區塊鏈視域下智慧圖書館的構建和應用場景

趙 楠

[遼寧省圖書館（遼寧省古籍保護中心），遼寧 沈陽 110167]

區塊鏈技術是繼大數據、云服務、人工智能之后最熱門的技術之一，它是利用分布式數據存儲、點對點傳輸、共識機制、加密算法等計算機技術的新型應用模式。區塊鏈技術最早應用于金融領域，目前作為最安全的記賬方式，已應用于多個生產、生活領域。圖書館作為城市文化服務的重要組成部分，引入區塊鏈技術應用到智慧服務中，有利于解決隱私泄露、知識產權保護、數據存儲去中心化等諸多問題。

1 區塊鏈與智慧圖書館概述

1.1 區塊鏈概述

區塊鏈并非一種單一和全新的技術，而是多種現有技術（如加密算法、P2P文件傳輸等）整合的結果，這些技術與數據庫巧妙地組合在一起，形成一種新的數據記錄、傳遞、存貯與呈現方式。狹義上區塊鏈是一種按照時間順序將數據區塊以順序相連的方式組合成的一種鏈式數據結構，并以密碼學方式保證其成為不可篡改和不可偽造的分布式共享賬本。通俗講區塊鏈就是一種全民記賬方式，區塊鏈系統中每個人都有機會參與記賬，系統把記賬本內容發給系統的每個人進行備份，這樣系統每個人都有了完整的賬本。

區塊鏈實現并建立了分布式信用體系，是現有互聯網的升級，在將來的區塊鏈網絡中，可實現信息傳遞、價值傳遞和信用傳遞。2019年9月24日，習近平總書記強調“把區塊鏈作為核心技術自主創新的重要突破口”“加快推動區塊鏈技術和產業創新發展”。“區塊鏈”作為概念和理論已逐步走進大眾視野，成為社會的關注焦點[1]。

1.2 智慧圖書館概述

20世紀末，隨著科技的發展，圖書館在數字化、信息化和網絡化等方面取得了豐碩的成果。隨著人工智能等新一輪技術革命在全球范圍爆發式發展，各行業不斷探索向智慧化轉型，“智慧社會”初現雛形。黨的十九大報告首次提出建設“智慧社會”[2]，作為智慧社會的重要組成部分，智慧圖書館的建設必將影響圖書館未來的業務結構、管理方式、運行機制以及服務能力，并成為帶動圖書館新一輪轉型發展的動力。2021年3月，《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二〇三五年遠景目標綱要》出臺，明確提出開展智慧圖書館建設，為社會“提供智慧便捷的公共服務”[3]。在國家政策推動指導下，智慧圖書館從研討層面開始推進到實踐層面。

智慧圖書館的概念最早在芬蘭萌芽，由奧盧大學的Markus Aittola等[4]提出，認為智慧圖書館是一個可以不受時間和空間影響的移動圖書館，是一種可以幫助讀者尋找圖書和相關資料的服務。目前，智慧圖書館尚無明確定義，通常認為智慧圖書館通過先進的信息技術打破信息壁壘，創新圖書館服務模式，將以資源為中心轉變為以科學數據和知識服務為中心，徹底實現人與人、人與物、物與物的互聯互通，最終實現按需提供、無線泛在的智慧化管理和服務。當一項服務采用無人方式同樣能夠受到讀者的歡迎，甚至更受讀者歡迎，這項服務就可以稱為智慧服務[5]。圖書館智慧服務通常有以下幾個特點：①共享性。智慧圖書館具有網絡化、數字化的外部特征，通過互聯網技術可將文獻信息與讀者和館員進行互聯，實現信息的共享，使讀者節省更多時間，為館員提供更加快捷的管理，并提供更加優質的服務。②高效性。由于智慧圖書館運用了智能技術，因此在管理流程上更加高效，館員可以把更多精力投入到智慧服務中去。隨著各類圖書館建筑面積的日益擴大，基礎設施、服務體系的信息量和運載負荷也越來越大，這些巨大體量的信息一旦崩潰，就會給圖書館帶來相當大的影響。圖書館需要借助更加靈敏的管理、更加智能的信息系統和更加完善的服務，才能為讀者提供更加綜合的信息服務。③便利性。智慧圖書館是建立在以人為本、公益惠民的理念之上，基于“圖書館+物聯網+云計算+智慧化設備+……”的圖書館，既為館員在智能化和自主化的基礎上實現更高效率的管理，也為讀者提供不受時空限制的便捷服務。④個性化。個性化服務是指針對不同讀者需求提供個性化的推送和定制服務。目前，智慧圖書館可用大數據分析等對讀者的行為路徑進行深層次的統計、挖掘和分析，為不同讀者提供針對性服務，體現了智慧圖書館服務的個性化。

