師衍輝 韓牧哲 劉桂鋒

摘 要：[目的]建設(shè)可長期使用和保存的數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)平臺是開展科研數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)服務(wù)的核心環(huán)節(jié)和關(guān)鍵。[方法]文章針對機(jī)構(gòu)知識庫科學(xué)數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)平臺存在的數(shù)據(jù)規(guī)范性、可信任度、安全性和隱私問題，利用區(qū)塊鏈技術(shù)的安全、公正和去中心化等特性，提出融入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)的機(jī)構(gòu)知識庫科學(xué)數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)模型。[結(jié)果/結(jié)論]本模型能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)構(gòu)知識庫科學(xué)數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)的基本功能，保障數(shù)據(jù)存儲的安全，提高科學(xué)數(shù)據(jù)共享的效率、利用率和知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)力度。

關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈;機(jī)構(gòu)知識庫;數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù);科學(xué)數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)管理

DOI：10.3969/j.issn.1008-0821.2020.01.011

〔中圖分類號〕G250.76 〔文獻(xiàn)標(biāo)識碼〕A 〔文章編號〕1008-0821（2020）01-0101-09

Research on Scientific Data Curation Model of Institutional Knowledge

Repository Integrated with Block Chain Technology

Shi Yanhui1 Han Muzhe2 Liu Guifeng3*

（1.Library，Jiangsu University of Science and Technology，Zhenjiang 212003，China;

2.School of Information Management，Central China Normal University，Wuhan 430079，China;

3.Institute of Science and Technology Information，Jiangsu University，Zhenjiang 212013，China）

Abstract：Building a data curation platform that can be used and saved for a long time is the core link and key of scientific research data curation service.Aiming at scientific data curation platform of institutional repository data standardization，dependability，security and privacy problem，using the block chain technology，such as security，justice and decentralized features，put forward chain technology into blocks of institutional repository of scientific data curation model.This model can realize the basic function of scientific data curation of institutional knowledge base，ensure the security of data storage，and improve the efficiency and utilization rate of scientific data sharing and intellectual property protection.

Key words：block chain;institutional knowledge repository;data curation;scientific data;data management

20世紀(jì)90年代開始，開放獲取運(yùn)動（Open Access，OA）在圖書情報(bào)、編輯出版和新聞傳播領(lǐng)域快速興起[1]。這種旨在消除科學(xué)數(shù)據(jù)間的價(jià)格壁壘和許可壁壘，促進(jìn)科學(xué)數(shù)據(jù)共享和廣泛使用的倡議很快獲得了廣泛關(guān)注。在開放獲取理念的倡導(dǎo)下，國內(nèi)外的高校和科研機(jī)構(gòu)紛紛將機(jī)構(gòu)知識庫的建設(shè)作為其科研信息服務(wù)的重點(diǎn)。設(shè)立機(jī)構(gòu)知識庫的初衷主要是為實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)：其一是實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)知識庫中科研成果的開放獲取，打破傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享壁壘，促進(jìn)知識的交流和再生產(chǎn);其二是可以長期保存建設(shè)機(jī)構(gòu)的科研成果，提升機(jī)構(gòu)的學(xué)術(shù)影響力和成果展示度，彰顯機(jī)構(gòu)的學(xué)術(shù)聲望、學(xué)術(shù)水平和社會價(jià)值[2]。

機(jī)構(gòu)知識庫在被提出來后發(fā)展迅速，但是在廣泛關(guān)注和快速發(fā)展的背后，機(jī)構(gòu)知識庫的建設(shè)和應(yīng)用也遇到了一些問題：一方面，承擔(dān)機(jī)構(gòu)知識庫建設(shè)的高校和科研機(jī)構(gòu)容易受制于自身知識資源儲備、專業(yè)人才儲備和資金及技術(shù)上的制約，服務(wù)范圍面向單一機(jī)構(gòu)本身容易限制機(jī)構(gòu)知識庫的可持續(xù)發(fā)展;另一方面機(jī)構(gòu)知識庫與傳統(tǒng)的學(xué)科庫相比，用戶認(rèn)知度和用戶參與度都并不理想，這主要是由于機(jī)構(gòu)知識庫定位模糊而且服務(wù)理念尚不完善所致。針對這兩方面問題，需要由圖書館員通過協(xié)助學(xué)者完善數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)來促進(jìn)共享，積極幫助形成向各自領(lǐng)域的學(xué)科庫發(fā)布數(shù)據(jù)成果，建設(shè)可長期使用和保存的數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)平臺[3]。

當(dāng)前數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)平臺在數(shù)據(jù)組織的持續(xù)性和可擴(kuò)展性方面存在不足，存儲數(shù)據(jù)遭到破壞、更改、泄露或丟失風(fēng)險(xiǎn)[4]，數(shù)據(jù)內(nèi)容揭示與服務(wù)方式深讀不夠[5]，數(shù)據(jù)的異構(gòu)性與數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)之間矛盾突出[6]等多種懸而未決的實(shí)際問題，方興未艾的區(qū)塊鏈技術(shù)則因其安全、公正、去中心化等特性為以上問題提供了一個可能的解決方案。本文嘗試將雙鏈?zhǔn)絽^(qū)塊鏈技術(shù)的相關(guān)思想融合到數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)服務(wù)中，并提出相應(yīng)的模型架構(gòu)，以此為未來的數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)服務(wù)開展提供思路。

