據權屬不清晰等問題。

區塊鏈的密碼學和智能合約技術能較好地解決這些問題。 密碼學保障了數據傳輸和訪問安全,它為用戶配備了一對密鑰(公鑰/私鑰),公鑰通過哈希運算,生成了用于數據傳輸的地址標識；私鑰讓用戶享有對個人數據的支配權,他們可根據不同需要設置多重簽名授予或取消他人對其數據的訪問權。 智能合約是部署在區塊鏈上可替代紙質合約的計算機程序,在無中心機構的情況下,它會根據參與主體預先規定的條款和條件來判斷該數據是否屬于用戶的隱私數據。 如果不屬于則自動獲取,節省了工作人員的時間；如果屬于則需向用戶申請授權后才可獲取,有效防范了個人數據的泄露、濫用等違規行為。 同時,基于分布式共識算法和時間戳等技術,讓圖書館利用用戶數據過程公開透明、不可篡改,并可隨時追溯,提升了用戶的信任感。因此,把區塊鏈技術運用到用戶畫像,更好解決了用戶信息數據的合理使用和隱私保護之間的矛盾,在用戶隱私得到有效保護的前提下推進圖書館服務定制化、精準化、高效化。

4 結語

科學技術是第一生產力,區塊鏈與大數據、人工智能等信息技術融合發展,滲透到數字金融、物聯網、智能制造、醫療等多個領域,新業態、新模式不斷涌現,給傳統行業發展帶來了新思路、新理念。 未來區塊鏈在圖書館領域也擁有廣闊的應用空間,但目前技術不成熟,還處于初級發展階段。 因此,未來高校圖書館一要時刻跟蹤區塊鏈發展新趨勢,積極引進和培養具有區塊鏈知識的技能型人才；二要加強區塊鏈技術在高校圖書館的基礎研究,并積極探索在整合配置館藏資源、促進數據共享、構建服務平臺、優化圖書館環境等方面的實際應用,為高校圖書館建設、服務和管理提供新的動力和機遇。