融合區塊鏈技術的高校機構知識庫架構體系

中圖分類號：G258 文獻標識碼：ADOI：10.13897/j.cnki.hbkjty.2025.0053

機構知識庫是在“開放獲取”背景下產生的，旨在便于全球學者、機構之間學術交流。高校由于其在科研和學術中的重要地位，順理成章成為機構知識庫建設的主體。截至2024年12月，在OpenDOAR上注冊的高校機構知識庫，美國有185個、英國有76個、德國有69個、日本有539個，而我國僅有13個1，遠遠低于很多國家。由CALIS發起的中國高校機構知識庫聯盟有51家高校館參與，但在其網站上發布了機構知識庫鏈接的高校僅有21個[2]，且大多無法訪問或限校內訪問。具有信息共享與數據安全等優勢的區塊鏈為高校機構知識庫建設帶來新的契機，學術界針對區塊鏈技術在機構知識庫中的應用進行了若干探索與研究。呂方婷3探討了區塊鏈技術在高校機構知識庫的知識產權保護、數據開放與個人隱私保護、數據長期安全保存等方面的優勢；孫清玉等4分析區塊鏈技術在機構知識庫數據共享中的應用優勢，并構建了基于區塊鏈技術的機構知識庫數據共享管理系統。現有研究基本處于理論探討或局部應用階段，本研究專注于將區塊鏈技術整合進高校機構知識庫的架構體系構建中，助力高校知識資產管理和數字資源建設。

1高校機構知識庫建設的必要性

機構知識庫是由特定機構建立的，用于收集、長期保存機構內部所產生的各類數字化研究成果，并可供機構內外用戶共享和利用，同時提供學者服務的知識資產管理系統[5-6]。收集的數字化研究成果包括圖書、論文、專利、報告、數據、文稿等。自2002年麻省理工學院建立首個機構知識庫至今已經20余年[7]，研究發現建設高校機構知識庫具有重要意義。

1.1利于資產長期保存

高校以其廣泛的專業設置和完善的部門結構，產出的數字化研究成果類型多樣。眾多高校逐漸意識到，這些數字化成果構成了其重要的學術資產。很多數字化研究成果，由于科研人員保存不當，造成損失。重要研究成果的丟失可能導致重復研究，這對科研進展極為不利。高校建設機構知識庫，使本校知識資產的長期保存得以實現[8]。

1.2促進科學研究協作

機構知識庫除收錄科研人員正式發表的研究成果，還收錄預印本和調研數據、實驗數據等未發表的研究成果。未發表的成果和數據，更加有利于科研交流和協作，避免重復研究帶來的社會資源浪費，同時圖書館可以通過自身的資源優勢和學科館員，為科研人員提供學科服務、定制推薦、科研服務等。通過交流和協作，科研人員能少走彎路，也能更好地對數據進行驗證，用更多的精力和靈感進行探索性、創新性研究，由此加快科研發展，加速社會進步。

1.3提高科研工作效率

機構知識庫所收錄的完整科研成果數據，極大地便利了相關部門及科研人員進行數據統計和導出，同時有效避免了各部門重復建設與共享不暢的問題。存儲有序并便于檢索的科研成果，方便非專業或專門人員借鑒或直接使用。“專業的人做專業的事\"的建設理念，大大提高了科研工作效率，同時提高了工作幸福感。

1.4提高學校的影響力

機構知識庫保存本校所有數字化科研成果，并提供校內外用戶利用，給用戶使用的同時，也提高了學校的聲望[9]、知名度，對學校的社會地位和招生招聘都有積極的促進作用。

2高校機構知識庫建設的現實阻力

雖然建設機構知識庫能為科研人員、學校和社會帶來諸多益處，但是國內高校建設成效卻不盡如人意。除了經費以及學校政策等因素外，科研人員對機構知識庫心存擔憂而不愿提交卻是最大阻力，表現為如下“四大擔憂”。