簡言之，智慧圖書館是把智能技術運用到圖書館中而形成的高度自動化管理的數字圖書館，是數字圖書館的最高級別，既不受時空限制，又能被切實感知，通過物聯網實現傳統圖書館智慧化的服務和管理。

1.3 區塊鏈帶來的圖書館服務變革

萬物互聯時代，數據是互聯的基礎。因此，圖書館的智慧服務也是基于爆發式增長的海量資源，實現人與物、物與物的數據交流和傳輸，當然也包括如何使數據能安全、有效、便利地流動起來。2019年武漢大學信息資源研究中心的曾子明等[6]從注重讀者的體驗出發，提出智慧圖書館服務要基于物聯網、云計算、人工智能、區塊鏈等技術，這是區塊鏈首次被提出應用于圖書館行業。利用區塊鏈技術，可以形成安全、穩定、高效的數據，提升傳統圖書館服務方式，實現圖書館的智慧化服務和可持續發展。

2 區塊鏈在智慧圖書館中的契合性分析

2.1 區塊鏈在智慧圖書館中的可用性

圖書館擁有大量的數據資源，數據的采集主要依靠感應器設備、射頻系統等，因此要隨時面臨數據的安全、隱私管理等問題。由于區塊鏈利用密碼學原理，生成的數據塊有高度安全性，因此在智慧圖書館建設中，讀者信息以及圖書館信息資源都可以成為區塊鏈上的數據塊，讓有價值的信息數據流向更高的數據區塊，從而推動資源建設，優化資源利用率。

2.2 區塊鏈在智慧圖書館中的可行性

圖書館數據資源越來越多，數據結構也呈現多樣化，數據信息更加容易暴露。區塊鏈去中心化的管理模式可以實現信息傳遞和資源共享，在節點上生成時間戳，保證了信息的安全性和可靠性，實現非結構化信息的存儲，保證數據的隱私安全，解決數據量大、結構復雜等問題。因此，在智慧圖書館建設中引入區塊鏈，可以突破圖書館智慧服務的困境，并為之注入新活力。

3 基于區塊鏈技術的智慧圖書館構建價值

3.1 實現信息資源的開放共享

區塊鏈的不可篡改性、去中心化分布，實現了分布式數據存貯數據庫，因此在智慧圖書館的建設中可以將內部資源進行調整，將具有特色的館藏資源對館外機構、讀者開放共享，讀者既是傳播的客體也是主體，成為潛在的信息資源傳播者與分享者。

3.2 保證信息資源準確性，提供個性化服務

由于區塊鏈具有分布式記賬技術，可以記錄讀者的閱讀軌跡，并用大數據分析出讀者的真實需求，實現了讀者與圖書館之間、讀者與讀者之間的雙向互動，幫助讀者更快更準地獲取信息資源，提供個性化服務。

3.3 保證智慧平臺的安全穩定

智慧圖書館建設引入區塊鏈的概念能夠保證圖書館系統的穩定性和服務高效性。區塊鏈可完成海量信息的存儲和驗證工作，在保證數據安全的同時，還能將鏈上參與的節點數據進行復制處理，為智慧圖書館建設提供安全穩定的技術保障。

4 區塊鏈技術在智慧圖書館的模型架構及其實現

4.1 模型架構

智慧圖書館是通過對數據的收集、挖掘與分析，找到讀者的行為規律并進行預測，了解讀者真正的需求，實現讀者與圖書館的交互。區塊鏈技術具有去中心化、共識機制、數據安全等特點，保證了數據的安全性和可傳播性，實現讀者群、信息資源、圖書館、服務之間的完美融合，保證了資源利用與知識傳播，更好地為讀者服務[7]。區塊鏈技術應用于智慧圖書館的框架如圖1所示。

圖1 區塊鏈技術下的智慧圖書館框架

4.2 框架分析

4.2.1 物理層

物理層是整個框架結構的最底層，是智慧圖書館軟硬件的集合體，是最基本的物質基礎。主要包括用戶數據系統、業務數據系統、數據庫系統、身份識別系統、無線傳感系統和網絡系統等。業務數據系統、用戶數據系統和數據庫系統是一切數據和數字資源的來源，利用區塊鏈可以使數據更安全、服務更便利，是一切服務的基礎。網絡系統為區塊鏈提供了通信環境，利用網絡可以快速地大連接，使區塊鏈技術在智慧圖書館的應用落地。身份識別、無線傳感系統用于數據的采集和監測，了解讀者在整個圖書館中的動態，便于進行數據分析并實時推動。

