促进开放科学的区块链技术和区块链项目回顾(自动翻译,未审改)

2019年12月22日15:12:35促进开放科学的区块链技术和区块链项目回顾(自动翻译,未审改)已关闭评论 20 views
  • 1奥芬堡应用科技大学商业与工业工程系,德国奥芬堡
  • 2 FIZ卡尔斯鲁厄数学系-莱布尼茨信息基础设施研究所,德国柏林
  • 3德国伍珀塔尔大学伍珀塔尔大学电气,信息与媒体工程学院

金融,医药,制造业和教育等许多领域都使用区块链应用程序来从这项技术的独特特性中获利。区块链技术(BT)有望在可信赖性,协作,组织,识别,信誉和透明性方面带来好处。在本文中,我们进行了一项分析,其中我们展示了开放式科学如何从这项技术及其特性中受益。为此,我们确定了开放式科学生态系统的要求,并将其与BT的特征进行了比较,以证明该技术适合作为基础架构。我们还将审查开放科学的文献和基于区块链的有前途的项目,以描述当前的研究状况。为此,我们特别检查项目的相关性和对开放科学的贡献,然后根据项目的主要目的对其进行分类。其中一些已经提供了可以对当前研究工作流程产生积极影响的功能。因此,BT在科学中的应用提供了广阔的前景,但是为什么它在那个领域却不被大规模使用呢?为了回答这个问题,我们指出了我们在文献中发现并在分析中发现的各种缺点,挑战,未解决的问题和研究潜力。这些主题应作为未来研究的起点,以促进英国电信在开放科学及其他领域的发展,尤其是长期发展。其中一些已经提供了可以对当前研究工作流程产生积极影响的功能。因此,BT在科学中的应用提供了广阔的前景,但是为什么它在那个领域却不被大规模使用呢?为了回答这个问题,我们指出了我们在文献中发现并在分析中发现的各种缺点,挑战,未解决的问题和研究潜力。这些主题应作为未来研究的起点,以促进英国电信在开放科学及其他领域的发展,尤其是长期发展。其中一些已经提供了可以对当前研究工作流程产生积极影响的功能。因此,BT在科学中的应用提供了广阔的前景,但是为什么它在那个领域却不被大规模使用呢?为了回答这个问题,我们指出了我们在文献中发现并在分析中发现的各种缺点,挑战,未解决的问题和研究潜力。这些主题应作为未来研究的起点,以促进英国电信在开放科学及其他领域的发展,尤其是长期发展。以及我们在文献中发现并在分析中发现的研究潜力。这些主题应作为未来研究的起点,以促进英国电信在开放科学及其他领域的发展,尤其是长期发展。以及我们在文献中发现并在分析中发现的研究潜力。这些主题应作为未来研究的起点,以促进英国电信在开放科学及其他领域的发展,尤其是长期发展。

1.简介

区块链技术(BT)通过其独特的特征组合(例如去中心化,不变性和透明性),在促进各个领域(赌场等,2018)方面具有巨大潜力。我们看到将这种技术用于科学和学术界的可能性很大。在本文中,我们想说明为什么BT特别适合开放科学。到目前为止,该技术最受关注的是来自行业和媒体的新闻(Morini,2016年 ; Notheisen等人,2017年 ; Carson等人,2018年 ; Volpicelli,2018年)关于加密货币发展的消息。例如比特币,莱特币,达世币和门罗币,它们的市值都很高1。但是,BT不限于加密货币。工业和公共部门中已经存在基于区块链的应用程序,例如众筹( Conley,2017 ; Li and Mann,2018 ; Arnold et al。,2019),跟踪供应链中的商品( Abeyratne和Monfared,2016 ; Tian, 2016年 ; Hepp等人,2018年),身份验证( Cruz等人,2018年 ; Ihle和Sanchez,2018年)和投票服务( Swan,2015a ; Osgood,2016年); 还在开发中( Brandon,2016 ; Davidson等,2016 ;Fanning and Centers,2016阮,2016 ; 斯科特(Scott),2016年)。德国的弗劳恩霍夫科学技术趋势分析研究所(INT)发表了一项研究(Schütte等人,2018该研究表明,目前BT可以最常用于金融领域的应用中。

英国电信在该领域的典型用例是在没有中介的情况下交换价值单位(Nakamoto,2008Ben-Sasson等,2014)。例如已经提到的加密货币和其他应用程序,例如,允许个人在市场上通过传感器出售或出售其数字资产,例如艺术品或数据(Draskovic和Saleh,2017年),或使财产所有者能够转让土地没有公证人(Kombe et al。,2017)。金融领域的开拓性作用显而易见,因为加密货币是第一个可用的区块链应用程序。然而,近年来,这项技术的潜力吸引了其他领域的关注,从而导致了许多新项目2。BT仍处于早期开发阶段,尚无广泛采用的标准化和框架。

关于如何使用BT来减轻科学中的现有问题(例如已发表文章和实验的结果的可再现性)的问题,已经有一些科学资料(但更多的是灰色文献)。由于不可变性,仅附加功能以及所有事务的可见记录,BT可以在系统中完成的每个步骤中为所有用户提供透明性。结果,由于恶意行为在技术上是困难的,因此创建了不需要可信授权的环境。分散化使研究人员能够遵循开放科学的哲学,为研究数据,元数据和通信建立自己的开放生态系统。对我们而言,开放科学的主要特点是每个人都可以公开参与,合作并为科学做出贡献。这些活动的结果,例如研究数据,过程,研究和方法等都是免费提供的,以便可以重复使用和复制。在第3节中,我们将更详细地讨论开放式科学及其定义。

除了实验的可重复性(Prinz等人,2011 ; Collins和Tabak,2014 ; Gilbert等人,2016 ; Furlanello等人,2017)外,BT还可用于解决其他一些科学问题(Gipp等人, 2015年2017年 ; Anonymous,2016年 ; Dhillon,2016年 ; Golem,2016年 ; Wolf等人,2016年 ; Breitinger和Gipp,2017年 ; van Rossum,2017年 ; Androulaki等人,2018年 ; Bartling,2018年 ; Janowicz等人, 2018年),例如在同行评审过程中以恶意行为形式出现的信任问题(Stahel和Moore,2014Degen,2016Dansinger,2017),缺乏研究设计的质量和冗余性(Macleod等,2014Belluz和Hoffman, 2015年),和自由获得科学出版物(限制Myllylahti,2014 ; 。Teplitskiy等人,2017 ; 席尔茨,2018)。BT还可以利用其特性来提高复杂科学项目中研究人员之间的研究与合作的信任度。

BT以其卓越的技术架构在其他系统中脱颖而出,这使该技术能够适应各种用例。例如,开发人员可以根据其目的设计用于开放或私有访问的区块链,并结合各个治理模型。除了技术角度之外,例如,加密货币还提供了额外的独特机会来为用户或整个社区创建业务模型和激励措施。但是,除了BT,还有其他适用于开放科学的技术。一个示例是对等数据同步协议Dat(Ogden et al。,2018),该协议还支持不可变和分散式存储,并且可以用作学术交流的基础设施(Hartgerink,2019年)。该协议受到了几种现有系统的启发,其中之一就是BitTorrent(Pouwelse等,2005)。支持开放科学的其他基于非区块链的方法包括研究和协作平台开放科学框架(OSF)(OSF,2019)和OPERAS(Mounier等人,2018),开放访问存储库Zenodo(Zenodo,2019),由欧洲科学云(EOSC)(提供的研究数据基础设施EOSC,2019),以及出版平台F1000Research(F10002019)。

我们想在本文的早期阶段指出,BT只是一项技术,当然不是解决我们当今科学面临的所有问题的灵丹妙药。有些问题不能仅靠技术解决,而需要参与人员重新思考习惯,行为和过程。在某些情况下,它甚至可能导致研究人员不得不放弃特权。也有人批评将BT用于科学。哈特格林克(2018)他认为,区块链甚至可以通过增加人为的稀缺性和依靠自由市场原则来扩大不平等。批评的另一点影响到共识原则,即区块链中真理的基本定义。首先,总是有机会以所谓的51%攻击劫持区块链。其次,从哲学的角度来看,也是更加相关的,哈特格林克(Hartgerink)询问我们是否需要就科学理论或思想达成共识。

总体而言,我们的工作有助于理解BT及其为设计,实施和改进所有不同科学领域的开放科学项目和应用提供的可能性。我们认为这是支持开放科学转型的合适技术。开展这项工作的动机在于,目前尚无关于BT广泛适用于开放科学,最新技术水平或相关重大挑战和研究潜力的系统评价。我们将在本文中解决这些主题。

2.方法

除金融领域外,英国电信也在许多其他领域崭露头角,并且越来越受欢迎。由于没有完整的公共数据库或资源库,因此很难概览现有和计划中的项目的市场。此外,愿景,概念和原型的范围也在不断扩大,这意味着此评论只能提供快照,而不能声称是完整的或详尽的。

通过首先搜索相关文献,我们对研究主题进行了系统的综述。事实证明,这个话题是相当新颖的,并且只有很少的出版物涉及如何使用BT来促进开放科学或一般科学。在有关BT在不同领域中的用法的文献综述中(Casino等,2018),科学的应用领域甚至没有被提及为应用领域。除了文献,我们还将分析重点放在可以通过不同方式促进开放科学的各种区块链项目上。我们希望提供一个透明且可复制的评论,因此在下面,我们描述我们的研究问题和方法。

1.对开放式技术基础设施的当前要求是什么,它们与BT功能有何比较?