1 區(qū)塊鏈技術(shù)理論基礎(chǔ)及構(gòu)建機(jī)構(gòu)知識庫科學(xué)數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)模型的可行性

1.1 區(qū)塊鏈技術(shù)理論基礎(chǔ)

區(qū)塊鏈（Blockchain）是由多個獨(dú)立節(jié)點(diǎn)參與的分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，也可理解為由這些獨(dú)立節(jié)點(diǎn)共同維護(hù)的分布式賬簿（DLT，Distributed Ledger Technology），這是一種基于去中心化、去信任思想的數(shù)據(jù)記錄方式。由此延伸可知區(qū)塊鏈技術(shù)是一種不依賴任何第三方、通過自身分布式節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互、驗(yàn)證、存儲的技術(shù)方案[7]。

區(qū)塊鏈技術(shù)之所以備受矚目，很大程度上是因?yàn)檫@種技術(shù)方案從根本上改變了人們的信任模式。傳統(tǒng)的信息交流和價(jià)值交換過程必須通過中介進(jìn)行，中介作為信息交流和價(jià)值交換中的第三方，為網(wǎng)絡(luò)中互不信任的各個節(jié)點(diǎn)搭建橋梁，信息和價(jià)值被集中至中心節(jié)點(diǎn)，再由中心節(jié)點(diǎn)甄別后分配給目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。這種中心化的組織形式為信息和價(jià)值的交流活動增加了成本、降低了效率，且中心節(jié)點(diǎn)一旦遭受攻擊，就將會威脅到整個網(wǎng)絡(luò)的安全。而區(qū)塊鏈技術(shù)則提供了一種無需信任單個節(jié)點(diǎn)，并能創(chuàng)建共識網(wǎng)絡(luò)的方法解決了點(diǎn)對點(diǎn)通信中的基本問題，即拜占庭將軍問題（Byzantine Failures）。

區(qū)塊鏈的工作原理（見圖1）是將數(shù)據(jù)分成不同的區(qū)塊（Block），每個區(qū)塊的塊身（Body）存儲項(xiàng)目（Item），塊頭（Header）包含對前一區(qū)塊的塊頭進(jìn)行哈希函數(shù)（Hash Function）計(jì)算所得到的哈希值，各個區(qū)塊之間都由其塊頭的哈希值與先前的區(qū)塊緊密相連成為一個鏈條（Chain）[8]。

圖1 區(qū)塊鏈工作原理示意圖

這種塊鏈結(jié)構(gòu)是完全時序的，每一個區(qū)塊在創(chuàng)建之時都會被賦予一個無法篡改和偽造的時間戳，這使得整個數(shù)據(jù)庫擁有可回溯的完整歷史;網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點(diǎn)獨(dú)立作業(yè)，它們享有同樣的權(quán)利和義務(wù)，這保證了網(wǎng)絡(luò)中絕不存在有特殊權(quán)力的中心節(jié)點(diǎn)，真正實(shí)現(xiàn)了去中心化;整個網(wǎng)絡(luò)中的所有數(shù)據(jù)都是開放的，所有節(jié)點(diǎn)都存儲著相同的信息，同時它們也在監(jiān)督和驗(yàn)證其他節(jié)點(diǎn)所存儲信息的可靠性，并通過投票形成共識網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中少于1/3的節(jié)點(diǎn)惡意作弊或遭到攻擊時，系統(tǒng)仍然可以正常工作，這種分布式記錄、傳播和存儲技術(shù)為網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建了高容錯的安全環(huán)境。區(qū)塊鏈技術(shù)的上述關(guān)鍵要素和特性使得它在數(shù)字貨幣和金融領(lǐng)域異彩紛呈，而在本文著重探討的科學(xué)數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)服務(wù)領(lǐng)域，區(qū)塊鏈的上述特性也能夠幫助解決科學(xué)數(shù)據(jù)的組織、共享、保存、增值以及涉及知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)和信息安全的相關(guān)問題。

1.2 區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建機(jī)構(gòu)知識庫科學(xué)數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)模型的可行性

目前，機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)庫建設(shè)成為高校圖書館管理和服務(wù)模式創(chuàng)新的重要領(lǐng)域，功能完備的機(jī)構(gòu)知識庫可以不斷擴(kuò)展圖書館資源，提供專業(yè)的科學(xué)數(shù)據(jù)管理和知識共享服務(wù)。運(yùn)用機(jī)構(gòu)知識庫進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)在取得明顯成績的同時也存在很多問題。主要體現(xiàn)在各部門、各科研人員所提交的科學(xué)數(shù)據(jù)組織規(guī)范性不夠，數(shù)據(jù)提交質(zhì)量參差不齊[9]，科學(xué)數(shù)據(jù)間互聯(lián)互通困難，信息共享和協(xié)同困難;存在中心化困擾，大多數(shù)機(jī)構(gòu)知識庫由單一機(jī)構(gòu)中心化管理，若數(shù)據(jù)被篡改，用戶無法驗(yàn)證真實(shí)性[10];缺乏對數(shù)據(jù)內(nèi)容深度標(biāo)引，無法為科學(xué)研究者提供一站式檢索服務(wù);知識庫建設(shè)和管理過程中，存在安全性和隱私問題，知識產(chǎn)權(quán)問題亟需得到保障[11]。