4.2.2 控制層

區塊鏈技術可以克服傳統技術的不足，數據控制采用了去中心化和數字加密，實現信息及時更新，保證了數據的安全性和傳播的高效性。管理控制可實現對數據的調度，使得區塊鏈技術完美應用于系統中，讓讀者成為數據的主人。網絡控制采用共識機制，防止數據被篡改，保證數據信息和行為記錄的安全性。將區塊鏈技術應用于智慧圖書館中，將改變傳統的服務模式，實現可持續發展，推動資源的共建。

4.2.3 數據層

數據層是整個架構的核心模塊，由4部分組成，分別是區塊結構、鏈式結構、交易結構和數字簽名。區塊結構里包括了圖書館所有的信息資源，如文本信息、視頻、音頻等，讀者的所有操作記錄如下載、檢索、借閱等也都保存在區塊結構里。交易結構里包含了發送方和接收方的地址、數據索引值、哈希值等，在每次交易結束后都要有數字簽名，保證交易的完整性和真實性。

4.2.4 路由層

區塊鏈技術在智慧圖書館的建設中將改變讀者利用圖書館資源的方式和渠道，實現由集中服務向分散服務的微服務變革。路由層由4部分組成，分別是路由機制、共識機制、傳播機制和校驗機制。網絡結構采用去中心化服務節點，提高了網絡可擴展性，使圖書館和讀者間由服務和被服務的關系變為平等的知識傳播和互動關系。由于有多個節點需要相互達成認可，共識機制保證了節點之間數據的一致性和可認可性。傳播機制可以提升讀者對圖書館的信任度，校驗機制保證了數據的有效性。因此區塊鏈的加入，可以多點資源共享，形成安全有效的知識網。

4.2.5 應用層

應用層是區塊鏈應用的對外表現層，主要服務包括資源建設、智慧借閱、個性化推送、用戶隱私等。區塊鏈技術嵌入到圖書館的業務系統中，可保證系統穩定性強、安全性高、響應快，滿足讀者多樣化需求，有利于圖書館服務的創新。

4.3 實現手段

Fabric是一個功能完善、支持多通道、主要面向企業應用的區塊鏈系統。它采用了帶有許可認證的節點管理方式，經過認證的成員節點可以交互，Fabric制定了一套完整的數據加密傳輸處理機制，可以進一步保護隱私，保證成員數據的安全有效，因此可以基于Fabric建立圖書館智慧管理系統。

區塊鏈的每一個區塊頭上都包含一個哈希值，哈希值能保證數據不被篡改且唯一。通過哈希層層嵌套，將所有區塊串聯在一起形成鏈狀結構，并構成區塊鏈（見圖2）。

圖2 區塊鏈的鏈式結構

用戶可以發送請求到Web服務端（包括應用客戶端和移動客戶端），服務端收到命令后訪問數據庫并調入區塊鏈，將得到的結果返回到Web服務端并展示給用戶。在圖書館運行系統中融入區塊鏈可以去中心化、防篡改，不但保留原平臺的內容，還能提高服務效率（見圖3、圖4）。

圖3 區塊鏈與圖書館業務流程

圖4 區塊鏈與圖書館系統的結合

5 區塊鏈在智慧圖書館中的應用場景

目前，區塊鏈技術在圖書館領域的應用場景主要有數字資源共享、知識產權保護、資源去中心化、數據信息安全保護、用戶共生知識資源等，具體應用場景如下。

5.1 用戶體驗與用戶隱私共存

圖書館為更好地服務讀者，需要深度挖掘讀者信息，包括讀者基本信息、行走路徑、檢索痕跡、閱讀軌跡、下載內容等。讀者出于隱私保護，將信息隱藏，從而不利于圖書館智慧服務的發展，引入區塊鏈技術可以解決這一問題。

區塊鏈技術采用分布式身份認證系統，此系統分為兩部分，一是用戶的ID，此ID是唯一的；二是ID下權威機構為用戶頒布的認證聲明，不涉及用戶的隱私。在分布式網絡中區塊鏈技術可以將每個用戶放在其中，通過共識機制建立信任[8]，用戶通過認證獲取相應的服務，公有鏈上的其他用戶都無法獲取該用戶的隱私信息，從而保證了用戶信息的安全。分布式結構可以是網絡中的任何設備，使得分布式身份認證得以實現。