2.在科学和学术界使用BT的现状和前景如何?

3.阻碍成功实施和采用英国电信作为开放科学支持基础设施的最大挑战和障碍是什么?

(1)通过比较英国电信的特点与开放科学的目标和需求来解决这个问题。我们研究了它是否能够为开放式科学生态系统提供合理和充足的基础。首先,我们研究了现有文献以描述什么是开放科学(第3.1节),其目标是什么以及对这种基础设施的要求(第3.2节)。然后,我们检查了BT,以了解其工作原理和特点(4.1节)。最后,我们创建了一个矩阵,该矩阵显示了所有相关的基础架构需求,并将它们与BT的特征进行比较,以确定它们如何匹配以及是否可以满足(第4.2节)。

(2)为了回答第二个研究问题,我们讨论了相关文献,灰色文献以及我们从不同的搜索引擎和参考列表中发现,收集和筛选的项目,直到2019年4月。主要是使用Google学术搜索3,PLOS4,CiteSeerX5,微软学术搜索6,而GitHub是软件开发项目的文件托管人。其次,我们研究了研究出版物,白皮书和博客。通过使用带有“科学”,“出版”,“同行评议”和“可再现性”的搜索词“区块链”,我们找到了最相关的文学和项目。通过阅读摘要,部分地确保了文学的相关性,如果摘要不够清晰,无法对特定内容进行评分,则可以完成整个工作。如果一篇论文没有对我们的研究有意义的内容,我们将其从评论中排除。从那以后,我们筛选了其余文献的参考文献清单,以找到其他合适的资源,即滚雪球。之后,

除了文献资料,我们还收集了令人兴奋且很有前途的基于区块链的项目,其中包括概念,原型和已部署的应用程序。我们发现与相关的科学出版物相比,有更多的项目。在审查的文献中确定了大多数项目,其余的则通过搜索引擎确定。这些项目是专门为开放科学设计的,或者某些功能可以在该领域使用。我们还发现了一些非常早期的概念和想法,仅在论坛或社交媒体网络中存在。但是,由于进展缓慢和信息匮乏,它们的潜力尚待评估,因此我们没有将其包括在详细分析中。我们总共收集并分析了83个项目,但由于取消,不相关,或闲置(超过一年没有任何动作或新闻),剩下60个项目。我们根据用途将它们汇总并映射到不同的类别中,并创建了我们方法的概述(第5.1节)。如此构建的结构和项目审查有助于更好地了解该领域的研究现状(第5.3节)。最后,我们进行了总结并讨论了我们的发现(第5.4节)。要获得完整的概述,我们创建了一个数据库(请参阅 我们进行了总结并讨论了我们的发现(第5.4节)。要获得完整的概述,我们创建了一个数据库(请参阅 我们进行了总结并讨论了我们的发现(第5.4节)。要获得完整的概述,我们创建了一个数据库(请参阅补充材料),其中包含每个项目的简短说明,项目状态和其他特征。

(3)作为处理第三个研究问题的基础,我们使用了回答第一个和第二个研究问题以及对文献和项目进行分析所获得的知识。首先,我们进行了头脑风暴,讨论了所有提到的主题,并对每个主题分别进行了评分。然后,我们通过收集和评估所有参与集体讨论的人员的评分来创建主题排名。最后,我们采用了排名第一至第五的问题,并从当前的挑战,研究潜力和开放性问题的角度对它们进行了描述,这些问题应为培养面向开放科学的BT所应解决(第6.1-6.5节)。

3.开放科学

在本节中,我们简要描述了开放科学背后的哲学以及它可以缓解的科学问题(第3.1节)。此外,我们进行了分析,指出建立遵循并遵循开放科学原理的技术生态系统必须满足哪些要求(第3.2节)。最后,我们创建了本节中确定的需求的概述。

3.1。总览

关于开放科学有几种定义,但是没有一个普遍有效的通用定义。我们认为FOSTER的定义7是该术语的一个很好的表示形式:“开放科学是一种科学实践,可以让其他人进行协作和做出贡献,其中可以免费使用研究数据,实验记录和其他研究过程,其条件是可以重用,重新分配和复制研究成果及其基础数据和方法。”还有其他描述,例如“开放”定义8个来自经合组织9。可以在此处查看有关开放式科学发展的插图故事( Green,2017年)。总体而言,开放科学是关于知识创造和传播(以及教育)的未来将如何运作的多种假设的总称( Fecher and Friesike,2014)。有不同类型的实现方式,例如在开放式科学网格(OSG)中共享计算和存储资源( Pordes等,2007 Altunay等,2011)或研究文献的开放访问存储库如SocArXiv。10,CiteSeerX和arXiv11。我们想简要地讨论开放科学的机遇和挑战,以提供一个共同的定义点,即将BT的可能性与开放科学的基本概念联系起来。Fecher和Friesike(2014)在五家思想流派中构建了开放科学, Tennant等人(2014年)(2019年)将其扩大了六分之一(见表1)。它总结了已确定的学校及其中心假设,目标和关键字。

表格1
促进开放科学的区块链技术和区块链项目回顾(自动翻译,未审改)表1。六所开放科学思想流派。资料来源(Fecher和Friesike,2014 ; Tennant等,2019)合并在一起。

由于我们对第六所学校(社区学校)的了解还很晚,这也是一个相当新的东西,因此我们在进一步的工作中会参考最初的五所学校,这是我们进行需求分析的基础。为了完整起见,我们在表1中包括了第六所学校。在对社区学校进行分析之后,我们可以说,如果将这次审查的结果包括在内,则不会改变,相反,这所学校的原则与BT的特征非常吻合。但是,应在以后的研究工作中予以考虑。

当今的通信技术为实践开放科学开辟了道路。详细地讲,产生,存储,共享和访问信息的方法正在进步,并且新的研究机会也得到了发展(Nentwich,2003)。开放的研究过程尤其提供了机会,例如通过诸如开放科学框架(OSF)之类的平台,从其他研究人员那里获得有价值的反馈,以进行中的工作。12 Bartling and Friesike,2014)。如果科学界和非专家能够在研究过程中访问研究数据并以可能的错误和潜在工作的潜在改进的形式提供反馈,则可以称为科学自我纠正。这种方法还可以帮助更有效地找到针对特定问题的解决方案( Bartling和Friesike,2014年)。

需要对科学进行调整,因为医学,心理学和计算机科学等不同科学领域的许多研究是不可重现的(Schooler,2014ASCB,2015Baker and Penny,2016Smith,2017);有时甚至原始的研究人员也无法重现其早期实验的结果(Pashler和Wagenmakers,2012年)。这种情况被称为可再现性危机,开放原则是缓解此类问题的一种有前途的方法,因为它可以使研究更加透明和易于理解。我们还要提及的是,有一些批评性声音没有看到科学中的可再现性危机,而是将其称为叙述性的。例如,Fanelli(2018)总结了关于该主题的文献综述,并声明没有经验依据说科学将遭受可再现性危机。相反,这将对年轻的研究人员产生愤世嫉俗的态度和冷漠起反作用,而不是激励他们进行更多更好的研究。

研究人员通常汇总并压缩收集到的研究数据以最终发表,以满足期刊的要求,尤其是要求保留在特定页面范围内的会议的要求。在计算机科学领域,会议论文全文的上限通常为十页(Gray,2009年)。因此,其他研究人员通常无法访问未经编辑的原始数据,这对于理解和复制论文的结果非常有用。汇总的数据通常缺乏再现创建过程所需的详细程度(Murray-Rust,2008年)。开放科学的透明度应作为它如何促进和改善一般科学程序的一个例子。但是,研究人员为此需要一个安全且可信赖的环境。

