基于區塊鏈技術的圖書館信息安全保障研究

摘要：隨著圖書館信息化建設的深入，信息安全問題日益突出，傳統安全措施在應對復雜網絡威脅時逐漸暴露出局限性。圖書館系統中存儲的大量用戶信息和借閱記錄面臨數據泄露、被篡改等風險。區塊鏈技術憑借其去中心化、不可篡改、可追溯等特性，逐漸成為提升信息安全的重要手段。通過分布式賬本技術，區塊鏈能夠有效實現身份驗證、數據加密存儲和操作追溯。設計了一種基于區塊鏈的圖書館信息安全保障體系，涵蓋身份驗證、數據存儲和審計機制。通過實驗對比驗證，結果顯示該體系在數據安全性、操作透明性和抗攻擊能力方面表現出顯著優勢，為圖書館信息管理提供了新的解決方案。

關鍵詞：區塊鏈 信息安全 圖書館管理 身份驗證 數據加密

Study on Library Information Security Assurance Based on Blockchain Technology

YANG Meina

Jilin Normal University Library， Siping， Jilin Province， 136000 China

Abstract：With the deepening of library informatization， information security issues have become increasingly prominent， and traditional security measures are gradually revealing their limitations in addressing complex network threats. The library system stores a large amount of user information and borrowing records， which face risks such as data leakage and tampering. Blockchain technology， with its characteristics of decentralization， immutability， and traceability， has gradually become an important means of enhancing information security. Through distributed ledger technology， blockchain can effectively achieve identity verification， encrypted data storage， and operation tracing. A blockchain-based information security assurance system for libraries has been designed， encompassing identity verification， data storage， and auditing mechanisms. Experimental comparison results show that this system significantly improves data security， operational transparency， and attack resistance， providing a new solution for library information management.

Key Words： Blockchain; Information security; Library management; Identity verification; Data encryption

隨著圖書館信息化建設的不斷推進，數據安全問題愈發成為各界關注的焦點。圖書館作為重要的知識儲存和共享平臺，匯集大量用戶的個人信息、借閱記錄等重要數據，然而，隨著網絡攻擊手段的日益復雜，傳統的信息安全技術在應對數據泄露、篡改、未授權訪問等問題時顯得力不從心[1]。現有安全系統在應對海量數據存儲、訪問控制和操作透明性方面存在明顯的局限性，這為圖書館管理者和研究人員提出了新的挑戰。近年來，區塊鏈技術憑借去中心化、不可篡改和可追溯等特點，在多個領域中顯示出提升信息安全的潛力。通過分布式賬本技術，區塊鏈能夠有效地實現數據加密存儲、身份驗證、操作追溯等功能，逐步成為信息安全領域的重要研究方向。基于此，本文旨在探討如何將區塊鏈技術引入圖書館的信息安全體系，設計一種全新的安全保障框架，從而更好地解決當前圖書館系統中面臨的數據安全問題。本文在分析現有問題的基礎上，提出針對性的系統設計，并結合實驗分析驗證該方案的可行性和有效性。

1 區塊鏈與圖書館信息安全概述

區塊鏈基于共識機制，不同參與節點通過算法驗證和記錄交易信息，確保數據的真實性與一致性。常見的共識機制有工作量證明[2]（Proof of Work， PoW）、權益證明[3]（Proof of Stake， PoS）。

圖書館信息安全面臨數據保護、訪問控制和系統完整性多方面挑戰[4]。用戶身份驗證機制較為薄弱，黑客可竊取登錄信息或實施中間人攻擊獲取未授權的訪問權限，導致數據的非法使用和篡改。傳統的訪問控制措施無法靈活應對多用戶、多設備的復雜使用場景[5]。

2 信息安全保障體系設計

基于區塊鏈的圖書館信息安全保障體系設計的整體框架如圖1所示。

2.1 用戶交互層

用戶通過設備與系統直接操作的界面進行登錄、資源查詢和借閱。所有操作請求通過區塊鏈加密處理和驗證。身份驗證通過哈希算法加密，具體公式如下。

2.2 區塊鏈節點層

節點負責存儲、驗證和同步數據，通過共識機制確保數據的一致性，避免因單一節點故障導致的系統崩潰。通過前一區塊的哈希值鏈接在一起，形成鏈式結構。

2.3 身份驗證與權限管理層

在完成身份驗證后，系統通過基于角色的訪問控制機制（Role-Based Access Control， RBAC）進行權限管理。當用戶請求某項操作時，系統會自動調用智能合約檢查用戶的權限，只有滿足權限要求時才允許執行[6]。如借閱權限通過公式（4）規則實現：

