区块链技术下图书馆数字资源利用和保护研究

闫 芳

（中共菏泽市委党校 山东 菏泽 274000）

0 引言

随着信息化时代的高速发展，数字化转型将会是图书馆未来变革与发展的必然方向。从2016年，联合国社会发展研究机构发布了《数字货币和区块链技术在构建社会和可信金融之间扮演的角色》（How Can Cryptocurrency and Blockchain Technology Play a Role in Building Social and Solidarity Finance?），全球许多发达国家和发展中国家也均积极发布了以区块链为主要内容的研究报告，专题研究了如何利用政策化积极推进区块链技术在各行各业的应用。在区块链应用最为广泛的是金融领域，随着技术的不断成熟，又被广泛应用到信息技术、保险和物流等相关领域。工信部发布了《中国区块链技术与应用发展的白皮书》，在里面也提及了数字版权和图书版权等内容，为未来图书馆的发展带来很多契机和启发。早在20世纪90年代，美国图书馆就在数字版权和信息技术应用方面进行了深入研究，成立了全美图书馆数字管理中心，未来图书馆中的区块链最早雏形也在该阶段，相关研究也推动了区块链技术在我国图书馆领域的应用，下一步我国计划把新工具和新模型应用在图书馆发展中，为图书馆的发展带来了无限发展的可能[1]。

1 区块链技术简介

1.1 区块链技术概念

区块链技术是一种链式的数据结构，利用分布式节点方式对数据进行验证和存储，依托一定的算法对数据进行必要的更新，利用非对称加密保证数据传输过程中的安全。通过分布式计算范式构建去中心化的账本数据集成。区块链最大的特点就是去中心化，数据存储在各个节点当中，只有各个节点共同起作用才能还原出原始数据，极大地保证了数据的完整性和不可篡改性。区块链技术最早是由日本专家中本聪研究提出的，最开始的研究是面向数字货币比特币的应用研究。随着区块链技术的不断成熟，自身具有的可用性高和去中心化的特点，近些年被广泛应用到政府、金融和医疗等各个领域。区块链技术的发明被全世界誉为改变人类社会生活的关键技术之一。

1.2 区块链技术特点

区块链技术具有去中心化、不可篡改、可追溯性、高可信和高可用等特点。

去中心化在于区块链整个系统不存在任何的中心节点，不同于传统的信息系统有唯一的中心节点，区块链整个系统由多个节点协同处置，节点在功能和权限上拥有同等的层级权限。在数据的传播、存储和验证上，每个节点需要尽最大的可能保障数据的安全和充分共享。每个分散的节点，保留着区块链上所有数据信息，这样可以最大限度保障当系统中1个节点或多个节点被破坏攻击时，不会对数据构成不可逆转的威胁[2]。节点间可以直接进行交流沟通，可以不通过中心节点就可以实现。

不可篡改主要是依靠哈希函数和默克尔树等技术进行实现的，哈希函数主要功能是对数据进行必要的加密，在传输上实现正向溯源，避免逆的发生。这样处理数据可以加大信息被篡改的难度，除非对函数本身进行必要的破解。此外，系统中的所有信息和数据分散保留在相关节点中，如果只是更改1个节点或多个节点的数据无法对区块链中所有数据进行篡改，除非超过一半的节点同时被攻击篡改。

可追溯性体现在系统自运转以来，系统当中的所有数据信息均可以被有效地追溯和还原，主要是所有数据都被进行了打包处理，并且相关信息均被连接于主系统当中，同时区块链每一项信息均被赋予了时间戳，每一项数据均可以通过数据链技术可被追溯到，不可能存在相同的数据，因为二者的时间戳不相同[3]。

高可信性表明区块链系统是一个高度互信的数据库系统，不需要提供双方节点的必要验证信息，区块链系统中的每条数据需要传送时均需要签字，且信息经过必要的验证后才能记录在区块链上。传输后数据信息不能再被更改，节点双方无需进行身份认证，也不需要第三方进行验证，最大限度提供信用保障。

高可用性表明区块链系统具有可灵活编程的特点，在脚本算法中融合了许多技术。此外，区块链技术的各个节点地位相同，如果某一节点出现问题，不会对其他节点产生影响。当节点被修复后，数据可以自动同步到全网所有数据库中，最大限度体现了技术的高可用性。