除了原始数据外,研究人员还会在早期研究阶段创建通常不会发布的其他内容,例如想法和研究设计。如果实验和分析给出的结果是负面的,那么由于关注点是可发布性(Nosek等,2012),并且存在对正面结果的偏见(Matosin等,2014Van Assen等,2014Natek等,2014)Mlinarić等人,2017年)。因此,当前的科学体系导致浪费了许多潜在有价值的数据(Van Assen等人,2014年 ; Mlinarić等人,2017年)。研究周期中所有阶段的开放研究文化以及已发布的辅助数据可以提高工作质量。另外,从经济角度看,研究人员可以检查进行中的项目,以防止浪费时间和资源来处理已经由他人处理的主题。

开放科学仍然必须克服不同方面的重大障碍才能得到广泛应用。这里提到的大多数观点都要求研究过程,研究者的习惯和行为发生如此巨大的变化,以至于他们在可预见的将来的实现值得怀疑。例如,研究人员的传统工作流程需要改变;它们通常不包含在最终出版之前发布研究数据或公开讨论有关它的不同主题的步骤。在大多数情况下,研究是在一个封闭的机构框架中进行的,没有外部人员的整合,因此需要克服这些障碍,以建立一个开放的研究环境。围绕整个开放科学讨论,必须制定立法框架,但不仅要在国家一级。必须设置国际规则以披露传入和传出数据的全球规则,并保护所有相关人员的权利。它还讨论了当研究人员创建微观贡献(数据集,假设,想法和评论)时,贡献的贷记如何公平运作(Tennant,2018)以及传统出版物。

总之,在本节中,我们一方面描述了科学的不同挑战和问题,另一方面描述了开放式科学如何缓解这些挑战和问题,以及找到合适的技术基础架构可以带来什么好处。为此,我们将在下一部分中分析开放式科学基础设施必须满足的特定要求。

3.2。基础架构需求分析

借助Fecher和Friesike(2014)的五种基本思想流派,我们系统地分析了遵循开放原则的开放科学基础设施的要求。因此,我们首先列出了每所学校的详细需求清单,并将其压缩到上级和更抽象的水平。然后,我们通过检查某些学校是否具有相同的需求来确定这种生态系统的跨学校元素。最后,我们已将所有其他要求分配给了特定学校。通过该分析,我们创建了需求概述(请参见图1)。在以下段落中,我们简要描述所有单点。

图1
促进开放科学的区块链技术和区块链项目回顾(自动翻译,未审改)图1。开放式科学基础设施/生态系统的一般要求和特定要求的概述。

开放式科学基础设施的一项基本要求是提供一个协作环境,这意味着研究人员和非专家都能够一起工作,进行协作创作并共享不同项目上的信息,材料,试剂(Hunter和Leahey,2008年Tacke,2010年)。与单个研究人员相比,(研究)团队的绩效在不同级别上更为有效,例如,更高的质量,更高的生产率以及其他审核机构所减少的错误。要求开放数据开放访问在解决不同的科学问题时支持合作环境。开放获取描绘了免费获取知识的机会,例如科学出版物(Cribb和Sari,2010Rufai等,2011Sitek和Bertelmann,2014)。研究出版物经常在付费壁垒后不断增加成本(Carroll,2011年),这会阻碍研究人员和公众阅读和引用它们。具有讽刺意味的是,研究通常由税收来资助。在其他研究人员中,克里布和萨里将获取知识描述为人类发展的必要条件(克里布和萨里,2010菲尔普斯等,2012)。)。开放数据的一方面解决了已发布科学数据的重用(Pampel和Dallmeier-Tiessen,2014年)。通常,学术性的第三方(如出版商)拥有权利,因此,未经许可,科学界不允许重复使用这些数据(Murray-Rust,2008Molloy,2011)。考虑到开放科学背后的理念,研究结果应可重复使用,避免浪费资源以再次收集现有数据,并允许研究人员与其工作之间产生协同作用(Murray-Rust,2008年)。

只要遵守法律,每个人都应该能够自由发表自己的意见,而不会受到任何形式的审查。这同样适用于科学(Salyers,2002)和相关的网络;任何参与者都不应以任何方式进行审查。我们认为不应有一个控制科学基础设施和数据的实体;相反,在开放的科学环境中,协作管理更可取。但是,每个平台都需要一个为用户社区提供框架的治理模型。在这方面,在未来的工作中仍然需要回答许多问题,例如,谁发起,开发和维护平台,谁制定规则并决定捐款,哪些各方值得信赖?

另一个基本要求是提供一个识别和信誉系统,该系统可以识别生态系统的研究人员和其他参与者,并将他们与他们的贡献联系起来。因此,应该有可能适当地归功于所有贡献者的宝贵工作和投入的努力,并计算出科学的指标,例如影响因子或h指数以建立声誉(Woolston,2015年)。我们确定的最后一个一般要求是,技术基础架构中的每个元素都应可扩展,以确保整个生态系统具有可持续性(De Roure等人,2008年)。可扩展性至关重要,尤其是在当今的数字时代,在当今的数字技术中,计算机技术发展如此之快,并定期提供更有效的新工具。总体而言,它使生态系统社区能够稳定地升级和改善单个组件,因此从长远来看,不需要昂贵且费时的替代品。

五个思想流派对于开放式科学生态系统有其自己的更具体要求。在民主派要求协作和数据共享的奖励是对这样的环境至关重要(Arazy等人,2006 ; 。德罗亚等,2008 ; Haeussler,2011)。参与者应获得一种外在动机,例如,一种反价值形式(Haeussler,2011年),以便在开放的基础架构中共享其数据和贡献(De Roure等人,2008年)。激励措施还可以与声誉系统协调工作。民主派还强调,开放科学环境中的所有用户都应受到平等对待例如,从获取知识的角度来看(Rufai等,2011Fecher和Friesike,2014)。因此,除了在这种基础结构的管理和治理方面,这是一个特殊的问题之外,没有任何参与者比其他参与者拥有更多的权利。有关生态系统未来发展以及如何做出有价值贡献的决定应由独立专家以民主方式做出,因此,在我们的案例中,应该是具有研究和科学经验的人们。

在认为务实的学校中,集成一个开放的研究过程到现有的既定程序需要的是作为简单越好说服研究人员能够改变或调整自己的工作流程。如果它是复杂的,昂贵的或具有挑战性的,那将是一种威慑力,因此大多数研究人员不会适应他们的过程,因此也不会参与网络。复杂性还会影响研究人员提供和共享数据和内容的意愿(Vision,2010年)。如果整合花费了太多时间,或者没有明显的诱因或对价,那么很可能就不会共享信息(Campbell等人,2002年愿景,2010年Boulton等人,2011年)。所需的工作是开放式基础架构正常运转的关键要素;简单性为参与打下了基础,并补充了所使用的激励系统。

开放式科学生态系统中的机会是公立学校的要求之一。它使每个参与者都可以私下决定为实现有前途目标的个人研究项目提供资金;因此,众筹扩大了研究的筹资方式。作为交换,这些支持者可以获得货币或非货币(例如使用权)收益(Fecher和Friesike,2014年)。此外,公立学校旨在记录每个研究对象的研究轨迹例如论文,数据集,想法,使用的工具,结果和假设,以便参与人员根据自己的贡献而获得这些对象的荣誉。追溯例如研究或实验的创建过程以复制其结果也是重要的因素。有关数据创建的时间顺序里程碑,以及原始数据的可用性,可以作为当前可重复性危机解决方案的一部分。要满足研究的要求,有两个关键点。首先,研究人员需要对自己的工作做适当的记录,以备不时之需Vasilevsky等,2013)。其次,基础技术系统应记录所有不可变的交易,因此以后无法进行任何审查。

公立学校的另一部分是公民科学Hand,2010Gura,2013),即使没有特定的科学经验,普通公民也可以参加某些研究项目。一个虚构的例子是在世界各地参加活动的居民的家中安装温度传感器。因此,可以确定全球平均温度。有一些公民科学项目的例子(Irwin,2006Hand,2010Catlin-Groves,2012)-参见Rosetta @ Home13,EchidnaCSI14或eOceans15。向公民开放研究过程可能是有益的,但这在很大程度上取决于特定项目的性质和目标(欧文,2006鲍威尔和科林,2009古拉,2013)。因此,开放的科学基础设施应提供将广泛的宣传纳入研究的可能性。