區(qū)塊鏈技術(shù)對解決機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)庫中存在的問題具有可行性。作為由多個獨(dú)立節(jié)點(diǎn)參與的分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，區(qū)塊鏈本身就是一種數(shù)據(jù)庫技術(shù)，它的應(yīng)用、存儲對象和技術(shù)要素本身與機(jī)構(gòu)知識庫就是相同的?？茖W(xué)數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)的生命周期，區(qū)塊鏈技術(shù)的時間鏈特性也完全匹配這一期望，可見用區(qū)塊鏈技術(shù)解決機(jī)構(gòu)知識庫科學(xué)數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)中存在的問題是完全可行的[12]。

融合區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建機(jī)構(gòu)知識庫科學(xué)數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)模型具有以下優(yōu)勢。一是區(qū)塊鏈去中心化的特點(diǎn)，能夠使構(gòu)建的機(jī)構(gòu)知識庫平臺更具安全性和可信任度，使收集的科研數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確規(guī)范。二是區(qū)塊鏈技術(shù)中的分布式賬本、塊鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、非對稱性加密算法和智能合約的技術(shù)，能保證機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)庫中的科學(xué)數(shù)據(jù)不可篡改，為保障機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)存儲安全提供保障。三是區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化，使得網(wǎng)絡(luò)中的信息傳播速度和資源利用效率大大提高，可以為用戶一站式檢索和使用提供極大方便。四是運(yùn)用區(qū)塊鏈中的全民記賬和非對稱加密算法，可以對上傳科學(xué)數(shù)據(jù)的用戶提供知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)，只有得到用戶提供者解密許可才能下載使用信息，數(shù)據(jù)安全性和隱私問題能夠得到解決。因此，下文就結(jié)合區(qū)塊鏈的基本思想對機(jī)構(gòu)知識庫科學(xué)數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)模型的功能需求及工作原理進(jìn)行闡述。

2 科學(xué)數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)模型的功能需求

以機(jī)構(gòu)知識庫為基礎(chǔ)的科學(xué)數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)服務(wù)需要按照特定的目標(biāo)、遵循特定的流程、設(shè)置相應(yīng)的功能，再根據(jù)功能需求設(shè)定功能模塊和層次架構(gòu)，并進(jìn)一步闡述模型的工作原理和過程。

一個完整的科學(xué)數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)平臺應(yīng)涉及數(shù)據(jù)生命周期的各個環(huán)節(jié)，涵蓋從數(shù)據(jù)產(chǎn)生之初到數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)利用的循環(huán)過程。英國數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)中心（DCC，Digital Curation Centre）提出的數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)模型從全局上將數(shù)據(jù)生命周期劃分為4個階段，分別為信息描述和表示、數(shù)據(jù)保存計(jì)劃、組織觀察和參與、數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)和保存;并提出了數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)服務(wù)的一般工作和具體工作，涉及數(shù)據(jù)生產(chǎn)、數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)存儲等多個環(huán)節(jié)，其服務(wù)范圍遍及從科研項(xiàng)目構(gòu)思到科研成果利用的整個循環(huán)過程[13]。

參照DCC的流程劃分和功能設(shè)定，本文將科學(xué)數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)劃分為數(shù)據(jù)采集與評價(jià)、數(shù)據(jù)組織與處理、數(shù)據(jù)存儲與發(fā)布、數(shù)據(jù)共享與利用四大基本功能，其中的每一項(xiàng)都可以進(jìn)一步詳細(xì)劃分為幾個相互關(guān)聯(lián)的具體功能，融合雙鏈?zhǔn)絽^(qū)塊鏈技術(shù)的相關(guān)原理，將能夠?qū)崿F(xiàn)特定功能的基本模塊按照工作流程有機(jī)整合，即可獲得整體的科學(xué)數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)模型。本文所構(gòu)建的科學(xué)數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)模型擬具備的具體功能如表1所示。

3 融合區(qū)塊鏈技術(shù)的科學(xué)數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)模型的構(gòu)建及功能闡述

服務(wù)項(xiàng)目，它會在其原有的服務(wù)理念范疇內(nèi)不斷融合新的技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)對科學(xué)數(shù)據(jù)更好地保存、共享和增值。以上四大基本功能和15種具體功能，需要依靠融合了各種技術(shù)的不同功能模塊加以實(shí)現(xiàn)，其中許多環(huán)節(jié)在現(xiàn)實(shí)中已經(jīng)有較為成功的實(shí)踐案例。因而本文在之后的模型構(gòu)建環(huán)節(jié)，將著重從總體上闡釋雙鏈?zhǔn)絽^(qū)塊鏈技術(shù)在面向機(jī)構(gòu)知識庫或機(jī)構(gòu)知識庫聯(lián)盟的科學(xué)數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)服務(wù)中的作用方式，較大程度上保持科學(xué)數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)平臺在具體功能選擇上的靈活性和可擴(kuò)展性。