5.2 數字資源共建去中心化

區塊鏈由多個加密的數據塊組成，連接依靠哈希指針，外界很難篡改，保證了數據的真實性。可以將圖書館自有數據資源或特色數據資源進行上載，在鏈上的其他館可通過自身權限進行下載，不僅可以滿足更多讀者需求，也可以避免資源重復購買，節約了資金。區塊鏈技術的優勢，改變了傳統圖書館統一存儲和傳播的服務方式，而是通過各節點進行傳播和存儲；在用戶訪問過程中，龐大的驗證、審核、保障工作都交由區塊鏈技術進行處理，節省了圖書館的技術開發成本；改變圖書館界資源不均衡現象，推動資源共享，減輕財政負擔。

區塊鏈的加入也會弱化資源在圖書館集中存儲的中心地位，影響用戶對該館服務的評價。為此，圖書館可以選出優秀的節點作為圖書館下一級的資源傳播者，形成母-子節點，將資源傳播給子節點，授權子節點成為知識的傳播者，圖書館發揮管理監督作用，形成區域化、低延時的服務節點群，不僅做到去中心化，也能提高用戶對圖書館的服務評價。

5.3 圖書智慧借閱

傳統的圖書館是圖書借閱的“中轉站”，圖書借閱狀態和借閱情況會受到諸多因素影響，讀者很難實現按意愿、按時間排序申請借閱。區塊鏈可以將每本書的基本信息以及借出時間和歸還時間作為一個節點，讀者都可以訪問該節點信息。若某一讀者想要借某本書，可以查到該書的歸還時間并進行預約，當圖書歸還時，便可以到圖書館這一“中轉站“進行取書，并將自己的借閱時間和歸還時間記錄在區塊鏈里，便于下一名讀者預約。圖書館在整個流程中起到監督管理作用，利用區塊鏈的可追溯性和不可篡改性，最大程度地避免圖書丟失和損壞。

5.4 智慧閱讀與資源生產相互促進

智慧圖書館的服務主要分為兩方面：一是到館的智慧服務，二是互聯網上的智慧服務。在到館的智慧服務中，可以利用5G技術發展AR/VR，將虛擬變成現實。AR/VR突破了傳統的平面閱讀，創造一個視覺、聽覺、觸覺高度逼真的虛擬閱讀環境，為讀者提供良好的空間體驗感。在互聯網的智慧服務中，采用區塊鏈技術可以讓讀者成為一個節點。長久以來，讀者一直是圖書館的服務對象，采用區塊鏈技術后，讀者也可以是服務的提供者，如將自己的心得、資料、數據資源等分門別類上載并設置為公開、非公開或限制公開權限，實現有效管理，只有通過授權才能被其他讀者訪問[9]。節點上記錄了交易的全部過程，增強了讀者互動和交流的意愿，由于每個節點是平等的，真正做到了人人參與[10]，提升了讀者的參與度。因此在智慧圖書館的服務中，不再是服務與被服務的關系，而是資源共享、信息交流、知識提供的關系。區塊鏈的引入，讓圖書館與讀者相互促進的關系得到了保障。

5.5 紙質資源共享管理

目前紙質資源依然是圖書館最主要的資源，而紙質資源的采購依然有很多需要提高和改進之處。長期以來，圖書館因為地域、文化、經濟等差異，采購傾向也會有所不同，如何能更好地豐富館藏資源、合理配置館藏類別，是每個圖書館需要思考的問題。通過區塊鏈技術，建立圖書館區塊鏈采購聯盟，此聯盟內的圖書館都可以上傳本館采購數據，其他館通過區塊鏈上分享的采購數據，了解各館的采購情況并分析自身的不足，以此來豐富本館館藏類別和具有地方特色的文獻。同時書商也可以進入聯盟內定期上傳新書進行推薦，各館可以更加方便地進行文獻采購。

6 結語

區塊鏈技術的應用，會引發圖書館資源共享的數據膨脹、節點和賬戶的管理等問題，造成系統執行效率低下。數據膨脹指的是在區塊鏈的應用過程中形成大量的節點，使得占用空間不斷增長造成效率的低下，解決此問題需要改善數據算法，通過算法優化，治理和存貯數據，解決數據膨脹問題。節點和賬戶的管理問題，是指各圖書館賬戶人員的配置問題以及不同賬戶的讀寫權限限制。因此在圖書館的管理層面要做好規劃和管理控制，避免造成區塊鏈上的讀寫混亂，同時還要在區塊鏈上加強數據監管，提高穩定性和安全性。在智慧圖書館的建設中，可以引入5G、大數據、云計算、人工智能等新技術，形成“大數據+云計算+人工智能+區塊鏈+5G”的新型智慧圖書館模式，使圖書館行業更好地發展，提升圖書館的社會價值，更好地為廣大讀者服務。