基础设施的学校包含使用的要求,开放的源代码和工具,在包括新的软件(开发项目Nentwich,2003)。该程序使其他研究人员可以使用相同的算法和过程,从而简化了结果的再现和对未知程序的一般理解。Schubotz等。(2018)发表了有关在整个研究周期中使用开源工具的实用指南,该指南支持按照开放原则进行研究。基础设施学校的另一项要求是能够共享数字存储空间或计算能力等资源的能力;OSG是一个例子(Pordes等,2007 ;我们提到了Altunay等人,2011年)。如果他们需要,我们还看到了为不同的研究项目共享劳动力的潜力。

计量学校侧重于衡量旧的(例如印刷期刊和会议)和新的(主要是基于互联网的期刊,例如开放存取期刊,博客和社交媒体平台)发布格式的度量标准Weller和Puschmann,2011Priem等)等人,2012杨和阿卜杜拉,2012)。因此,对于开放的科学基础设施,学校要求能够计算旧的和可能的新指标以为参与者创建可测量的环境。绩效值对于声誉系统而言非常重要,并且极有可能以关键人物的形式提供激励措施,研究人员可以通过他们的工作来提高绩效。测量学校包含第二项要求,这对于开放式基础架构至关重要。必须有连接内部和外部系统的接口。这样,参与者就有机会与生态系统共享自己软件中的所有数据,并添加新的外部工具和功能。

4.区块链技术

在本节中,我们简要描述了区块链技术(BT),其特征和功能,以提供有关它的基础知识(4.1节)。之后,我们将开放式科学基础设施的要求(第3.2节)与BT的特征(第4.2节)进行了比较。最后,我们提供一个概述矩阵和几个示例,这些示例表明该技术作为技术基础可以满足要求,因此适合作为解决方案。

4.1。总览

在谈论BT时,需要提及分布式分类帐技术,因为它是一个笼统的术语,将区块链作为一种类型包含在内(Benčić和PodnarŽarko,2018年)。分布式分类账使用独立的系统(节点)来记录,共享和同步去中心化网络中的交易(Kakavand et al。,2017)。区块链的工作原理类似,但将其数据组织成块,这些块按密码和时间顺序链接在一起,并且还可以使用其他类型的共识机制和智能合约(Anwar,2019)。哈伯(Haber)和斯托尼塔Stornetta)在1991年就已经完成了BT的基础工作,它描述了一种加密安全的链(哈伯和斯托尼塔(1991)),并在1993年,他们和同事们通过某些功能(如时间戳记)改进了这一想法(Bayer等,1993)。他们的设计仍然存在一些缺陷,例如双重支出问题(Chohan,2018年)以及需要一个受信方来验证所有交易的需求。

在2008年,化名中本聪(Satoshi Nakamoto)发布了一份白皮书,介绍了一种克服了这些缺陷的名为“比特币”的新型点对点数字货币(中本聪,2008)。最终,比特币网络于2009年上线,在其市场价值的背景下经历了一段疯狂的旅程(短时间超过20,000美元16)和媒体相关性。通过有关其价值发展的大量新闻,它获得了最广泛的欢迎。我们指的是维基百科的文章17,其中包含许多资源,可用于重建比特币的详细历史记录。自2009年以来,已经开发了更多的加密货币(到目前为止已超过2,000种不同的货币),并且BT作为一种技术不仅可以提供管理货币的基础设施环境,而且还可以实现更多用例( Casino等。,2018)。由于这种可能性,几年前,来自世界各地的研究人员开始了一项研究攻势,以分析BT在许多不同领域的使用( Casino等人,2018年)。

从单个元素的角度来看,BT并没有什么新意,但是作为一个整体,这些元素(例如,去中心化,不变性,透明性和加密哈希)是唯一的,并且避免了双重支出问题(Nakamoto,2008Beck等)等人,2016年)。区块链网络无需中央服务器即可工作。在这样的网络中进行的交易由去中心化的节点(用户系统)进行验证(Abraham和Mahlkhi,2017年 ; Zheng等人,2017年),并存储在带有时间戳的所谓区块中(Gipp等人,2015年 ; Lin和廖2017)。块的大小限制在不同的区块链之间可能有所不同。这些区块按时间顺序链接,因为每个区块(第一个“生成”区块除外)都包含前一个区块的加密哈希,因此它们形成了一条链(Beck等,2016Crosby等,2016)。)。块哈希不仅考虑特定块的结构数据,还考虑其内容(例如事务)。

用户是否可以在链上存储完整文件,还是由于文件大小而需要使用云或行星际文件系统(IPFS)等链下解决方案,这取决于区块链(Benet,2014年)。IPFS是用于存储和共享数据的对等分布式文件系统。它将计算设备与相同的数据网络连接起来,每个设备都保存和分配全部数据的一部分。对于区块链,链仅存储关联的哈希,该哈希引用IPFS上的实际文件。请注意,脱链解决方案(有时称为“第二层”区块链解决方案)带来了新的挑战,它们本身就是一个有趣的研究主题,但超出了本文的范围。

通常,区块链是仅支持读取和追加的一种数据库(Swan,2015aYli-Huumo等,2016)。由于其分散的架构,它可以作为对等网络运行,因此用户(对等方)可以直接相互交互,而无需受信任的中介机构或权威(Hoffmann,2015年Catalini和Gans,2016年Christidis和Devetsikiotis (2016年)称为“不信任信任”。彼此交易的参与者达成了转让例如实物或数字资产的协议(Casino等,2018年)。)。然后,网络中其他用户的节点正在按照系统的编程规则来验证交易,以确保一切在执行之前都是有效的(Nakamoto,2008年)。验证是必不可少的,因为区块链中的所有记录和交易都是不可变的(防篡改)(Gipp等,2015Zyskind等,2015)。网络的共识机制负责用户验证的工作方式。例如,我们提到了共识机制工作量证明(PoW)(Nakamoto,2008 ; Tschorsch and Scheuermann,2016)(除其他区块链外)用在比特币网络中,是最著名的方法,但因其高能耗而受到广泛批评(O'Dwyer and Malone,2014)。另一个是权益证明(PoS)(King and Nadal,2012 ; BitFury Group,2015 ; Tschorsch and Scheuermann,2016 ; Zheng et al。,2017),它提供了一种更有效的验证和共识发现方式能耗和性能。

文献根据其访问和治理系统将区块链网络分为以下不同类型:公共,私有和财团,也称为联邦(Buterin,2015 ; Swanson,2015 ; Kravchenko,2016 ; Zheng et al。,2017)。此外,从共识过程的角度来看,它们被分为无许可和许可的基础架构。这些正在与各种区块链类型结合在一起。在像比特币这样的公共(无许可)区块链中,每个人都可以加入并参与该系统。在私有和财团(允许的)区块链中,只有用户可以访问白名单上的用户;通常,彼此认识的各方。类型和共识过程权限的其他组合也是可能的。有关更多信息以及不同类型的区块链之间的比较,请参见Zheng等。(2017)Casino等。(2018)

应用程序编程接口(API)对于区块链将脱链(外部)硬件和软件与网络连接至关重要。它支持系统之间的通信以及数据的传输和交换(Linn和Koo,2016 ; Liang et al。,2017)。这样,外部应用程序(包括Web服务,Beck等人,2016)可以针对特定用例集成现有区块链的特征和功能(Linn和Koo,2016 ; Xu等人,2016))。例如,可以直接从外部传感器,算法和其他数据创建过程中哈希和存储研究数据。因此,就开发人员始终应提供和记录的互操作性而言,API是区块链的重要功能,以最大程度地发挥区块链的潜力并简化其使用。

英国电信不断发展;Swan(2015a)描述了三种演变(区块链1.0、2.0和3.0),这导致使用该技术稳定地实现更复杂的应用程序和项目的新可能性。以太坊(Buterin,2014)是一个区块链应用程序,提供了与操作系统类似的基础架构,每个人都可以在其上构建应用程序而无需花费大量资金开发自己的区块链。以太坊引入了智能合约(SC),这些合约可以用特定语言进行编程,例如Java,GO和SolidityDannen,2017),并允许使用典型的if-then子句自动执行数字合约(Bhargavan等。 ,2016年 ;Christidis and Devetsikiotis,2016年Kosba等人,2016年)。甚至还有创建完整的权力下放的自治组织(DAO)的项目,以实现与SC的组织治理和决策自动化(Swan,2015bJentzsch,2016)。

我们注意到文献中BT的表征略有不同(Aste等人,2017 ; Puthal等人,2018 ; Treiblmaier,2019 ; Viriyasitavat和Hoonsopon,2019)。因此,我们总结了该技术的特性,并制作了以下有关开放科学用例的相关特征的压缩列表。