3.1 模型整體架構(gòu)

融合區(qū)塊鏈技術(shù)的機(jī)構(gòu)知識庫科學(xué)數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)模型是針對機(jī)構(gòu)知識庫聯(lián)盟構(gòu)建的，結(jié)合上述科學(xué)數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)的相關(guān)功能和區(qū)塊鏈技術(shù)的相關(guān)特點(diǎn)，可以將模型從整體上分為3個層次，分別是上層的用戶界面、中間的機(jī)構(gòu)設(shè)置、下層的聯(lián)盟設(shè)置。3個層次的設(shè)置分別為：

1）用戶界面。用戶界面向服務(wù)范圍內(nèi)的所有用戶提供交互平臺，支持PC端和移動終端互操作，可以同時提供網(wǎng)頁版本和App應(yīng)用兩種形式的用戶界面，并開發(fā)可以嵌入其他常用開源軟件的API平臺。用戶界面的作用主要是指導(dǎo)用戶按照要求提交、獲取和使用科學(xué)數(shù)據(jù)，并提供相應(yīng)的接口。當(dāng)前的用戶界面具有5種基本功能，并可以根據(jù)具體需求進(jìn)行增減。

2）機(jī)構(gòu)設(shè)置。以高校和科研院所圖書館、信息中心為主的成員機(jī)構(gòu)是機(jī)構(gòu)知識庫聯(lián)盟的主體，同時也是數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)服務(wù)的主要倡導(dǎo)者和執(zhí)行者，高校圖書館和信息中心從硬件設(shè)施、人員配置、專業(yè)基礎(chǔ)方面都可以為數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)服務(wù)工作開展的提供保障和平臺[14]。機(jī)構(gòu)知識庫聯(lián)盟的成員機(jī)構(gòu)可以在相對統(tǒng)一的技術(shù)框架內(nèi)，遵循一定的數(shù)據(jù)存儲協(xié)議分別建立自身的數(shù)據(jù)組織平臺和數(shù)據(jù)倉儲，并能夠按照相應(yīng)的數(shù)據(jù)共享協(xié)議向聯(lián)盟中的其他成員進(jìn)行數(shù)據(jù)共享。機(jī)構(gòu)設(shè)置層主要是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)中的數(shù)據(jù)采集與評價(jià)、數(shù)據(jù)描述與處理兩個方面的功能，這兩方面功能的實(shí)現(xiàn)主要利用信息采集、信息檢索、知識組織、數(shù)據(jù)挖掘、計(jì)量分析和可視化方法完成的。

3）聯(lián)盟設(shè)置。機(jī)構(gòu)知識庫聯(lián)盟的數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)平臺是區(qū)塊鏈的運(yùn)行層，內(nèi)設(shè)區(qū)塊鏈?zhǔn)跁r服務(wù)器、3個相互獨(dú)立且能通過連接件同步狀態(tài)的區(qū)塊鏈、以及可以通過指令調(diào)用的分布式倉儲服務(wù)器。聯(lián)盟設(shè)置中的區(qū)塊鏈系統(tǒng)是本文所提出數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)模型與傳統(tǒng)模型的核心區(qū)別，這一設(shè)計(jì)旨在摒棄以傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)為依托所帶來的各種弊端，融合區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建一種效率更高、更加安全且具有法律效力的數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)平臺。

以目前占主流的分布式機(jī)構(gòu)知識庫聯(lián)盟為例，各個成員機(jī)構(gòu)的圖書館和信息中心通常都擁有一定的數(shù)據(jù)存儲和組織能力，并可以擁有進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)布和獲取的門戶，因此，可以為機(jī)構(gòu)知識庫聯(lián)盟的成員機(jī)構(gòu)建立賬戶區(qū)塊鏈（ABC）。但是對于同一個機(jī)構(gòu)而言，它既可以是數(shù)據(jù)的發(fā)布方，也可以是數(shù)據(jù)的使用方，以這種方式可以將每一個成員機(jī)構(gòu)按照其所扮演角色的不同分別建立兩條獨(dú)立的ABC：數(shù)據(jù)發(fā)布時的賬戶區(qū)塊鏈ABC-S，數(shù)據(jù)使用時的賬戶區(qū)塊鏈ABC-U。之所以進(jìn)行采用設(shè)計(jì)，一方面是為了負(fù)載平衡，另一方面同一機(jī)構(gòu)內(nèi)部的用戶對自身數(shù)據(jù)資源的維護(hù)和利用也可以得到清晰獨(dú)立地展現(xiàn)。ABC只負(fù)責(zé)查詢、保存賬目、建塊，并不執(zhí)行交易。模型中的兩條ABC分別用于存儲各個成員機(jī)構(gòu)所發(fā)布和使用的數(shù)據(jù)，并根據(jù)用戶操作建塊（對科學(xué)數(shù)據(jù)的發(fā)布、刪除、維護(hù)、更新），實(shí)時進(jìn)行狀態(tài)更新，確保所存儲的數(shù)據(jù)不被篡改。