2.1擔憂數據安全

大部分高校機構知識庫都由圖書館等機構單獨建設，所有數據都集中存放在圖書館的服務器或托管在學校服務器上，如遇硬件損壞或被黑客攻擊，很容易造成數據遺失或被篡改。不準確或缺失的數據會給科研人員自身或其他研究者造成誤導，使得后續的科學研究偏離正確的軌道。

2.2擔憂知識產權得不到保障

機構知識庫收錄的數字資源很多是沒有正式發表的，科研人員擔心成果錄人機構知識庫后會被別有用心的人剽竊，自己的權益得不到保障，從而不愿提交成果數據到機構知識庫[10]。

2.3擔憂隱私泄露

隱私不但包括個人信息等具體隱私，還包括抽象隱私。機構知識庫的目標是收錄本機構所有科研人員的所有科研成果，如果收集齊全，科研人員擔心有人對某人或某個團隊的成果進行大數據分析，從而了解掌握其研究行為、研究思路和未來研究方向等抽象隱私數據。

2.4擔憂數據被不正當使用

科研人員的部分數據僅愿意在機構內部或者特定范圍內共享，他們擔心數據廣泛共享會遭到剽竊或被用作商業用途[]；擔心部分未公開發表的涉及機密等敏感數據泄漏，影響到其科研成果的新穎性。

3區塊鏈應用于高校機構知識庫的契合性分析

3.1 區塊鏈技術概述

區塊鏈技術是一種分布式賬本技術，結合分布式存儲、P2P、密碼學、共識機制、智能合約等技術，通過增加數據區塊形成區塊鏈來記錄信息[4]。區塊鏈技術因其優越特性，被應用于金融、物流、版權、醫療、教育等諸多領域。其工作原理為：當有新的信息需要被記錄時，某分布式節點將這些信息打包成一個新的區塊，并廣播給整個網絡。其他節點會驗證這個新區塊的有效性，如果驗證通過，則會將其加入自己的區塊鏈中，并再次廣播給整個網絡。

3.2 區塊鏈的應用價值

將區塊鏈技術應用于高校機構知識庫的建設，能有效解決科研人員的“四大擔憂”。這是由區塊鏈技術的去中心化、可編程、可追溯、匿名和安全等特性決定的。

3.2.1去中心化和安全性

去中心化和安全性可解決科研人員擔憂的數據被篡改問題。區塊鏈采用去中心化的分布式存儲方式，每個區塊的哈希值由交易數據和包括前一區塊哈希值的頭部信息經過特定的哈希算法計算得出（見圖1）。如果有人想篡改某節點的歷史數據，除非能破解整條區塊鏈上所有哈希值，并且篡改所有其他節點的相應數據。哈希算法采用的是單向加密機制，是一種不可逆的算法，想要破解整條鏈上的所有哈希值是相當困難的，而且操作者必須有所有節點的修改權限，因而想要篡改歷史數據是不可能實現的。融合區塊鏈技術的機構知識庫能有效避免數據被篡改的問題，并且不用擔心單點故障導致數據遺失，這對數據的長期保存也十分有利。

圖1科研成果區塊鏈數據結構

3.2.2 可追溯性

可追溯性可解決科研人員擔憂的版權問題。區塊鏈采用帶時間戳的塊鏈式存儲結構，具有可追溯性，同時由于區塊鏈技術采用了多重驗證機制，區塊數據是極其安全、難以攻擊和不可篡改的。時間戳是證明知識產權的有效時間證據。作者將創作日期、作者信息、版權證明、授權書等成果信息提交到融合區塊鏈技術的機構知識庫，可以有效地從機構知識庫追溯到成果的創作日期和所有權等版權信息，同時可以為一些成果出具首創性證明（見圖1）。

3.2.3 匿名性

匿名性可解決科研人員擔憂的隱私泄漏問題。在區塊鏈中，可以匿名交換數據，各個節點無須知道彼此的身份和個人信息即可進行數據交換[12]，因而科研人員可以選擇一定時期內匿名發布成果，或者將一些較為敏感的數據僅上鏈暫時不發布出來，從而保障其隱私不被泄露。科研人員上傳的數據越多越全，將獲得更多、更全、更精準的學科服務、定制推薦、科研服務等。