•去中心:区块链是节点的分布式冗余对等系统,每个节点存储整个区块链或区块链的一部分(Abraham和Mahlkhi,2017Zheng等,2017)。该架构甚至允许通过网络自动分发软件和其他内容(Kiyomoto et al。,2017)。此外,分散化还消除了潜在的单点故障,并消除了必须信任的中央机构的依赖性(Kshetri,2018)。

• 加密散列:由于区块链的每个块中都嵌入了与前一个块的散列连接,因此创建了时间顺序链(Nakamoto,2008Gervais等,2016)。除了共识机制外,哈希还确保不会更改包括内容在内的完整链,因为更改会影响一个特定的哈希值,从那里开始,所有后续的哈希值都会受到影响,因此该链将无效(Zheng等。,2017)。它还允许生成任何大小的文件的唯一哈希以创建标识符。有关散列过程的更多信息,请参见以下参考文献(Zain和Clarke,2007Nakamoto,2008Nakamoto,2008Nakamoto,2008)Lemieux,2016年)。

• 时间戳记:区块链中的每条记录(块创建,交易,数据存储)都按时间顺序加上时间戳记。它为用户提供了可追溯性,透明度和完整的交易历史记录(Nakamoto,2008Gipp等,2015Mattila,2016Zheng等,2018)。时间戳与加密哈希的组合也可以用作例如特定时间某些信息的存在证明(Gipp等,2015)。

• 不可变性(仅追加):数据一旦存储在区块链上,就无法再更改或删除;加密散列和分散验证(共识)过程确保了这一点(Swan,2015a ; Yli-Huumo等人,2016)。例外是特定的攻击,例如51%攻击,有关更多信息,请参阅Dowd和Hutchinson(2015)

• 共识机制:他们定义用户如何在彼此之间验证区块链中的交易(Abraham和Mahlkhi,2017Zheng等,2017)。自从比特币区块链和PoW以来,许多新的独特方法以及现有共识程序的组合已在新的区块链中开发和实现。有关共识机制的更多信息,请参见Zheng等。(2017)亚伯拉罕和Mahlkhi(2017)Nguyen和Kim(2018)

• 访问和治理系统:每个区块链还通过其访问(公共/财团/私有)(Peters和Panayi,2016Lin和Liao,2017)和治理系统(无权限/被允许)(Gervais等,2016Industries)来表征。Peters和Panayi,2016年)。这些属性对于潜在的用例至关重要(Lin和Liao,2017年)。

请注意,上述特性并非BT独有。如引言中所述,存在其他方法也具有这些属性中的一个或多个。

4.2。区块链技术作为开放科学基础设施

在本节中,我们将BT的特征与开放式科学基础设施的需求进行比较。以此为基础,我们研究该技术是否适合作为基础。因此,我们制作了一个矩阵,该矩阵显示哪些特性对于特定要求很重要并且可以满足它们(请参见图2)。整体了解矩阵至关重要,因为多种需求和特征是相辅相成的。例如,它对于许多功能都是有用的或需要的,例如提供一系列的研究线索,即在区块链网络中不可能进行审查以提供可信赖的环境(Swan,2015a)。总之,在本节中,我们将与不同的示例一起描述特定的区块链特征如何满足开放式科学基础设施的要求。我们不主张对生态系统进行详细的模型或概念设计。

图2
促进开放科学的区块链技术和区块链项目回顾(自动翻译,未审改)图2。关于开放科学基础设施要求和满足这些要求的区块链技术特征的矩阵。

可访问性和治理方面,我们在早期分析阶段得出结论,财团/私有区块链对其作为开放式科学基础设施的应用毫无意义。开放科学的基本原理之一是在全球范围内共享知识,科学过程本身以及其中的结果可供广大受众甚至所有人使用(Bartling和Friesike,2014年)),无需根据任何特征进行区分。公共链是合适的,并且可以满足该目的,而财团/私有链会限制访问。许可和非许可区块链的比较要深入得多,并且与诸如治理模型和共识机制之类的不同因素有关,因此它本身就是一项研究综述。为了获得见识,我们将简要描述两种可能性。

在获得许可的网络中,治理并不是所有人都平等地接管的,而是必须组成一个组织(我们称之为委员会)。一种可能是通过大学和研究机构网络民主选举委员会成员。然后,该委员会决定开放式科学基础设施的发展方式或网络中特定贡献的价值。角色划分证明了这样一个事实,即非专家/非科学家缺乏在这样的系统中做出有根据的决策所需的经验,这就是为什么许可的区块链是此治理模型的基础。因此,用户分为两个角色(“用户”和“委员会用户”),它们在参与某些决策的能力方面有所不同,但在所有其他方面具有相同的权限。

在未经许可的网络中,每个人在各个方面都是平等的,但同时也为滥用系统开辟了道路。因此,必须有一个合适的共识机制来就底层区块链系统的发展方式做出协作决策,并防止网络中的恶意行为。PoW不是开放科学的正确选择,这不仅是因为其高能耗。取而代之的是像PoS这样更合适的机制,可以将其用于开放科学目的。在该系统中代表投票权的代币分配可以基于科学经验和优点。必须预先详细研究如何确定和组合这些值。但是,这种方法将可以使用无许可的区块链,

两种方法都有优点和缺点,并且取决于许多因素,哪种方法更好。建立这种系统的方法甚至更多。对这些方法的详细检查将是迈向基于区块链的开放科学基础设施的下一步,但远远超出了本文的目标和范围。在下文中,我们着重比较已确定的具有区块链功能的开放式科学基础设施的需求。

开放科学系统的基本主题是提供协作环境的可能性。BT及其权力下放可以使所有用户共享同一数据版本,从而支持该目标。详细地,数据包括例如实验结果,通信内容,草稿,开放的同行评审和原始数据。此外,如前所述,特定群体或整个网络可以通过遵循民主方式的普通选票来共同做出决策(Osgood,2016)。这些民意测验的主题可能是诸如网络的未来发展,添加/删除特定功能或接受/评价提议的项目和贡献之类的主题。从技术角度来看,通过所有用户参与的共识机制,区块链基础架构的验证和管理也可以协同工作。它还可以确保区块链中的数据完整性和一致性。

BT 的不变性(防篡改)性质是满足防止任何形式的审查要求的理想功能。如我们在4.1节中所述,加密散列共识机制和去中心相结合可以保证区块链的不变性。网络的参与者只能追加数据,而不能修改存储的数据。此属性适合不应作为任何审查基础的科学。每个人都应该能够自由表达自己的意见,而不会受到任何限制。在研究用例中,它还包括发表具有关键性陈述或主题的科学著作。总体而言,基于BT的开放科学基础设施可以提供这种免审查的环境。

考虑到在科学工作中创建的数据,我们采取的一种方法是应公开数据,并在适当程度上归功于创建者,但实际上,第三方通常拥有使用它的权利(Dulong de Rosnay,2006年) 。具有数据导入/导出接口的基于区块链的开放科学网络可以用作解决方案,而贡献者自己可以每次决定发布其文件以进行共享和重用(开放数据)。在这种情况下,加密散列起重要作用的是,发起者可以在数据发布之前集成由内容本身以及作者的姓名和其他元信息形成的哈希值;通过这种方式,他们创造了数字足迹。它可以防止他人错误地声称自己获得了他人所做的工作并获得信誉(Dansinger,2017年)。为了提高安全性,始终可以通过区块链网络检查某些内容创建的来源和时间(研究线索)。

开放数据外,开放科学网络还应代表知识的开放获取库,这意味着就开放原则而言,不应有阻碍人们获取自身知识和科学进步的收费壁垒。大量的研究工作也可以为作者带来更多的引文和更好的声誉。收费墙在技术上是可能的,并且可以通过BT实施,但是考虑到我们在3.2节中确定的开放性原则和要求,我们建议不要集成任何内容以保持真实的公共性。与开放数据一样,当然,每个参与者和组都必须能够自行决定可访问性他们的工作;哈希也可以在这里用于创建数字足迹。

为了准确反映研究人员的声誉,建立了身份和声誉系统是必不可少的。它以对工作的认可的形式激励网络参与者。作为一种数据库,区块链适合用作身份注册器,以安全地存储相关的用户数据。每个参与者都可以上传内容并为网络做出贡献。因此,必须使用评级机制来衡量存储数据的质量和影响。最后,参与者的声誉是可以确定的。详细地讲,它应使所有或仅特定用户能够对文稿(例如论文和某些数据,如实验结果和微观文稿)进行审查和评分,以确定其价值;卡萨蒂等。已经提出了一种方法,如何记入小额捐款的工作方式(Casati等,2011)。权力下放区块链网络的共识机制可确保没有中央机构控制数据,因此声誉将通过网络参与者及其反馈自然而独立地建立。

