基于联盟链的学科化联合服务机制设计

栾旭伦

（淮阴师范学院图书馆 江苏淮安 223300）

经多年发展，学科化服务已经成为高校图书馆支撑双一流学科建设、助力科研、支撑教学、辅助人才培养的重要载体。依托先进的技术和创新的服务理念，学科化服务逐步从资源支撑服务向嵌入科研、嵌入学习过程的个性化智慧服务过渡。嵌入式服务体系、个性化服务体系、泛学科化服务体系等新的学科服务模式为促进高校的学科发展不断助力。大科学时代，高校图书馆的学科服务面临高速发展的机遇和挑战：不断涌现的新技术为学科馆员更好地理解读者需求、更便捷地开展有效服务提供了先进的服务手段；学科馆员自身知识的局限、知识储备的不足以及岗位重复设置等问题又会导致读者满意度下降，对学科服务提出了新的挑战。

1 学科服务面临的新挑战

学科服务的效果很大程度上取决于学科馆员的业务能力，学科服务的专指度、学科服务与用户需求的契合度、用户满意度均依赖于学科馆员的服务能力和业务能力。当下科学正由单学科时代不断走向综合化、整体化、融合化时代，多学科综合化趋势凸显，学科交叉、学科融合研究成果层出不穷。多学科综合化趋势对当前以单一高校、单一学科服务为依托的学科服务模式提出了新的挑战。

1.1 学科馆员设立制度存在不足

跨学科、多领域的研究需要与之匹配的多学科相融合的服务进行支撑。受学科馆员学科背景单一、数量有限等因素影响，各高校在学科服务中多采取重点学科设置具有专业学科背景的专职学科馆员，其他学科设置兼职学科馆员的模式。在学科服务过程中，兼职学科馆员多以校内教师、研究人员等为主。兼职学科馆员作为专职学科馆员的补充，部分解决了学科馆员数量不足的问题，然而受兼职学科馆员无图书情报学科背景、服务时间不确定等因素影响，在服务深度和用户满意度上有所欠缺。学科馆员设置的不科学、不充分，不利于高校相关学科的深入发展。

1.2 学科联合服务趋势凸显

随着国家、省市双一流建设及扶持政策的不断落地，各高校在不同的特色领域和方向朝双一流目标不断迈进。立足自身信息资源优势、图书情报人才储备优势，打造重点学科服务团队，提供学科服务保障，服务重点学科发展是高校图书馆融入学科发展过程、实现自我价值的重要途径。然而大科学时代学科间不断交叉融合趋势凸显，跨学科研究、跨国合作研究等项目不断增多。对于涉及不同学科、不同高校、不同国家的研究项目，往往需要立足不同的项目需求，以学科为纽带组建跨校、跨学科服务群，利用诸多学科馆员的群体智慧，取长补短、各取所需，进行学科联合服务。

2 区块链技术优势分析

解决高校图书馆学科馆员重复设置、无效设置等问题，需要一个平等合作、去中心化、可追踪溯源、可实时合作共享、能保护用户隐私的学科化联合服务平台。通过联合服务平台，充分发挥各学科馆员的专业优势，为用户提供满足其信息需求的学科服务。借助于区块链技术透明度高、去中心化、保护隐私、可追踪数据来源、自动执行、点对点数据共享、数据存储安全等特点，可以为学科化服务提供技术上的解决方案。

2.1 服务效率高

区块链作为一个去中心化账本系统，记账由不同的节点合作完成。每一个节点都记录完整账目，所有节点共同参与监督、维护更新账本。学科化联合服务中，可将读者的需求作为一个区块链条，由位于不同高校具有不同专业学科背景的学科馆员作为独立区块来共同参与完成用户委托项目。学科馆员可从用户委托出发，依据自身专业学科背景对用户需求进行整理并将其打包为区块同步发送给链条内其他学科馆员。参与服务的学科馆员节点进行信息内容核查并确认无误后，将该区块内的需求信息记录到自己的账本。基于区块链特性，参与合作的每一位学科馆员区块均完整地保留了当前需求信息[1]33。学科馆员在服务中，可基于当前服务状态进行内容更新和完善。联合服务能够有效提升学科化服务的科学性和完整性，同时实时更新当前服务状态，避免重复劳动提升服务效率。