3.2.4 可編程性

可編程性可解決科研人員擔憂的數據被濫用問題。智能合約技術使區塊鏈具有可編程性，智能合約是一段代碼，滿足條件會自動執行，任何人無法更改[13]。智能合約中，科研人員和機構可以就上鏈成果的瀏覽、下載等約定好規則，當滿足條件時，才可以瀏覽和下載，避免惡意下載和無權限方下載，避免數據被濫用。

4融合區塊鏈技術的高校機構知識庫架構體系

4.1高校機構知識庫區塊鏈網絡構建

4.1.1 區塊鏈類型選擇

區塊鏈可以分為公有鏈、聯盟鏈、私有鏈三類。三類區塊鏈各有優劣：公有鏈去中心化程度最高，數據公開透明，任何人都可以參與競爭記賬及查看鏈上數據，這對于包含大量敏感信息的高校機構知識庫來說，隱私保護難度極大，即使采用加密技術，也難以完全消除數據泄露的風險，不符合高校對數據隱私保護的嚴格要求；聯盟鏈相較于公有鏈數據被惡意攻擊和泄露的風險更低，適合部署于多個主體組成的聯盟團體，例如區域性的高校聯盟，這也不符合高校建立自有機構知識庫的要求；私有鏈通常部署于單個機構，適用于機構內部數據保存和管理，共識節點均來自機構內部，其網絡規模一般較小，達成共識度高，是三類區塊鏈里效率和隱私性最高的，與中心化數據庫的性能接近，私有鏈依托參與者之間的互信機制，可以有效降低惡意節點的干擾風險，從而更高效達成數據的強一致性共識[13]。高校作為一個科研成果產出量較大的獨立機構，部門體系完善，知識資產由多部門保存、管理，且含有大量隱私等敏感數據，符合部署私有鏈的極佳條件。

4.1.2 區塊鏈共識機制選擇

共識機制作為區塊鏈技術的核心組件與關鍵支撐，其選擇也是極其重要的。區塊鏈使用的共識機制常見有工作量證明（PoW）、權益證明（PoS）、實用拜占庭容錯（PBFT）[14]。高校機構知識庫涉及眾多部門和用戶，數據的一致性、準確性和及時性至關重要。與PoS不同，PBFT能在節點存在故障或惡意行為的情況下，依然保證系統達成共識并保持可靠性，非常適合這種對數據可靠性要求極高的場景。例如，科研人員從不同節點上傳科研成果到知識庫，PBFT機制可確保各節點對這些數據的記錄一致。PBFT不需要像PoW那樣消耗大量算力，交易處理速度快，能快速確認數據上鏈，適合高校機構知識庫頻繁的數據更新需求。因此，在高校相對可控的網絡環境下，節點身份易于管理，選擇PBFT可更好地發揮其容忍一定比例拜占庭節點的優勢。

4.1.3構建區塊鏈網絡

自從2004年機構知識庫與圖書館結合[15]后，高校圖書館就肩負起了建設高校機構知識庫的重任。高校利用區塊鏈技術建設機構知識庫，可以采取由圖書館牽頭，聯合信息中心、科研處、教務處、研究生院等部門進行聯合建設，結合分布式存儲技術，構建高校機構知識庫網絡（見圖2）。將每個部門設置為私有鏈的節點，機構知識庫通過這些分布式節點來存儲知識資產，并使用區塊鏈的點對點傳輸、共識機制、密碼學、智能合約等技術來收集、管理和利用知識資產。系統自動采集能夠獲取的相關成果數據，由操作員和科研人員向機構知識庫補充提交科研成果，相關部門或操作員通過共識機制對提交和采集的數據進行審核，審核通過后，再將成果上鏈。科研人員同時享有圖書館提供的學者服務，用戶也可以通過智能合約檢索，下載機構知識庫的數字化資源。