类似于ResearchGate18和其他平台,每个人都必须可以访问标识和贡献清单以获得对研究人员及其工作的最佳认可。这些平台可以使用基于区块链的开放科学基础架构作为共享数据库来访问和显示身份和指标。搜索引擎和过滤器可以帮助指导用户和数据,以在不同的研究阶段中找到可能的合作伙伴和可引用的工作。将每个帐户与一个真实的人联系起来,就可以创建一个研究课程履历,该履历可以显示一个人的时间顺序研究历史以及所有积极(获奖、,奖)但也包括消极(证明抄袭)的里程碑。一个有趣的可选功能是匿名发布,它允许研究人员处理有争议的或关键的数据和主题,而不必担心信誉不良等负面后果。散列以防止任何可追溯性,并创建一个假名进行发布。

技术基础设施必须是可持续的。这里的关键因素是提供可扩展的系统。扩展区块链的可能性等同于其他系统;例如,API使软件与生态系统链接起来。因此,可以与外部软件和平台进行通信以交换所有类型的内容,还可以使用它们中的Web服务和功能。因此,可以稳定地扩展应用场景的范围。另一个原因是当今技术的发展速度,这使得提供机会轻松扩展现有系统,从而避免了时间和成本高昂的新软件创建需求,这一点至关重要。该共识机制 区块链的作用也很重要,因为大多数授权用户必须接受系统更改才能实施。

使用网络的激励措施是激励人们加入和参与的基础。英国电信可以提供各种因素来激励建立开放科学基础设施。其中之一是由基于区块链的证明(例如,存在证明)创建的安全性,以及可以支持知识产权保护并确定谁贡献了某些内容(论文,结果和支持数据)的研究轨迹。到网络。请注意,带有时间戳记的服务,例如OriginStamp(Gipp等,2015)不保护知识产权,而只是证明某人在某个时间点拥有某些信息。仅当研究对象在创建后立即加盖时间戳并且随着它们不断变化而加盖时间戳,以便其他任何人都无法事先获得信息时,才能获得保护。此外,创建过程可以通过几个时间戳进行跟踪。

另一个诱因是权力下放,以确保每个人都拥有所有数据的最新版本,从而有助于传播已发布的作品。人们在贡献知识时期望有一种对价,这是通过访问他人的已发表内容应满足的。另一个积极方面是社区对所提供材料的建设性反馈(科学的自我更正或公开的同行评审)。该技术可以进一步提供货币激励系统,该系统使用硬币/代币作为捐款的奖励。一个共识机制可以用作技术实现(在5.2、5.3节中对此有更多的介绍)。因此,在技术层面上,英国电信提供了建立新形式的声誉和激励措施的可能性。但是,如果没有被相应的目标群体接受,它们将毫无价值。McKiernan等人提出的分析(2019)显示,大学和研究机构的很大一部分都依赖并信任诸如Journal Impact Factor(JIF)等知名指标,并将其用于评论,晋升和任期文件中。他们不可能在不久的将来通过基于BT的新颖方法来取代公认的指标。

网络可以提供中央机构分离的参与平等和治理模型,这与开放原则保持一致。反过来,这可能会导致使用开放式科学生态系统的动机增加。基本上,在这样的基础设施中,所有人都应有机会获得科学知识,并享有获得知识和改善自身的机会。权力下放和适当的共识机制可以从技术上确保用户不会因国家,种族,财富,教育水平或任何其他特征而有所差异。如果需要,英国电信还能够管理不同的用户角色,例如,组成一个委员会,共同决定本节中提到的区块链的发展方式。

除了应该激励人们使用网络的激励措施之外,还必须简单地将其功能和服务集成到现有工作流程和外部软件中,而无需花费大量精力或成本。如果不是这种情况,潜在的用户可能会提前拒绝该系统。我们认为这应该主要是一次性的。正确的文档,完善的网络设计以及单独的易于使用的API对于简化子系统的集成至关重要。另外,共识模型之所以成为一个相关因素,是因为它部分地定义了参与网络需要多少存储空间和计算能力的资源。最后,用户仍应使用他们熟悉的软件来管理其项目和数据,但有可能受益于基于区块链的开放科学基础设施所提供的功能。

共享数据和内容方面,由于其分散的特征,区块链可确保不会出现单点故障。因此,没有潜在的数据丢失,并且只要存在与网络的连接,网络就可以确保可用性。为了将新数据存储在区块链中,共识机制应该验证所有传入的文件,以避免诸如病毒或冗余数据之类的危险软件;区块链本身已经被冗余存储在所有用户中。从内容管理的角度来看,无论出于何种原因,所有发起者都应有机会限制对其内容的访问。然后,数据被加密存储在区块链中,因此只有在其所有者向其他用户开放后才能访问。传统数据库或IPFS等脱链存储也可以通过API进行连接和使用。在这种情况下,区块链仅存储内容的关联哈希。我们还看到了通过开放科学网络共享特定软件许可证的潜力,例如,以最佳方式使用多用户许可证。

蓬勃发展的经济是群众集资通过Kickstarter的一样的平台,获得了很多人气19和GoFundMe20。这种由人群驱动的方法还包含科学筹集资金或资源以实现有前途的研究项目的潜力( Swan,2015a De Filippi,2016)。BT可以提供共识控制的货币硬币/代币系统,以允许用户支持他们选择的项目。另一个选择是连接外部付款系统(如PayPal),使人们可以通过传统的数字方式进行投资。关于身份,哈希化名提供了匿名参与的可能性。作为扩展,SC可以用来管理众筹项目,例如,在复杂的子项目中分配资金,执行投票或执行自动订单和其他数字操作。

英国电信可以在开放式科学基础设施中提供的另一个有前途的元素是创建按时间顺序显示研究对象如何发展的研究轨迹的能力。时间戳从头开始(的想法,研究设计)的所有贡献,成品纸可以透明地存储与相关的所有交易哈希在blockchain,因此重建的研究过程中,为了提高可重复性(Benchoufi和Ravaud,2017年在科学)以及研究人员的认可。贡献者可以稳定而一成不变链接到他们的数据,无论是构想,新草稿还是完成的论文。BT的防篡改特性可确保随后无法更改路径。例如,如果由于错误或更新的内容而必须更改上载的数据,则可以添加新版本,同时可以标记或存档旧文件;可在前端(软件或网站界面)或潜在的共识模型上实现

非专家还可以参与研究并提供有价值的数据(称为公民科学),尤其是在包含简单信息的大型数据收集中。在基于区块链的开放科学基础设施中,参与者可以使用数字传感器来测量各种属性,并从环境的独特特征中受益。测量值将自动存储在区块链中,因此无法进行篡改审查Wortner等人,2019)。传感器可以产生存储密集型数据,在这种情况下,区块链可以将散列数据集存储为标识符,从而节省大量空间,而相关的度量可以存储在传统数据库或IPFS中。此外,时间戳可以补充和验证与时间有关的值(例如温度)。最后,权力下放确保没有用户需要信任的中央机构或系统;数据始终可用(没有单点故障)。重用获得的结果使其他研究人员能够获得更多见解并提供反馈。因此,他们不需要进行另一个耗时/昂贵的实验来收集已经存在的信息。

作为开放式科学基础设施的一项重要要求,源代码和工具应该是开放的,因此对所有用户而言都是透明的,以便他们可以准确了解算法和工具的功能。开放不仅提供信任,而且还具有网络所有参与者可以协作开发,提出或提出想法,插件和更新以稳步增强基础生态系统的优势。这也需要研究人员为他们的项目提供原型软件,因此经验丰富的程序员可以提供反馈,以实现最佳解决方案。如果用户不想使其代码或工具可访问,则他们还必须能够对其进行加密。与区块链的结合允许使用其去中心研究线索,以支持开源项目的管理和可追溯性。

除了公民科学和基于blockchain开放科学网的个人贡献,人们还可以通过参加调研分享未使用的资源像存储空间或计算他们的系统(例如,计算机/服务器)用于科学目的的时间。所述分散的一个blockchain的对等网络架构提供了一个最佳地有效地分配资源共享照片(Vishnumurthy等人,2003。); 一个共识机制可以支持公平分配。开发人员可以在相应的网络中分发其算法,因此具有不同配置的大量系统(节点)将对其进行测试。这样的过程适合验证某些软件的稳定性并证明算法可以提供精确的结果。因此,研究人员有可能进行自己无法完成的实验,例如,由于当地缺乏资源。