2 图书馆区块链整体模型

目前，国家级数字图书馆正在积极探索数字资源的整合共享，在数字资源的质量和数量方面不断地进行完善，逐步提升数字图书馆的建设水平。数字资源在种类和数量上日益增多，同时经过这几年馆藏资源数字化实践，在数字资源的利用、共享和存储上提出了更高的要求，区块链技术的发展也为图书馆的发展提供了新的解决方案。区块链技术应用于图书馆，可以帮助图书馆收集更多的信息资源，使得存储的信息更加高效和安全。通过对区块链技术与图书馆应用相结合分析，目的在于使得区块链技术更好地应用于图书馆领域，帮助传统图书馆转型升级[4]。通过对区块链理论进行描述后，可以依据实际情况设计图书馆区块链总体模型，从整体结构上可以分为数据、框架、网络、应用和管理几个主要层次部分。区块链理论结构，如图1所示。

图1 区块链理论结构

2.1 数据层

图书馆区块链模型的最底层是数据层，在这一层与其他网络模型不同，包括了哈希函数、加密技术、区块链结构和时间戳等相关技术[5]。这些技术对未来数字化图书馆的建设尤为重要。在图书馆区块链模型中的数据包含了许多个人自然信息、读者之间的交流信息和数字化图书馆所必备的各种资源。其中，读者的个人信息主要是用户数据，包括了姓名、联系方式、工作单位、年龄等基础数据信息；读者之间的交互信息包括读者之间的互动所产生的信息；泛在情景表示读者使用图书馆数字资源后所显现的情感信息；用户资源是指通过平板、手机、电脑等移动终端上传的数字化资源，包括文档、视频和PPT等。上述数据可以通过区块链技术进行必要处置，打包封装成单个数据块，使用时间戳技术，以链条的方式对接上一个区块，在加密的过程中使用哈希函数进行加密，加密的过程中会使用公钥和私钥2种对称的钥匙，对用户的个人信息和泛在情境进行有效加密。

2.2 网络层

网络层的设计过程中一般采用点对点的传输模式，在图书馆区块链传输过程中包括了网络传输协议、P2P组网形式和数据传输校验机制等不同的技术，图书馆位于中心，其他节点包括读者、书商、图书馆、出版商等可以看作是一个标准的节点[6]。根据数据量的多少可以把这些节点分为全节点和轻节点2种类型。图书馆中的信息广播和校验可以通过网络协议和有效校验进行验证，包括了有效性及完整性。

2.3 基础架构层

在图书馆区块链模型中有许多的基础架构层，该层主要作用是为图书馆具体应用提供必要的软硬件基础，在这过程中包括了平台服务、基础设施服务和软件服务等[7]。基础架构层层包括软件服务基础层，明确了图书馆应该具有一定的硬件设施，如服务器、路由器和防火墙等。同时对数字化资源进行分类存储，计算机系统还应该具备一定的服务计算能力，利用当前比较成熟的大数据技术进行必要的挖掘分析，如可以使用Hadoop等技术。

2.4 管理层

管理层主要包括了奖励机制、共识机制和分配机制等，在这些技术的应用过程中使得图书馆区块链系统去中心化成为可能。共识机制主要是通过对工作量进行证实来说明节点享有的记账权益。在图书馆系统当中竞争的不是记账权，可以通过竞争机制来识别图书馆管理员的绩效情况，同时还可以使用这种技术来判断读者上传的资源成果。奖励机制顾名思义，就是对读者上传资源进行必要的奖励量化，所得奖励可以兑换成一定形式的读书币，在图书馆系统当中购买一定的知识服务内容。最后，分配机制可以利用比特币之父中本聪的思想，读书币可以随着资源的丰富而不断地减少，这样可以最大程度激发用户上传知识信息的动力。

2.5 应用层

应用层主要目的是向用户提供帮助，在这个过程中包括了知识产权服务、个性化推荐和知识交流社区3个主要部分组成。个性化推荐可以在系统数据层中汲取用户的个人信息和浏览交互记录等，通过上述行为来判断用户的喜好，为用户提供所需的知识，在这个过程中不仅使用了大数据技术对用户的行为进行了必要的分析，还可以结合用户的自然信息，如地址、工作性质和年龄等为用户提供精确的分类推荐。知识产权服务帮助作者可以维护自身的合法著作权，区块链技术最大的好处就是帮助作者可以对产品进行必要的追寻源头，避免产生所有权的纠纷[8]。当作者在系统当中上传自己作品时，资源就会在系统当中储存，也包括了交易记录信息等。知识交流社区的功能是帮助作者完成作品集，对互动交流的信息进行必要的保存，是一种知识产出的行为[9]。此外系统还可也对用户行为进行分析，对读者的类型进行必要的分类，把同一爱好的作者划分在一个知识交流区域中，优化读者之间的交流。