2.2 服务精准度高

作为一种分布的链式存储结构，区块链的每一个链条均存储了当前数据信息和前一区块的Hash值，各区块之间通过Hash值首尾相连形成一个逻辑上统一的服务链条。学科联合服务中，更新或修改某一区块信息时需要向整个链条进行广播并得到其他区块同意方可完成。若参与服务的学科馆员发现信息有误，可将信息进行更新并打包成区块进行广播，其他区块接收到更新请求后与当前自己所在区块内的信息进行比对，若有误则不被承认，内容写入不了区块；若正确，则共识通过，信息被全体区块接受并进行更新。利用联盟链的分布式特性[2]，可以确保参与的每位学科馆员全程共同监督服务内容，确保提供给用户的信息准确无误。利用群体智慧，从根本上提升学科服务的深度与精准度。

2.3 个人信息安全有保障

区块链采用非对称加密和授权技术，通过公钥和私钥对信息进行加密解密。在区块链中，用户身份信息被加密保护，只有在数据拥有者合法授权的情况下才能访问。身份授权机制有效保障了服务信息和个人隐私的安全。基于联盟链的学科化联合服务，通过授权授予不同用户不同链条的访问权限；利用数据隔离机制[3]，确保用户只能访问自己所在项目的内容。授权机制、数据隔离机制可以有效地保护服务内容，杜绝信息恶意访问和使用。

2.4 流程公开透明

区块链不依赖于第三方，通过智能合约自动执行参与服务的多方达成的代码协议。基于区块链的学科化联合服务中，参与联合服务的学科馆员可以根据需要，以代码的形式拟定服务条款、约定权利和义务，并通过私钥对相关条款进行签名以确保合约的有效性。确定好的合约条款通过P2P方式在区块链网络中扩散，参与合作的学科馆员收到信息后，在共识时间内进行节点验证。如验证通过，则将验证后的合约写入区块并参与后续学科服务。若参与合作的学科馆员认为条款不合理，则合约不通过，发起联合服务的一方需修改相关条款直至达成多方共识。达成共识的合约集以区块形式扩散全网并可自动执行[1]96。智能合约由参与合作的各高校图书馆学科馆员共同参与、共同拟定，全流程公开透明、全过程平等互利。

3 区块链技术应用分析

作为一种去中心化、分布式数据存储、自动执行共识机制、点对点传输的计算机应用模式，区块链技术在其发展过程中，分化出了公有链、联盟链、私有链三种模式应用。

3.1 公有链

公有链是一种全公开透明的区块链技术。在公有链上，任何团体和个人均可读取和发送数据，任何人都可参与区块链工作中的共识过程。作为一种全分布式区块链，公有链完全去中心化，系统代码全开源。因全公开透明，公有链在安全性方面较弱，容易受到攻击[4]。共识机制方面，因参与方身份多样，在互为陌生的网络环境中达成共识机制成本较高。为激励各方积极性，公有链通常还需设定一定的经济激励机制，否则用户活动度不高。在学科化联合服务中，提倡各取所需，互惠互利，同时服务中应有效确保服务对象的隐私，保障信息安全服务。从安全性角度，公有链不适合在学科化联合服务中进行应用。

3.2 私有链

私有链是一种全封闭的区块链应用技术。在私有链中，参与服务的节点仅限定在有限的范围内，其数据读取和访问有严格的管理规定。链条上记账权不公开，由个别用户独享。私有链可有效确保信息安全，有效追踪数据来源。学科化联合服务中，为提高服务效率，充分发挥参与合作学科馆员的学科背景优势，进行跨校合作、联合服务是重点，仅限于内部公开的私有链存在一定的缺陷，不适合在学科化联合服务中进行应用。

3.3 联盟链

联盟链是一种半公开的区块链应用技术，仅针对特定组织或个人开放。工作中，联盟链内每个区块的生成可以由预先选定的记账人共同决定，其他节点可以参与交易但没有记账权。在结构上，联盟链采取“部分中心化”方式将节点控制在参与联盟链的有限数量机构。联盟链中，节点间具有一定的信任，不需要激励机制，较易达成共识机制。联盟链可采用基于通道方式的数据隔离机制，提供具有隐私保护的数据共享。在学科化联合服务中，因参与服务的各高校图书馆学科馆员身份确定，可高效率达成共识并建立互信机制；安全性方面，在服务中可依据不同的需求组建不同的跨校学科服务团队，开辟不同的服务链条。通过基于通道方式的数据隔离机制和加密算法，可提供基于隐私保护的信息共享；此外，联盟链上的读写权限、记账权限、访问权限可以按联盟规则由多方协商制定，能极大调动参与服务的学科馆员积极性。从应用场景看，联盟链适合在学科化联合服务中进行应用。