機(jī)構(gòu)之間或機(jī)構(gòu)用戶內(nèi)部對數(shù)據(jù)資源的訪問、下載、引用、維護(hù)都可以視為交易行為，這種“交易行為”并不是傳統(tǒng)意義上的貨幣交易，但是科學(xué)數(shù)據(jù)作為信息資源，對其分享和利用本身也屬于一種價(jià)值交換行為，使用者需要遵循相應(yīng)的使用條件獲取數(shù)據(jù)，并履行相應(yīng)的義務(wù)，而數(shù)據(jù)發(fā)布者則可因此獲得業(yè)界聲望、同行評議、合作機(jī)會甚至經(jīng)濟(jì)利益，所以這種價(jià)值交換行為也可視作交易行為。在區(qū)塊鏈的架構(gòu)中，交易行為是由TBC執(zhí)行的，它是交易和結(jié)算的通道，它不保存交易雙方的賬戶信息，只負(fù)責(zé)建塊和執(zhí)行交易。在科學(xué)數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)服務(wù)中，對科學(xué)數(shù)據(jù)的訪問、下載、引用、維護(hù)等不同的交易行為都可以在鏈上代碼或應(yīng)用系統(tǒng)中完成，TBC負(fù)責(zé)響應(yīng)用戶請求，根據(jù)用戶指令建塊，自動執(zhí)行交易行為（對科學(xué)數(shù)據(jù)的訪問、下載、引用進(jìn)行授權(quán)）、驗(yàn)證支付（廣播使用記錄并保證ABC信息同步）、保存交易記錄并將交易后狀態(tài)實(shí)時同步到ABC中，并通過賬戶服務(wù)器展現(xiàn)給用戶[15]。

3.2 數(shù)據(jù)存儲與訪問控制

3.2.1 數(shù)據(jù)存儲

為統(tǒng)一機(jī)構(gòu)知識庫聯(lián)盟中各成員機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)存儲方式，以便于快捷完成數(shù)據(jù)檢索和利用，本數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)模型采用鏈下存儲方式，鏈上只存儲數(shù)據(jù)地址，原數(shù)據(jù)經(jīng)過加密后存儲在底層數(shù)據(jù)庫，由各成員機(jī)構(gòu)維護(hù)。當(dāng)數(shù)據(jù)達(dá)到閾值后，成員機(jī)構(gòu)將數(shù)據(jù)經(jīng)過對稱加密后存放至底層數(shù)據(jù)庫，同時將數(shù)據(jù)的輸入時間戳、區(qū)塊長度及前一個區(qū)塊的哈希值作為區(qū)塊頭，根據(jù)訪問控制樹將數(shù)據(jù)位置索引、明文形式的訪問控制策略和數(shù)據(jù)Merkle根加密后打包成塊，存儲至區(qū)塊體中，其后上傳至數(shù)據(jù)倉庫中[16]。其數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3.2.2 訪問控制

1）初始化：機(jī)構(gòu)知識庫聯(lián)盟的數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)平臺設(shè)置統(tǒng)一的安全參數(shù)，由數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)中心CA執(zhí)行產(chǎn)生主密鑰mk和公共參數(shù)pp。

2）身份注冊：通過用戶界面向模型第二層次機(jī)構(gòu)設(shè)置提出注冊申請，獲取其真實(shí)身份對應(yīng)的標(biāo)識UID及屬性集合SU。

3）密鑰分發(fā)：按照密鑰分發(fā)算法KeyGen（mk，Su），CA根據(jù)注冊者屬性集U∈SU，計(jì)算其屬性私鑰、屬性參數(shù)，并由此計(jì)算出使用者的私鑰SK，將其通過安全信道發(fā)送給使用者保存。

區(qū)塊頭區(qū)塊體時間戳區(qū)塊長度父區(qū)塊Hash值數(shù)據(jù)1存儲位置索引數(shù)據(jù)1的訪問策略數(shù)據(jù)Merkle根數(shù)據(jù)2存儲位置索引數(shù)據(jù)2的訪問策略數(shù)據(jù)Merkle根數(shù)據(jù)3存儲位置索引數(shù)據(jù)3的訪問策略數(shù)據(jù)Merkle根………圖3 區(qū)塊體存儲結(jié)構(gòu)

4）加密數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)文件需經(jīng)過文件初篩、質(zhì)量評價(jià)、文件分類生成文件元數(shù)據(jù)和語義元數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)文件需遵循一定的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)規(guī)則從而保證科學(xué)數(shù)據(jù)的組織規(guī)范。為保證數(shù)據(jù)存儲安全，數(shù)據(jù)上傳者可根據(jù)訪問者的屬性對數(shù)據(jù)制定訪問控制策略樹StrGen（Su）→Tcom，隨機(jī)生成對稱加密密鑰rs，數(shù)據(jù)經(jīng)過對稱加密計(jì)算后放入機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)庫聯(lián)盟分布式倉儲的底層數(shù)據(jù)庫中，對稱加密算法可以表示為

