区块链技术在实验室资源共享中的应用

区块链技术在实验室资源共享中的应用

区块链技术是一种基于分布数据存储、共识机制、点传输、加密和其他信息技术的新信息连接模式。区块链技术源于比特币,其本质是一个去中心化的分布式数据库,同时作为比特币的底层技术,是一串与密码学方法相关联产生的数据块,保证数据的安全可靠。利用区块链技术的上述特点,可以构建起陌生用户之间点对点的安全交易根据节点权限不同,区块链分为公有链、私有链和联盟链三类。公有链目前应用最为广泛,区块链中所有节点都可以发起点对点的交易,且及时被有效确认,每个节点可以自由进退网络。私有链由特定组织严格控制参与节点的准入条件,组织根据自身业务要求设定系统运作规则,可有选择地开放读取数据的权限,每个节点的操作权限控制在组织内部。权限介于公有链和私有链之间的区块链,定义为联盟链。通常由若干利益相关的组织联合发起联盟链,节点的加入或退出需要授权,区块链的正常运行由联盟共同负责。世界经济论坛报告指出,区块链是成为继互联网之后又一个在全球范围内备受关注的技术。伴随着区块链技术不断发展,以及热点行业对区块链技术研究投入的不断加大,可以将区块链技术的实践应用分为三个阶段。第一阶段为可编程货币,区块链搭建起了去中心化的一种全新的数字支付系统,可以实现货币交易跨国支付,极大降低交易成本,以比特币为典型代表。第二阶段为可编程金融,借助可编程特点,“智能合约”被引入区块链,和数字货币结合,可编程金融应运而生,传统的诸如私募股权、清算等金融体系正在被颠覆。第三阶段为可编程社会,根据区块链技术去中心化和数据防伪的特点,其逐渐被扩展到除金融领域之外的其它社会场景领域中。这一变化必将改变现有互联网运行模式,深刻影响人类社会现有生产和生活方式因此,为了迎接区块链技术第三阶段的到来,将区块链技术引入实验室资源共享具有重要的理论和实践价值。1实验室资源共享实验室仪器设备共享可以直接提高实验室利用率,解决仪器设备重复购置和封闭使用等问题,降低学校的实验室经费投入。同时促进高校与高校、高校与企业间的交流合作,实现不同高校间、高校与企业间优势互补,协同发展。现有实验室资源共享模式可以总结为三类:二级学院内实验室资源共享、校内实验室资源共享和区域内实验室资源共享。根据功能和服务对象不同,二级学院实验室通常设置为科研和教学两大类实验室,张仁懿等二级学院内和校内实验室资源相对比较集中,实验室资源的所有权归属学校,其共享程度取决于学校的相关制度和技术手段。刘学平等区域内实验室资源的共享可从共享机制和共享平台两方面搭建二级学院内和校内实验室资源共享壁垒少,共享很容易实现,但由于范围较小,不同资源共享的概率也很小。区域内实验室资源共享壁垒较多,必须构建起相应的机制和信息平台,投入大量的经费和人力才能保障共享的顺利进行,但共享范围大,资源共享率高,尤其对大型仪器设备的共享更有价值。全国范围内的实验室资源,甚至世界范围内的实验室资源,可定义为大区域实验室资源,要实现资源的共享,必须引入全新的技术手段,减少人为因素的影响,降低经费的投入,区块链技术的出现可以解决这一问题。2闲置资源的使用作为比特币等数字货币的底层技术,区块链产生的交易记录可以加盖时间戳,是一种分布式数据库技术共享的本质是整合线下闲置的各种资源,在陌生人间暂时转移这些资源的使用权,所有者获取一定的收益。区块链技术的分布式存储可以实现共享资源信息的互联互通,智能合约能解决陌生人间的交易信任问题。对实验室资源而言,分布式存储可以保证资源信息的分散储存,无需中心数据库,实现资源信息的点对点互通;智能合约可以实现资源共享的智能化,避免人为干涉,自动完成共享过程。