4 基于区块链的高校图书馆学科化联合服务基础架构设计

4.1 基于联盟链的高校图书馆学科化联合服务技术架构

基于联盟链的高校图书馆学科化联合服务在技术架构上主要由存储层、网络层、联盟链核心层、服务链条管理层、查询层、管理层6部分组成[5]（见图1）。

图1 基于联盟链的高校图书馆学科化联合服务技术架构图

（1）存储层：联盟链存储分为逻辑存储和物理存储。链条式结构中服务信息被打包成区块，每一区块均存储用于验证上一区块有效性的Hash值，各区块通过Hash值在逻辑上进行关联并形成服务链条。链条内，不存储实际的数据信息，仅存储服务信息地址Hash值。为确保有效访问，可通过数据库存储相关服务信息，并以链条区块当前Hash值设置数据库主键，进而实现逻辑结构与物理存储的有机关联。为提高区块查询效率，可以采用Bloom Filter索引结构[6]来实现对数据的高效过滤和搜索。

（2）网络层：基于联盟链的高校图书馆学科化联合服务中，不同学科的学科馆员分属不同高校，隶属于不同的服务网络。通过网络层，对不同的网关进行底层逻辑融合，构建底层联盟链网络，逻辑上形成虚拟P2P网络开展跨校跨学科联合服务。

（3）联盟链核心层：联盟链核心层是进行学科化联合服务的技术核心。实现联盟体系内不同学科馆员依据项目需求的动态加入和灵活退出；负责共识机制达成与智能合约执行；负责对链条内信息存储进行加密，在数据安全的前提下确保只有授权的用户可以访问；采用数据隔离机制，将不同的服务项目隔离在不同的服务联盟链条上以防止数据泄露；对参与合作的学科馆员进行秘钥管理，负责数据的加密解密处理。

（4）链条管理层：基于联盟链的学科化联合服务，依据不同的服务项目建立不同的服务链条。因服务项目的交叉性和跨学科性，实际工作中跨链条服务必不可少，链条管理层可依据委托项目及研究进度进行灵活的链条合并及跨链、断链处理。项目完结后，为确保安全，可进行链条销毁或断链处理。为后续参考需要，经用户同意后可将具有参考价值的链条内容进行物理存储。

（5）查询层：为提高访问效率，平台提供相应的数据查询功能。通过该功能，委托用户可定位相关项目并查看服务内容；管理员可查看馆员参与的联合服务项目明细。此外，查询层还提供服务链条查询，依据服务内容定位相关链条，减少跨链查询复杂度。

（6）管理层：管理层主要包括成员管理、访问管理、合约管理、服务管理等功能。通过管理层，利用秘钥对访问用户进行身份授权；利用数据隔离机制、访问控制对用户的访问内容进行限制；通过合约管理，对各学科馆员达成的合约进行维护。此外，管理层还应为参与服务的学科馆员提供网络自适应配置，确保学科化联合服务有序开展。

4.2 智能合约设计

智能合约是一种由合约参与方共同参与拟定，以代码形式进行编写并在满足一定条件下被计算机自动执行的相关代码协议。基于联盟链的学科化联合服务中，可将用户分为四类：服务委托者、内容访问者、委托者所在学校学科馆员、参与合作的其他高校图书馆学科馆员。智能合约将四类用户转换成联盟链中的智能合约制定方，并将合约通过P2P网络扩散至相关服务链条并存入联盟链。在智能合约数据结构体中[7]，可设计服务需求数据结构体、学科馆员数据结构体、联合服务数据结构体、内容访问数据结构体四类[8]。

4.2.1 服务需求数据结构体

用户依据自身的研究项目将不同阶段的信息需求进行描述，其所在高校图书馆学科馆员依据用户的委托信息将需求以代码的形式进行呈现。用户在不同的研究阶段存在信息需求不同、多个用户参与同一项目等情况，学科馆员要及时根据用户的信息需求灵活调整代码（见表1）。