SEncrs（（d1，d2，d3，…，dn））→cph

5）數(shù)據(jù)上傳：機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)庫聯(lián)盟中，各個成員機(jī)構(gòu)的圖書館和信息中心擁有進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)布和獲取的門戶，用戶通過成員機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)發(fā)布時的賬戶區(qū)塊鏈ABC-S向聯(lián)盟上傳數(shù)據(jù)。各成員機(jī)構(gòu)間的區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)根據(jù)訪問控制策略樹對數(shù)據(jù)索引地址add、對稱加密密鑰rs進(jìn)行加密，并將其廣播至區(qū)塊鏈。同時節(jié)點(diǎn)生成該數(shù)據(jù)索引id與鏈上數(shù)據(jù)的映射，將其放入底層數(shù)據(jù)庫。

AddGen（cph）→add

SEncCOM（add，rs）→CPH

6）訪問密文：訪問者根據(jù)數(shù)據(jù)索引id在成員機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)使用時的賬戶區(qū)塊鏈ABC-U上查得該數(shù)據(jù)的地址與對稱加密密鑰。若該訪問者沒有權(quán)限訪問此數(shù)據(jù)，則無法得到密鑰rs，無法對索引地址進(jìn)行解密，也就無法訪問原數(shù)據(jù)。若該訪問者屬性滿足訪問控制策略，則其可以解密得到地址add與密鑰rs，然后系統(tǒng)通過TBC響應(yīng)用戶請求，將檢索到的數(shù)據(jù)副本位置信息反饋給用戶，用戶至機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)庫聯(lián)盟分布式倉儲的底層數(shù)據(jù)庫訪問該數(shù)據(jù)[17]。

3.3 數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)模型的功能闡述

除上文中所述的數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)四大基本功能以外，科學(xué)數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)模型還要具備用戶管理和用戶服務(wù)功能，本節(jié)從過程角度對這5種功能及其所對應(yīng)的模型中的各個部分進(jìn)行展開。

3.3.1 用戶管理與服務(wù)功能

1）用戶界面—“用戶注冊/登錄”界面：提供用戶管理功能的交互平臺，按照用戶元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)提供用戶信息采集接口，采集用戶注冊時提供的信息并上傳至用戶數(shù)據(jù)庫，在用戶嘗試登錄系統(tǒng)時驗(yàn)證其訪問權(quán)限。

上傳信息供機(jī)構(gòu)設(shè)置—“用戶信息數(shù)據(jù)庫”模塊繼承。

2）機(jī)構(gòu)設(shè)置—“用戶信息數(shù)據(jù)庫”模塊：制定用戶元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)（聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)用戶元數(shù)據(jù)選項(xiàng)+機(jī)構(gòu)擴(kuò)展用戶元數(shù)據(jù)選項(xiàng)）;接收并響應(yīng)由“用戶注冊/登錄”界面上傳的信息和請求，對用戶信息進(jìn)行審核、管理、驗(yàn)證;按照機(jī)構(gòu)元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)（聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)元數(shù)據(jù)）和聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)用戶元數(shù)據(jù)選項(xiàng)向聯(lián)盟共享本機(jī)構(gòu)及注冊用戶信息。

共享信息供聯(lián)盟設(shè)置—“區(qū)塊鏈”平臺繼承。

3.3.2 數(shù)據(jù)采集與評價(jià)功能

1）用戶界面—“文件上傳/數(shù)據(jù)維護(hù)”界面：為上傳文件、項(xiàng)目信息以及其他附加信息提供接口，引導(dǎo)用戶按照文件用途、類型、格式對文件進(jìn)行分類上傳，并對上傳文件的形式、格式、規(guī)模進(jìn)行初步審查，對成功上傳的文件添加時間標(biāo)記和用戶信息標(biāo)記。

上傳信息供機(jī)構(gòu)設(shè)置—“文件初篩”模塊繼承。

2）機(jī)構(gòu)設(shè)置—“文件初篩”模塊：接收并響應(yīng)“文件上傳/數(shù)據(jù)維護(hù)”界面上傳的信息和請求，審查新上傳數(shù)據(jù)的可讀取性、完整性、規(guī)范性，與數(shù)據(jù)庫中的既有數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行重合比率檢測，篩查所上傳數(shù)據(jù)的合法性;對未通過篩查的數(shù)據(jù)進(jìn)行攔截，并向提供者反饋，通過篩查的數(shù)據(jù)將進(jìn)入質(zhì)量評價(jià)程序。