2.4 數據隱私與存儲層

2.5 信息追溯與審計層

每一筆操作都會生成唯一的交易哈希值，確保操作的不可篡改性。假設操作數據為，操作的哈希值如公式（7）：

式（7）中，為前一次操作的哈希值。所有操作數據相互鏈接，形成可追溯鏈條。審計者通過區塊鏈上記錄的哈希值鏈條，追溯每個操作的詳細信息和時間點。有效防止惡意操作或數據篡改。假設需要追溯某個操作，審計者通過其哈希值查找到其原始數據和前一筆操作，完整重現操作鏈條。

區塊鏈的時間戳機制進一步增強審計有效性。每一筆操作都帶有唯一的時間戳，每個操作的時間點都被精確記錄。時間戳的生成可表示為式（8）。

3.1 實驗場景設計

實驗對象分為傳統集中式圖書館管理系統和基于區塊鏈的圖書館信息安全保障系統，多維度對比二者表現；分別測試二者在用戶登錄時的響應時間和非法訪問阻止能力。模擬不同用戶角色進行登錄，比較二者在驗證準確率和響應速度上的差異；模擬大規模圖書館數據的存儲與檢索過程，比較兩種系統在數據加密、存儲速度和檢索效率上的表現，評估區塊鏈系統是否能提高數據處理效率和安全性；模擬多種攻擊場景，分別測試二者的抗攻擊能力。重點評估區塊鏈系統在面對惡意攻擊時的數據一致性、操作追溯性與系統穩定性。

3.2 實驗結果與分析

3.2.1身份驗證響應時間對比

表1為身份驗證響應時間對比情況。區塊鏈系統在身份驗證響應時間上有明顯優勢，普通用戶驗證時間比傳統系統減少約40%，管理員驗證時間也減少約34%；區塊鏈系統驗證準確率達到100%，而傳統系統的阻止次數和準確率較低。

3.2.2數據存儲與檢索性能對比

表2為身份驗證響應時間對比情況。數據存儲時間比傳統系統縮短約42%，數據檢索時間減少約37%；加密安全性達到100%，遠高于傳統系統的84.76%。區塊鏈的分布式存儲和加密機制同時提高了數據處理效率和安全性。

3.2.3安全性測試對比

表3為安全性對比情況，數據篡改次數為0，系統性能下降幅度僅為10.59%，遠低于傳統系統的20.96%。區塊鏈系統在保持數據一致性和攻擊阻止能力方面均達到100%。即區塊鏈技術應對惡意攻擊和保持系統穩定性具有明顯優越性。

4 結論與展望

本研究通過引入區塊鏈技術，設計圖書館信息安全保障體系，并通過實驗驗證其在身份驗證、數據安全和操作透明性方面的有效性。實驗結果顯示，區塊鏈技術能夠顯著提升圖書館系統的安全性和抗攻擊能力，特別是在數據篡改防護和操作追溯方面展現出強大優勢。區塊鏈技術在圖書館信息管理中的應用將不斷擴展，并與人工智能等新興技術相結合，進一步提升數據管理效率與安全性。

參考文獻

[1] 韓翼竹.區塊鏈技術綜述[C]//第六屆創新教育學術會議論文集.2023：1-3.

[2] 黃潤.基于工作量證明的區塊鏈的贊助區塊截留攻擊研究[D].廣州：華南理工大學，2022.

[3] 王捷，葛麗娜，張桂芬.區塊鏈的激勵機制權益證明共識算法改進方案[J].鄭州大學學報（工學版），2023，44（5）：62-68.

[4] 胡延軍，林嘉祥.高校數字圖書館現狀及網絡信息安全問題和解決方案[J].科技資訊，2022，20（7）：204-206.

[5] TSVETKOVAVA，MAKHNOOO.TheModelandprinciplesofbuildinganautomatedlibraryandinformationsystem[J].AutomaticDocumentationandMathematicalLinguistics，2024，58（2）：141-148.

[6] 張鄧凡，袁藝林，楊帆，等.支持組用戶授權管理的共享數據完整性驗證方案[J].計算機系統應用，2024，33（8）：98-107.