圖2高校機構知識庫網絡架構

4.2高校機構知識庫系統構建

設計將區塊鏈基礎架構的\"六層模型”——數據層、網絡層、共識層、激勵層、合約層、應用層融合到高校機構知識庫的系統架構中。高校機構知識庫主要包括四個模塊：系統數據、知識管理、知識服務、學者服務模塊（見圖3）。

4.2.1系統數據模塊

系統數據模塊是高校機構知識庫的數據存儲和管理中心，存儲著所有數據信息，包括學者信息、機構信息、用戶信息、成果數據和時間戳等，每條被記錄的信息和數據都標有時間戳。其存儲方式如下：

（1）分布式存儲。根據去中心化的理念，分布式賬本可將數據分散存儲在多個節點，每個節點都存儲所有數據，這樣能防止某個節點硬件損壞或被侵人所產生的數據丟失或篡改，避免現有機構知識庫集中存儲引起的數據安全性不足的問題。

（2）鏈上與鏈下存儲相結合。由于成果的數據量較大，且隨著時間的推移，數據量會越來越大，因而設計將數據的關鍵信息和哈希值等上鏈，重點保護科研人員的隱私，其余成果數據等采用鏈下存儲。

（3）加密存儲。所有敏感數據都需經過加密算法處理，才能寫入系統數據模塊，以確保數據的安全性和防篡改性，只有經過授權的用戶，憑借私鑰才能解密訪問，有效解決科研人員擔憂的隱私泄漏和數據被篡改問題。

圖3高校機構知識庫系統架構

4.2.2知識管理模塊

知識管理模塊包括成果的采集、提交、驗證和知識資產管理等關鍵環節，主要實現知識資產收集和管理功能。由于多個節點共同維護數據，采集和提交的數據會出現不一致問題，采取實用拜占庭容錯（PBFT）共識機制，可使各節點就新加人或更新的知識數據達成一致，確保所有節點數據同步，維持數據一致性，相較現有機構知識庫數據更具準確性。

（1）成果采集。科研人員的大部分前期成果數據通過系統自動采集得來，采集的對象包括圖書館數據庫、科研系統、教學成果系統、碩士博士論文系統等，采集的數據須經操作員整理和復核。

（2）成果提交。收錄成果數據的另一個途徑是由操作員、科研人員或其授權人提交，提交的數據主要是未公開發表的報告、數據、文稿等，成果提交的設計遵循盡量減少科研人員操作的原則。

（3）數據驗證。在共識機制下，采集和提交的成果數據經操作員或相應部門驗證成功后，節點為每項成果分配知識資產編號，再將其打包成新的區塊并在區塊鏈網絡進行全網廣播，其余節點通過驗證機制驗證這個新區塊的有效性，驗證成功后，則會將其加入自己的區塊鏈中，然后再廣播至全網，當所有節點都增加此區塊后，這些成果即被成功收錄。若有惡意節點試圖篡改數據，需控制超過半數節點，在多部門節點參與的環境下極難實現，從而有效解決現有機構知識庫數據可信度不高的問題。

（4）知識資產管理。所有被收錄的成果數據，都作為知識資產存儲在成果數據中，經科研人員本人授權才能使用。對于不斷更新的內容，如學術論文的修訂版、科研項目的進展報告等，分布式賬本記錄每次更新的時間、內容和作者信息，形成完整的版本歷史，方便追溯和管理。通過知識資產管理，科研人員可以查詢自己的成果數據，并進行補充、糾錯、管理等；人事、科研等部門可以查詢和統計相關成果數據，為職稱評聘、業績考核、學科建設等工作提供重要參考；各院系部通過統計分析，可以組織科研組分析以往不足、研討未來研究方向。

4.2.3知識服務模塊

“藏是為了用”，將知識資產利用起來才能發揮知識保存的價值。知識服務模塊在智能合約中，通過P2P傳輸為用戶提供相應權限的成果數據檢索、下載等服務，以web的形式呈現在用戶面前。