指标是科学的内在组成部分,可以表达例如研究人员或出版物的影响因子,还可以显示会议和期刊的排名(Van Noorden,2010年)。它们还可以作为供资机构决定将资源提供给谁的因素,例如特定研究主题的申请程序。我们认为,通过提供和共享可信赖的开放基础架构,区块链很可能为所有科学利益相关者计算准确和可靠的指标。英国电信可以通过权力下放共识机制来实现这一目标,因此网络中的每个节点都参与关键指标的计算和验证。完整的数据基础对于定性确定指标至关重要。例如,个性化影响因子应涵盖科学家的全部贡献。但是,英国电信只能帮助计算和验证指标,而不能回答哪个数字对开放科学环境有意义和有意义的问题。当前的研究指标是一个非常热门且受到广泛讨论的话题(Brembs,2018 ; DORA,2019)。

最后一项要求是使用不仅对度量有利的连接系统。它们还有助于简化各种数据的交换,例如实验结果,研究设计和论文。使用特定的API,甚至可以自动化跨系统边界的文件分发。例如,如果研究人员将文件存储在本地存储中,则可以根据需要在连接的基础架构中自动进行文件分发。它与通信的行为类似;用户可以将消息从一个发送到另一个网络。这些功能支持将基于区块链的基础架构集成到外部工作流程中,并减少了在两个或多个系统中工作的工作量。

在本节的最后,我们还要指出,由于缺乏持续的资金投入,科学平台的实现常常变得困难或不可能。这些是长期项目,需要详细且经过深思熟虑的初步计划,不仅会导致开发成本,而且会不断导致维护和扩展成本。基于区块链的基础设施也面临这一难题,但是有可能提供激励措施,例如可以为投资者创造投机价值的加密货币。因此,科学环境之外的人们也会得到解决,但是有了这种类型的资金,称为初始代币发行(ICO)(Conley,2017 ; Li and Mann,2018),科学和商业不可避免地会合并。具有科学背景的两个例子是EUREKA21和Scienceroot22。为了获得逼真的图像,将来应该在对BT的炒作趋于平缓的情况下,考虑对此进行ICO的进一步研究。

在本节中,我们总共回答了第一个研究问题,并描述了BT的特征如何满足开放式科学基础设施的要求,并在结果复制,研究过程的透明性以及研究对象的可追溯性方面提供了许多优势。 。当前的技术状态已经能够实现这种平台。然而,在未来的研究工作中,仍然需要回答关于适当的共识和治理体系,激励因素,法律和数据存储等各种一般和技术问题。我们将在第6节中更详细地解释其中的一些问题。当前的文献和项目都侧重于不同的目标,其中一些描述了特定的用例,例如资源共享,发布,尤其是可再现性。以下是整体科学平台的愿景,这些愿景提供了不同的功能来支持研究。因此,我们将在下一部分中分析最新技术,以回答我们的第二个研究问题,并概述哪些文献和项目已经存在或正在开发中,以及开放科学的BT的当前状态是什么。

5.最先进的

本节从描述如何分析当前研究状态以及如何对相关区块链项目进行分类以阐明我们的方法(第5.1节)开始。之后,我们概述了可用的文献(第5.2节)和项目(第5.3节)。最后,我们总结并讨论了最新技术(第5.4节)。

5.1。研究概况

为概述当前研究,我们已阅读并分析了截至2019年4月的研究论文,概念和应用,这些研究将BT和开放式科学联系在一起,或以其他形式与该主题相关。当前,相关文献很少,但是数量正在增加,这表明该研究主题处于早期阶段。由于文献很少,因此对其进行整理是没有意义的。实际的区块链项目则有所不同,我们最终对其中的60个进行了详细检查:概念上为18%,原型上为52%,已部署状态为30%。我们将每个项目分配给图3中所示的六个类别之一提供当前研究状况的结构化概述。一些项目还可以提供在其分配的类别之外的其他类别中有用的功能。

图3
促进开放科学的区块链技术和区块链项目回顾(自动翻译,未审改)图3。开放科学相关区块链项目类别概述。括号中的数字显示了相应类别中的项目数量。

再现性类别包含旨在提高科学中的复制率以及研究质量的项目。资源共享侧重于共享未使用资源的功能,例如存储空间和计算能力。类别透明证据主要围绕证明之类的证据,例如“存在证明”,以证明信息在特定时间存在并且拥有特定的人或手稿向期刊或会议的提交。分类为知识产权保护的项目侧重于保护思想,贡献,数据以及个人提交的一切内容,以确保适当地尊重发起人。社会研究平台/存储库具有与科学相关的众多功能,例如通信,数据存储/处理,声誉和身份识别机制。大多数项目都属于此类。可定制的基础架构允许在现有区块链之上构建单独的解决方案,以防止开发定制区块链的工作量和成本。

总共,我们调查了83个项目(请参阅补充材料),并排除了其中的23个项目,因为它们提供的信息不足,不够成熟以至于无法改善科学方面,或者不活跃/被取消。其余大多数项目的共同点是它们使用BT来增强研究的不同因素和要素,例如,可信赖性,工作流程,透明度,可重复性和协作。其他提供了有望改善科学过程的特定机制。为了展示BT在开放科学领域的当前能力,我们将在本文的下一部分中介绍相关文献(第5.2节)以及不同的概念,原型和应用(第5.3节)。

5.2。文献

由于这是一个早期研究阶段,因此与BT结合使用的开放科学文献很少,但仍然有一些令人兴奋且充满希望的概念,思想,讨论和方法,我们希望对其进行描述和强调。

Dhillon撰写了一篇有关BT和开放科学的文章(Dhillon,2016),并与他人合着了书本部分(Dhillon et al。,2017)。他们以当前的重现性危机(Prinz等人,2011 ; Collins和Tabak,2014 ; Baker和Penny,2016 ; Gilbert等人,2016)和罕见的负面结果出版物(Matosin等)开始其书中的相关章节等人,2014 ; Van Assen等人,2014 ; Mlinarić等人,2017)。Dhillon等。指出英国电信有缓解危机的潜力。他们以临床试验为例,定义了一个工作流程,使整个研究过程透明,同时保护了患者的关键数据(Dhillon等人,2017)。此外,其他出版物也建议在医疗或生物领域使用BT来提供透明度和信任度(Nugent等人,2016年 ; Benchoufi和Ravaud,2017年 ; Ozercan等人,2018年)。除了研究过程之外,Dhillon还提议应用他们的方法来实施一种声誉系统(带有API),以奖励研究人员和贡献质量的指标(Dhillon等人,2017年)。

Dhillon等人强调的另一个用例。是基于区块链的预测市场,主要是专家试图预测特定结果,例如实验的可重复性潜力(Almenberg等,2009 ; Dreber等,2015 ; Dhillon等,2017)。为了创造参与的动机,用户将获得正确的预测奖励,例如通过相关区块链的货币/代币进行奖励。Extance的文章(2017)包含类似的说法,说BT可以增强科学领域的当前复制状况,但是他还提到了该技​​术在同行评审过程中由于不变性和透明性而建立信任的潜力。但同时,本文重申了Pagliari(Extance,2017)所作的陈述,该陈述表达了对将可能不正确的数据存储在随后不可变的区块链中的担忧。关于BT在开放式科学研究中的使用的专利(Ahn et al。,2018)符合开放性原则,并着重于将技术集成到研究工作流程中,以允许这种防篡改的信息共享,从而提高BT 的可信度。科学。

Bartling管理着有关BT用于开放科学的公开生活文档,其中包含许多有希望的想法,项目和假设(Bartling,2018)。之所以特别是因为每个人都通过反馈,远见或建议为本文做出贡献,因此可以就其内容进行协作和建设性的讨论。实时文档中的陈述与Dhillon的建议一致,后者建议将BT用于科学,以提高可重复性,协作和信任,但它们甚至向前迈了一步。除了许多区块链项目外,他们还介绍了用于资助研究的新颖思路,用于各种科学活动的激励系统以及用于数据共享的开放存储库(Bartling,2018年))。例如,ICO可以用于资助研究项目(Conley,2017 ; Li and Mann,2018)。利益相关方(也包括公民)可以参与筹资,并考虑将其作为后来的服务(例如使用权/许可)或新生成的区块链的货币/代币。