2.1实验室资源共享元数据安全大区域实验室资源的共享首先要建立资源信息平台,即所有实验室资源信息中心数据库。实验室资源信息平台可以有机联系所有高校实验室资源的元数据系统,但这一平台仍然是传统的中心—客户端的服务模式,平台必须建立海量数据库系统,且不能实现数据的实时更新。区块链技术则可以将所有实验室资源以节点形式连接成网络,每个节点的功能相当,同时单个节点能够获取区块链网络节点的所有信息,因此,传统数据中心设备等基础设施没有存在必要。实验室资源元数据更新可以通过区块链条很快被所有节点知晓,实现元数据的实时更新。P2P技术被用于组织区块链各个网络节点,新节点识别、路由发现和数据传递等功能通过广播实现。与传统服务网络相比,P2P网络采用扁平式的拓扑结构,各节点的地位和身份相同,共同参与网络的功能维护,无需设置中心化服务器。利用现有互联网机制和设备,P2P可以实现对等节点多路传送的信息服务。图2为中心数据库和区块链技术数据保存和传输模式对比。借助密码学和时间戳等技术,区块链化的实验室资源元数据信息保存更加安全,且实验室资源数据代码是唯一的。依据共识机制,由各实验室共同维护共享网络运行,确保共享信息的准确性。最后,由区块链上其他节点共同确认某一资源节点产生的交易信息数据,只有经过确认的信息才能保存在网络中。所以,密码学、分布式共识机制等区块链核心技术能有效保证实验室资源共享数据的安全性和可靠性。实验室资源区块链可以定义为联盟链,组建模式可以由区域内高校实验室资源作为单个区块,即以不同大学城实验室资源中心数据库作为节点,通过P2P技术组建成网;也可以由独立高校实验室资源数据库作为区块,通过链路连接成区块链。高校以外的科研机构、企业等若想访问或使用区块链资源,须经授权才能加入或退出。实验室资源联盟链可以在保证安全可靠的前提下,实现所有实验室资源信息的互联互通,且无需设置大型中心数据库,极大降低建设成本和日常维护经费。2.2实验室资源共享机制区块链化1994年尼克·萨博提出智能合约的概念,其作用是将参与各方共同制定的交易协议数字化,植入交易数据库,并共同遵守区块链技术可以将实验室资源共享标准、共享服务收费和评价机制等以智能合约的形式内置于共享实验室资源区块中,用于控制整个资源共享过程,规定资源所有方和使用方需要履行的权力及义务,明确资源共享的权责利,甚至费用结算方式。2.3生成共享流程区块链的本质是陌生节点间产生信任的互信机制,其核心功能是在没有中心或者第三方机构的监督下,保障节点间数据传输的真实可靠,从而降低交易的信任成本。基于这一本质,我们可以构建起基于区块链技术的实验室资源共享模式,其基本流程如下:(1)所有参与资源共享的高校,即资源所有者共同制定资源共享协议,以智能合约的形式嵌入共享资源区块中,明确共享资源的使用范围,限制使用人的使用行为。资源共享协议可以包含共享资源的申请条件、使用规范、使用费用及支付方式等。(2)使用人根据资源使用需求,通过联盟链系统查询可用资源,根据可用资源的使用日期、距离条件、费用标准等,选择潜在可使用资源。(3)当使用人的资源使用需求和所有人的资源共享要求正好匹配时,使用人可通过联盟链系统锁定共享目标资源,采用资源使用预付费的形式锁定。(4)使用人使用共享资源,使用完成后触发共享结束条件,完成共享过程,支付费用。本次共享过程所有信息被记录在区块中,资源重新进入联盟链,等待下次使用或共享使用。3建立大区域实验室资源共享模式在没有监管机构管理认证的情况下,区块链技术可以实现节点与节点之间的安全通信与交易,其已经由最初的经济领域延伸至教育、医疗等很多领域。在分析现有实验室资源共享模式优缺点的基础上,提出将区块链技术引入实验室资源共享,构建起了大区域实验