上傳信息供機(jī)構(gòu)設(shè)置—“文件質(zhì)量評價(jià)”模塊繼承。

3）機(jī)構(gòu)設(shè)置—“文件質(zhì)量評價(jià)”模塊：接收“文件初篩”模塊上傳的信息，由機(jī)構(gòu)內(nèi)相應(yīng)的數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)人員協(xié)助作者或項(xiàng)目負(fù)責(zé)人對文件中科研成果的成熟度、數(shù)據(jù)內(nèi)容的新穎性和學(xué)術(shù)價(jià)值進(jìn)行質(zhì)量評價(jià)，制定相應(yīng)的數(shù)據(jù)管理計(jì)劃，選擇合適的數(shù)據(jù)共享和存儲策略;通過質(zhì)量評價(jià)的文件將按照其管理計(jì)劃進(jìn)行備份、歸檔，分配文件編號，在索引列表中創(chuàng)建文件索引條目。

上傳信息供機(jī)構(gòu)設(shè)置—“文件分類”模塊繼承;生成信息供機(jī)構(gòu)設(shè)置—“文件描述”模塊、“搜索引擎”模塊和聯(lián)盟設(shè)置—“機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)集倉儲”模塊繼承。

3.3.3 數(shù)據(jù)組織與處理功能

1）機(jī)構(gòu)設(shè)置—“文件分類”模塊：接收“文件質(zhì)量評價(jià)”模塊上傳的信息，按照文件中數(shù)據(jù)的用途、形式、成熟度、開放程度進(jìn)行分類，為不同類型的數(shù)據(jù)分別匹配相應(yīng)的數(shù)據(jù)組織策略;按照數(shù)據(jù)類型所對應(yīng)的文件格式標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，使其保存為方便存儲的通用文件格式。

生成信息供機(jī)構(gòu)設(shè)置—“文件描述”模塊和聯(lián)盟設(shè)置—“機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)集倉儲”模塊繼承。

2）機(jī)構(gòu)設(shè)置—“文件描述”模塊：按照文件及其所包含數(shù)據(jù)的不同分類，選取或制定相應(yīng)的元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，并向聯(lián)盟成員共享。接收“文件質(zhì)量評價(jià)”模塊和“文件分類”模塊生成的信息，進(jìn)行文件描述，這部分工作可分為文件信息描述和內(nèi)容信息描述兩部分：前者按照文獻(xiàn)編目規(guī)則描述文件外部信息，生成文件元數(shù)據(jù);后者按照數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)規(guī)則對文件中的數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行知識元提取和語義關(guān)聯(lián)組織，生成語義元數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)共享和利用工作提供便利。

生成信息供機(jī)構(gòu)設(shè)置—“搜索引擎”模塊和聯(lián)盟設(shè)置—“區(qū)塊鏈”平臺、“機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)集倉儲”模塊繼承。

3.3.4 數(shù)據(jù)存儲與發(fā)布功能

1）聯(lián)盟設(shè)置—“機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)集倉儲”模塊：遵循“文件質(zhì)量評價(jià)”模塊確定的數(shù)據(jù)存儲策略為從“文件分類”模塊接收的標(biāo)準(zhǔn)文件和索引文件匹配相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲計(jì)劃，設(shè)定數(shù)據(jù)保存期和數(shù)據(jù)備份計(jì)劃;參照“文件描述”模塊的文件和語義元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)分別在本地構(gòu)建文件倉儲和語義數(shù)據(jù)集，兩個數(shù)據(jù)集通過設(shè)定的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)規(guī)則進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)集倉儲是聯(lián)盟中各成員機(jī)構(gòu)的本地倉儲，其中向聯(lián)盟共享的部分需要遵循聯(lián)盟統(tǒng)一的元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行組織和存儲，并能通過一定的數(shù)據(jù)共享協(xié)議遠(yuǎn)程調(diào)用;其他非共享數(shù)據(jù)可以由成員機(jī)構(gòu)自行設(shè)定組織和存儲策略。

2）聯(lián)盟設(shè)置—“分布式倉儲聯(lián)盟”模塊：該模塊實(shí)際上是按照機(jī)構(gòu)知識庫聯(lián)盟的數(shù)據(jù)共享協(xié)議構(gòu)建的聯(lián)盟分布式存儲平臺，它將各成員機(jī)構(gòu)所構(gòu)建的本地?cái)?shù)據(jù)倉儲中的共享部分按照相對統(tǒng)一的數(shù)據(jù)組織標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)存儲協(xié)議、數(shù)據(jù)共享協(xié)議、數(shù)據(jù)訪問與傳輸協(xié)議整合成一個整體的分布式數(shù)據(jù)倉儲聯(lián)盟[18]。

分布式數(shù)據(jù)倉儲聯(lián)盟本身可以不提供存儲空間，其主要職責(zé)是對聯(lián)盟成員的所存儲的數(shù)據(jù)資源進(jìn)行統(tǒng)籌和協(xié)調(diào)，制定、接收并更新面向聯(lián)盟成員的數(shù)據(jù)組織和存儲規(guī)范，優(yōu)化成員機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)，并在必要的情況下對各成員機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)存儲任務(wù)進(jìn)行協(xié)調(diào)，促使整個機(jī)構(gòu)知識庫聯(lián)盟的存儲能力最大化。