（1）用戶認證。用戶使用私鑰對登錄信息或操作請求進行簽名，系統通過公鑰驗證簽名，認證用戶身份真實性與操作合法性，防止非法訪問與惡意篡改，再根據智能合約自動判斷用戶角色的訪問權限，并根據權限在頁面展現對應的服務內容。

（2）統一檢索。為方便用戶使用，圖書、論文、專利、文稿等所有類型的成果數據統一途徑檢索，用戶只能檢索和下載有權限的文獻。用戶輸入檢索詞時實行關鍵詞聯想功能，即當用戶輸入關鍵詞時，檢索框下面出現下拉框自動推薦相關的詞匯、短語或者句子，推薦的內容除根據相關程度，還結合內容的被搜索頻次。

（3）學科導航。提供按學科瀏覽成果數據，同時發布學科最新動態前沿，以及機構最新成果，列出學科相應“熱搜”，推薦核心資源。

（4）統計、排行。對各類成果數據量、檢索頻次、檢索詞、下載量等數據進行統計，記錄用戶使用行為，以期通過數據分析提升知識服務水平。在用戶頁面列出檢索詞排行、下載排行、引用排行等有利于輔助用戶使用和研究的統計數據。

4.2.4學者服務模塊

學者服務模塊主要通過分析科研人員提交的成果數據，結合其所填報研究方向，為科研人員提供專屬信息服務；制定代幣激勵機制，智能合約自動為科研成果貢獻者發放相應獎勵代幣，科研人員可以在圖書館的查收查引、科技查新等收費項目中使用代幣進行抵扣；并且針對獲得累計代幣多的科研人員，由學科館員提供更加專業、人性化的科研服務。通過代幣激勵機制鼓勵科研人員積極參與，有效解決現有機構知識庫科研人員參與熱情不足的問題。

（1）成果服務。為科研人員統計和分析其成果數據，生成相對應的曲線圖或柱狀圖，提供研究影響力評估、引文分析和其他社會評價等服務。

（2）學科服務。為科研人員提供如下服務：提供所屬學科的資源列表或學術動態，包括推薦閱讀、會議信息；文獻檢索與傳遞幫助用戶查找和獲取所需的學術文獻；提供線上與線下的學術會、研討會、研討間等，促進學科內的學術交流；利用各種工具和數據庫分析學科的發展趨勢，為研究人員提供選題參考。

（3）知識產權。提供有關知識產權的創造、保護及其合規性等方面的咨詢和服務，利用區塊鏈技術的不可篡改性和可追溯性為科研人員提供知識產權證明，為科研人員的合法權益保駕護航。

（4）個性化服務。根據科研人員的特定需求提供個性化服務，如定題服務、一對一咨詢、文獻軟件的技術支持等。

5 結語

本研究針對我國高校機構知識庫建設不足的現狀和現實阻力，提出并構建具有去中心化等特性的融合區塊鏈技術的高校機構知識庫架構體系。不過單一高校的機構知識庫作為知識資產管理之用尚可，但作為資源共享和交流之用，資源還是略顯單薄，未來機構知識庫向聯盟化發展有利于解決此問題。當機構知識庫聯盟成員足夠多時，其資源量將相當可觀，也將更有助于科研人員進行科學研究和交流，類似于開源軟件，交流越多越頻繁，集眾多科研人員的智慧，將能促使研究成果的更快實現；且資源足夠豐富時，用戶更加樂于使用機構知識庫，資源越能滿足用戶需求，圖書館需要購置的電子資源將越少，從而更加節省經費。聯盟后，每個聯盟成員可以有一個或多個節點，從而組成區塊鏈的聯盟鏈，更多節點的加入也更加突出區塊鏈去中心化的特性，數據將更加難以被篡改、更加安全，知識產權的溯源也將更有權威性。

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作者簡介：曾云華，男，碩士，館員。研究方向：智慧圖書館、人工智能。

楊順，男，館員。研究方向：智慧圖書館。郭韞麗，女，碩士，副研究館員。研究方向：信息服務。

（收稿日期：2025—01—14責任編輯：侯鵬娟）