3 基于区块链技术的图书馆信息收集及存储

在当今自媒体比较发达的年代，图书馆内部用户之间的交流互动呈现出旺盛的趋势，在当今数字化的图书馆中用户不仅仅是信息的获取方，更多的也是信息的提供者，在这种模式前提下，交互信息的价值在一定程度上高于馆藏信息的价值[10]。如，某单位自己形成的数据文件信息就可以记录下来，形成具有单位特色的作品集。此外，图书馆还可以定期举办读者活动，建立读者之间沟通的桥梁和纽带，关于知识方面的交流体现出特有的价值属性。特别是区块链技术引入之后，用户的自然信息、交互信息和上传资源均可以保存在数据结构层当中，使得图书馆信息收集更加具体全面。

3.1 信息收集采用的区块链关键技术

区块链技术在信息收集过程中可以对数据信息进行去中心化处理，同时使用共识技术进行数据的有效传递[11]。区块链去中心化最大的特点就是不需要单独设置中心结构进行处置，只是通过分布式网状结构就可以对资源进行处置。目前在图书馆的建设过程中，读者用户之间的交流互动呈现出非结构化的趋势，因此本文基于区块链技术来完成非结构化的数据处理。书馆区块链节点，如图2所示。

图2 图书馆区块链节点

图书馆利用区块链技术，使读者、图书馆、作者、书商等各个要素之间呈现出平等的位置，上述对象可以理解为区块链系统当中的节点，在系统当中各个节点的地位属性相同，节点之间可以利用系统进行双向互动交流，与以往图书馆与读者之间的单边服务不同，基于区块链技术节点间的对象互动，它们之间是多方的，节点之间的交流信息均是有用的，读者之间的互动信息不仅有助于读者交流，也最大限度满足图书馆对读者行为的有效分析[12]。在图书馆采购图书过程中，可以最大限度利用好书商、出版社和读者这几类对象的交互信息，采购符合要求的书籍，节省资金避免图书方面的浪费。利用区块链技术，读者和作者之间可以直接交流互动，对作者的创作行为进行物质奖励，最大限度提供作者创作积极性，最大限度激发区块链对象间的互惠互利[13]。

3.2 信息收集运作模式

数据层保存着图书馆用户的自然信息和用户交互信息，网络层的作用是保障数据资源有效的交流互动。此外，需要对数据层的信息进行有效真实性的验证，同时为鼓励用户推广使用设置相应的奖励机制，在图书馆系统当中可以设置一定的读书币来激发读者上传交流活动，读书币可以用来获取一些书籍的阅读权限，读者还可以利用读书币购买其他作者上传的资源。通过这种方式不仅可以促进推广阅读，同时还可以促进读者之间的互动交流[14]。这些资源不必像传统似的保留在图书馆系统当中，可以在系统搭建以后在各个节点之间流动，用户可以通过区块链快速地获得阅读的所有权，并且用户之间的交流可以使用读书币进行交换[15]。

3.3 数字资源存储采用的区块链技术

在数字存储过程中，最重要的技术包括了去中心化、非对称加密和分布式等，去中心化在前文中已经介绍，数字资源存储方面表现为各个节点均可以进行馆藏资源存储，通过这样的设置最大限度保证了馆藏数字资源的安全，如果馆藏资源发生了丢失也可以在其他节点当中进行寻回。由于目前图书馆的数字存储能力均非常的有限，如果把不同的数据分散在不同的节点当中，可以有效减轻数据存储压力。区块链技术可以理解为一个分布式的记录账本，可以有效记录分布式数据资源的节点路径，同时区块链技术具有不可篡改的特性，保证了数字资源一旦进入区块链池中，就会被永久保存，具有极高的安全系数。利用非对称加密技术保证了图书馆的所有权，只有用户公钥和私钥全部拥有的情况下，才具备数字资源的处置权。如，每个图书馆均有本馆比较独特的特色馆藏，目前很多图书馆对这部分馆藏进行了数字化处理，这些资源非常具有研究和保存价值。一旦遇到黑客或者病毒攻击，将给图书馆造成巨大的损失，因此区块链分布式存储在各个节点上的作用保障了这部分馆藏的安全性。此外，加密技术保证了图书馆对各个节点上数据的拥有权，并不是代表单独节点就可以调用节点数据。

3.4 数字资源存储运作模式

图书馆数字资源存储主要涉及基础架构层和数据层，图书馆数字资源可以分为结构性数据和非结构性数据，数据区块通过区块链技术进行分装打包，打包过程中使用时间印记和哈希值等技术作为唯一的标识。从最初的初始数据块开始到最近的信息数据，图书馆所有的数据资源均保存在区块链系统当中，时间戳验证着图书馆的每一条数据信息，对所有的作品均可以做到百分百追溯，从而保证作品的真实性。在使用图书馆资源过程中，私钥保证用户可以进入到图书馆区块链系统进行权限验证，公钥保证图书馆享有被访问的权限，有效解决图书馆系统数字资源被泄露的问题。