表1 服务需求数据结构体

4.2.2 学科馆员数据结构体

为提高服务效率，信息需求用户所在高校图书馆学科馆员可设为预先选定的记账方并享有记账权。服务中信息需求用户所在高校图书馆学科馆员注册为联盟链管理员，获取公钥和私钥。其中，公钥为学科馆员在联盟链上的账号地址，私钥为学科馆员操作账号的唯一凭证。联合服务中，其他高校图书馆学科馆员进行联盟用户注册并由联盟链条管理员授权参与相关服务链条，在逻辑上与记账方形成学科服务联合体。各学科馆员根据用户的信息需求，商定服务承诺并分别用各自的私钥对承诺进行签名并达成共识。服务中，参与服务的各学科馆员依据自身的学科专业优势，将相关数据来源、摘要、日期等信息一并上传至IPFS，并将得到的唯一Hash值记录在相关服务链条中。学科馆员数据结构体主要字段如表2所示。

表2 学科馆员数据结构体

4.2.3 联合服务数据结构体

基于联盟链的学科化联合服务中，参与服务的其他高校图书馆学科馆员通过查询相关服务链条编号对当前服务状态、服务内容进行查询，并依据自身学科背景对相关内容进行判定，如发现信息有误则通知记账方进行更正；如发现服务内容有所欠缺则调用智能合约并上传相关内容对当前服务内容进行补充。联合服务中，系统自带的智能合约机制定期检查自动机状态及触发条件，判断所属智能合约当前状态。当合约所有事物都执行完毕后，状态机将合约状态标记为完成，并从该服务链条中移除合约。联合服务数据结构体主要字段如表3所示。

表3 联合服务数据结构体

4.2.4 内容访问数据结构体

用户可以轻松获取所需信息是学科化联合服务价值的体现。联盟链中，记账方提供账户地址供用户进行内容访问。用户发出访问请求后，记账方依据用户是否具有访问权限决定是否授权。获取授权后，用户可访问基于自身委托的学科化联合服务内容。为保护用户隐私采用数据隔离机制，确保用户仅能访问基于自身委托的服务内容。内容访问数据结构体如表4所示。

表4 内容访问数据结构体

5 学科化联合服务开展途径

5.1 厘清与图书馆常规业务的关系

高校图书馆通过开展学科化联合服务，满足用户的学科化信息需求。基于联盟链的学科化联合服务是对图书馆原有服务项目的有效补充，同时也是对图书馆现有业务流程的有效完善。以文献传递为例，联合服务中为保护知识产权，其他高校图书馆学科馆员提供的服务信息可能是摘要或题录，如用户需获取原文则需要所在高校图书馆学科馆员通过文献传递等途径予以进一步服务。联合服务中可以在不涉密及不侵犯用户隐私的前提下，对服务信息进行数据挖掘，分析当前图书馆资源建设存在的薄弱环节并在今后的工作中进行优化。

5.2 明确权利与义务

跨校组建学科服务团队开展学科联合服务，是对图书馆现有学科服务模式的一种有效补充。受参加联合服务的高校学科发展水平、学科馆员服务能力等因素限制，学科力量强的高校图书馆学科馆员可能会付出更多的劳动，进而存在一定程度上的权力和义务不对等。在联合服务中，如何在共识机制环节通过协商确保学科馆员的劳动价值得到充分体现，是保障学科化联合服务健康有序开展的关键。

5.3 提升学科馆员综合素质

基于联盟链的学科化联合服务作用的发挥，很大程度上依赖于参与合作的各高校图书馆学科馆员的综合素质和信息服务能力。学科馆员应以联合服务为契机，不断强化自身业务能力。高校图书馆应以联合服务为依托，定期牵头组织联合服务经验交流会，为学科馆员服务能力的提升搭建职业技能交流平台。

6 结语

利用联盟链可以设计去中心化的学科化联合服务机制。通过联合服务，学科馆员将服务信息打包上链存入区块保证了服务信息的科学完备性。利用秘钥与身份管理机制，确保服务信息的不可篡改和安全性。通过数据隔离，不同的研究项目开辟不同的服务链条。不同的用户具有不同的访问权限，有效保护用户隐私。通过智能合约极大减少人为干预，提高服务效率。正确的使用联盟链技术可以充分发挥各高校图书馆学科馆员的聪明才智，有助于推动各高校相关学科的发展。