3）機(jī)構(gòu)設(shè)置—“數(shù)據(jù)發(fā)布”模塊：協(xié)助作者或項(xiàng)目負(fù)責(zé)人按照數(shù)據(jù)共享策略對上傳的數(shù)據(jù)資源進(jìn)行發(fā)布，為其后的數(shù)據(jù)共享和利用做準(zhǔn)備。數(shù)據(jù)共享策略中所嵌入的基本問題主要包括對于指定的數(shù)據(jù)資源，是否保密（保密級別、保密期限、保密范圍）、是否向聯(lián)盟內(nèi)部共享、是否共享全文（共享全文內(nèi)容、共享部分內(nèi)容、僅共享題錄）、是否向聯(lián)盟外部共享（其他機(jī)構(gòu)知識庫或機(jī)構(gòu)庫聯(lián)盟、外部學(xué)科庫）、是否發(fā)布為關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)等。

3.3.5 數(shù)據(jù)共享與利用功能

1）用戶界面—“信息檢索”界面：提供信息資源接口，接收“搜索引擎”模塊的檢索結(jié)果并向用戶反饋，提供多樣化、多語種、可限定范圍的檢索窗口，對于公開資源可以嵌入第三方搜索引擎的檢索界面和檢索功能。

上傳信息供機(jī)構(gòu)設(shè)置—“搜索引擎”模塊繼承。

2）機(jī)構(gòu)設(shè)置—“搜索引擎”模塊：接收并響應(yīng)“信息檢索”界面上傳的用戶請求，調(diào)用聯(lián)盟共享的文獻(xiàn)索引和元數(shù)據(jù)倉儲，定位已發(fā)布的數(shù)據(jù)資源，向“分布式倉儲聯(lián)盟”提出數(shù)據(jù)請求，并將檢索結(jié)果展現(xiàn)給用戶。

生成信息供用戶界面—“信息檢索”界面、“數(shù)據(jù)訪問與下載”界面繼承。

3）用戶界面—“數(shù)據(jù)訪問與下載”界面：為用戶提供數(shù)據(jù)獲取門戶，支持對數(shù)據(jù)資源的線上瀏覽、使用、獲取，按照共享協(xié)議和用戶權(quán)限向用戶呈現(xiàn)相關(guān)的訪問和下載條件。根據(jù)“搜索引擎”所提供的數(shù)字資源定位信息，生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)訪問和下載鏈接，并按照用戶的信息需求和獲取權(quán)限向用戶呈現(xiàn)。

這一界面僅是與用戶進(jìn)行信息交換的門戶，具體的數(shù)據(jù)資源共享過程由聯(lián)盟設(shè)置—“區(qū)塊鏈”平臺完成。

4）聯(lián)盟設(shè)置—“區(qū)塊鏈”平臺：區(qū)塊鏈平臺是在整個模型中充當(dāng)信息樞紐，數(shù)據(jù)的上傳、存儲、更新、共享、獲取、利用的各個環(huán)節(jié)中所存在的信息交換都會以區(qū)塊鏈的方式來完成。因此，區(qū)塊鏈平臺實(shí)際上是多功能的。

5）機(jī)構(gòu)設(shè)置—“統(tǒng)計(jì)分析與可視化”模塊：科學(xué)數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)模型可以采集數(shù)據(jù)生命周期內(nèi)的所有開放動態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并進(jìn)行可視化展示，方便科研工作者對學(xué)術(shù)動態(tài)進(jìn)行真實(shí)的掌握，從而促進(jìn)科學(xué)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步共享和利用。用戶界面—“統(tǒng)計(jì)分析”界面是該模塊的用戶終端門戶。

4 結(jié) 語

相比于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)模型，本研究所建立的模型通過融合雙鏈?zhǔn)絽^(qū)塊鏈技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了用戶管理與服務(wù)、數(shù)據(jù)采集與評價(jià)、數(shù)據(jù)組織與處理、數(shù)據(jù)存儲與發(fā)布、數(shù)據(jù)共享與利用五大基本功能，完整的實(shí)現(xiàn)了機(jī)構(gòu)知識庫科學(xué)數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)和管理的整個流程，解決了知識庫中不同機(jī)構(gòu)、用戶和標(biāo)準(zhǔn)間的協(xié)調(diào)問題，以及面對用戶需求并發(fā)帶來的計(jì)算量激增和數(shù)據(jù)傳輸存儲安全問題。

這種融合雙鏈?zhǔn)絽^(qū)塊鏈技術(shù)的數(shù)據(jù)監(jiān)護(hù)模型可以實(shí)現(xiàn)科學(xué)數(shù)據(jù)自助、及時、安全的共享，在整個過程中完全可以在無需聯(lián)盟監(jiān)視和代理的情況下對用戶需求做出全天候及時響應(yīng)，不僅極大地提高了數(shù)據(jù)共享的效率和利用率，也能夠通過區(qū)塊鏈技術(shù)不可篡改的時間戳和智能合約保證數(shù)據(jù)共享的安全性和知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)。

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（責(zé)任編輯：郭沫含）