4 基于区块链技术的图书馆数字版权溯源及馆内应用

目前各大图书馆之间建立了广泛的联盟，但联盟内部的数据资源共享是不够充分的，主要是由于无优质的数据库系统所导致的，且还存在一定的风险，特别是对数字资源恶意使用导致盗版情况的发生。区块链技术因为自身具备可追溯性和不可篡改性，能够帮助验证数字资源的真实有效性，同时也能够帮助用户简化版权登记相关流程，区块链技术目前为所有的数字资源加盖了时间戳，每个时间戳可以看作是一个版权印记，可以认为它具有一定的唯一特性[16]。使用上述技术，杜绝了很多抄袭事件的发生，此外也降低了版权资源成本。图书馆区块链版权流程，如图3所示。

图3 图书馆区块链版权流程

4.1 数字版权及溯源采用的区块链技术

区块链技术的传播机制、加密措施、时间戳和链式结构保证了不可篡改的特性。这种特性为可以追溯数字版权变为了可能，可以借助区块链技术对数字资源进行溯源和定位。时间戳保证了原创著作权信息的完整性，链式结构可以将数据形成历史账本，网络传播机制保证各个节点当中的数据有效广播交换，非对称加密保证了数据上传的安全性。同样，只有被授权的用户通过公钥才能查看作品。

4.2 数字版权及溯源运作模式

作者可以通过版权平台上传作品并申请版权保护，上传过程可以使用私钥进行签名，平台审核通过后会把信息放入区块链当中，由各个节点进行广播。当发生版权交易时，各个节点会进行打包并使用时间戳，所有节点会记录该交易，并对数据进行更新。因此，篡改1个或几处节点信息并不会影响交易的正常进行，保证了版权交易过程中认证问题[17]。当出现版权纠纷时，可以通过链式结构对历史数据进行比对分析，启动溯源机制对每篇引文信息进行比对，保护作者合法权益。

数字版权追溯流程如图4所示，可以看出，由于区块链技术的成熟，版权登记无需再使用复杂的版权委托书，图书馆已经存有读者的信息，可以第一时间进行对比，由于通过数据链结构将交易分发至各个节点，各个节点对广播可以进行验证，这样更加的公平公正，方便图书馆进行维权取证。

图4 数字版权追溯流程

4.3 馆内服务采用的区块链技术

区块链技术不仅可以用于信息发布的各个服务当中，还可以应用于图书馆的日常管理，如可以用于还书模式的创新，可以用于对图书馆进行绩效、采购方面的管理创新。

传统图书馆与区块链图书馆比较，如图5所示。传统图书馆服务是以图书馆为核心，读者借还书均通过图书馆进行，同时读者之间较为分散无交流。区块链的图书馆可以把兴趣相同的读者组织起来，通过系统在熟人之间完成借阅，减轻图书馆压力。此外，图书馆作为“闲职”一直受到社会诟病，如果使用区块链技术同服务绩效考核相结合，一定会引起图书馆领导层的重视，提高图书馆管理人员的积极性。利用数据挖掘分析读者之间的交流信息，也可以为图书馆未来类型图书的采购提供必要的依据。

图5 传统图书馆与区块链图书馆比较

4.4 馆内服务运作模式

图书馆在区块链的影响下，各个节点之间地位是相同的并未特殊化。读者在改变必经图书馆这一传统环节，只要读者之间达成一定共识，两者之间就可以完成借书或者还书流程，图书馆就可以从繁忙的事务中解脱出来。读者可以通过区块链向各个节点，如出版社、作者等反映自身的阅读需要，这些也会成为图书馆采购的主要依据之一。同时，利用区块链技术向图书馆管理员进行服务质量测评，也可完善整个图书馆的绩效管理。

5 结论

综上所述，通过本文研究区块链技术对现代化图书馆电子资源的利用和版权保护意义重大。图书馆区块链技术的应用，为区块链标准的制定和版权工作的有效开展赋予了重要的实践意义。为了更好地利用区块链技术，一是要完善相应的法律建设，确保区块链技术在日后的版权纠纷当中能够起到有效验证的作用。二是需要加大相关人才培养，需要密码学和信息学科交叉人才，深入研究区块链技术应用。三是图书馆自身也应该提升管理水平和版权保护意识，助力现代化图书馆事业的发展。