现行文件中的陈述批评出版物偏向积极结果,因为消极结果可能也很有价值,并且可以防止研究人员浪费时间和金钱进行已经为他人失败的实验。从这个意义上说,Chen等。(2018)提出了一种用于基于区块链的科学工作流来源共享的架构,以为科学家提供一种安全简便的方法来共享他们的研究数据,例如防止资源浪费。Bartling还创立了一家名为“ BFS科学区块链”的公司。23旨在通过组织会议/讲习班来促进BT在科学中的应用24,用相关知识支持区块链项目/初创公司和即将到来的开发人员,并提供新的想法。Dhillon和Bartling的建议与Rachovitsa的陈述相符( Rachovitsa,2018)。她提到英国电信有潜力实施新颖的激励模型,提高开放数据和开放访问系统的透明度,同时使研究人员能够通过SC来管理其知识产权。

范Rossum的(2017年2018)也确定blockchain作为可以在不多几方面对应最受Dhillon,巴特灵,以及Rachovitsa语句的培育尤其是开放式的科学技术。此外,他强调说,英国电信可以在将来改变学术出版商的角色。他指出,对科学的商业兴趣与日俱增,由一些大型出版商主导,他们围绕研究工作建立了付费墙,以从中获利(van Rossum,2017年))。最重要的是,关注当前指标可以引导研究人员追求高排名的目标,而不是首先进行出色的研究。BT可以帮助减轻此类问题,但是Van Rossum提到的一个重要因素是科学界及其利益相关者对该技术的采用率。接受对于开放科学和其他应用领域的技术的未来发展将起决定性作用。他提出的另一个成功因素是公共通信接口的存在,因此创建了可信赖的协作环境。

Van Rossum的报告(van Rossum,2017年)也包含两次访谈。一个与Efke Smit25岁,另一位与Philipp Sandner26。斯米特说,我们已经有了一个运转良好的学术世界,并提出了疑问,为什么科学界应该承担将BT转换为新系统的努力和成本。她总结说,无论是否被广泛使用,这项技术无论如何都会被非极客所忽视。未来将证明,区块链是证明自己是改变游戏规则还是炒作。桑德纳(Sandner)认为在科学领域使用BT和SC的潜力 作为应用示例,他提到了资金,​​出版,学术交流和奖励制度。Bell等人的其他文献和网络文章(2017) Brock(2018) Opoku-Agyemang(2017) 同样,通过统计分析,数据评估和医学试验,描述了英国电信改善科学和各种研究活动的多种可能性。

知识产权是科学中的一项常规产出,可能非常有价值,应予以保护,以使他人无法窃取它,并可以适当地认为发起人是可信的。德拉罗莎等。(2017)分析了开放式创新过程中基于区块链的知识产权保护如何工作; 这种方法对于科学环境也至关重要。维护必须从一个想法的首次出现就开始(Schönhals等人,2018)提供可信赖的系统,并激励研究人员和其他个人进行开放式合作。举一个简单的例子,第一次出现的想法可以加盖时间戳,并一成不变地存储在区块链中,以证明它在某个时间点的存在。同样,发起者可以将元数据(如其名称)添加到这些事务中。

由于我们发现的大多数项目都是社会研究平台和存储库,可让用户在处理想法和假设之前就其进行公开讨论,因此我们将保护知识产权视为根本。德拉罗莎等。(2017年)得出结论,英国电信可以为开放式创新流程和保护其成果提供巨大好处;其他研究人员在他们的研究论文中证实了这一点(Gürkaynak等人,2018 ; Rivière,2018)。但是还有很多事情要做:它缺乏防止未经授权的知识产权再利用的方法,而且大多数现有的区块链应用还不成熟(Schönhals等人,2019)。关于此主题的更多想法可以在这里找到27,28.

科学过程的另一个核心部分是已提交研究工作的同行评审。这是最重要的活动之一,因为不仅要接受会议或期刊论文的接受,进而取决于博士生和研究人员的发展,而且还要与研究经费和聘用有关。因此,评审必须是中立的,可信赖的和透明的,并且没有任何偏见,以便为所有科学参与者提供公平的机会。但是,对于当今审查系统的公平性和质量以及滥用它的机会存在一些担忧(Smith,2006 ; Tennant等人,2017)。在大多数情况下,同行评审是一个黑盒过程,因此评审者是匿名的(大多数不是作者),并且恶意行为很难检测到。这种缺乏透明度的做法可能导致失去信任。在这方面,几位研究人员认为英国电信有潜力改善和开放同行评审流程(Spearpoint,2017年 ; Tennant等人,2017年 ; Avital,2018年 ; Jan等人,2018年)。

Tennant等人的多学科研究中(2017年)关于同行评审中的创新,他们将英国电信确定为具有潜在前景的潜在未来模式。例如带有硬币或代币的奖励系统,奖励评审员的努力,以及用于欺诈控制和作者保护的身份验证/证明方法。他们得出结论,该技术可以提高审查过程的质量和响应速度。无论Avital酒店(2018)锋尖(2017年),都独立地被建议使用新的指标来审查进程的地址的低效率以及金钱奖励两种不同的基于blockchain的系统支持这些语句。Jan等。(2018) 也分享了意见,并利用BT和SC来开发同行评审原型。

Tenorio-Fornés等。(2019)批评了学术界出版商在政策,禁运期和数据分发限制方面的寡头地位,并提出了基于区块链的开放科学出版系统来解决这一问题。他们说,英国电信有潜力通过新的数据分发模型实现开放访问的承诺。另一个有趣的想法来自霍夫曼等人。(2018)正在命名他们的方法Smart Papers,这是由SC管理学术出版物的出处和注解。他们旨在利用英国电信的可信赖环境为协作创作提供一个框架,并在未来的工作中实现一个Web客户。

Janowicz等。(2018)写了一篇关于基于区块链的开放科学和出版的论文。他们提出了一个非正式模型,说明如何使用BT在SC的支持下增强和部分自动化一般的科学工作流程,尤其是学术出版。除了主要关注点之外,他们还确定了开放科学中该技术的有希望的用例,这在本节中已经部分提及,例如,建立同行评审过程的透明度,存储和跟踪各种科学数据以提高可重复性,以及将研究人员与潜在投资者联系起来,反之亦然。此外,管理知识产权,使科学民主化以使社区做出重大决策,并开放黑匣子,例如算法或封闭数据。

但是Janowicz等。(2018)还表达了对开放科学的BT实施的担忧。例如,由于错误,最新论文,窃和其他原因,撤回是科学中的正常过程,但在区块链数据一旦存储就不可更改的情况下;必须找到这种用例的合理处理方式。另一个至关重要的问题是,由于许多项目正在将金钱方面作为其用户的动机,因此经济激励如何以及在多大程度上导致意外行为的问题。研究人员的关注点可能会从实际研究和知识创造转移到一种经济思维方式上,而这应该不是科学的主要驱动力。最后,Janowicz等。(2018)批评大量基于区块链的概念,这些概念仅包含精确的细节来理解其确切的工作原理和价值主张。我们还在分析中发现了几个项目,这些项目没有提供足够的信息来从技术上理解它们的意图或应用,因此我们可以确认此声明。

5.3。专案

在以下各节中,我们描述了与相关项目一起定义的六个类别的用例。我们不打算详细介绍每个项目,因为这远远超出了本文的范围。此外,它们中的一些相似并且遵循或多或少相同的目标。此外,我们还提供了一些方法和应用程序,这些方法和应用程序不专注于科学,但包含特定的有趣功能或机制,如果将这些功能或机制转移到基于区块链的研究工作流程中,将很有希望。我们的分析包括处于概念,原型或已部署状态的项目;其中一些是商业性的。关于参考资料,我们偏爱研究论文或白皮书。如果这些都不可用,我们将参考相关的网站或GitHub存储库。

5.3.1。社会研究平台/存储库

我们将分析的大多数项目归类为社会研究平台/存储库。尤其是在这一类别中,这些概念和应用程序通常提供许多重叠的功能并具有相似的目标。潜在的用例是创建开放的平台,存储库或市场,以支持科学合作,并允许对研究数据的开放访问,从而提高实验,研究和其他类型研究的可重复性。通常,它们包含更多功能,例如通信方法,信誉和身份机制以及针对其用户的激励系统。此外,BT的可追溯性可以保护参与者,并创建一个可信赖的透明环境。两个示例性开放科学平台项目是Frankl(2018)Aletheia(2018)

一些基于区块链的项目还旨在开放发布流程,并为同行审阅者提供激励机制,以使其更加透明,值得信赖和奖励。它们的功能类似于开放式日记本。示例包括在线发布和评估(PEvO)(Wolf等人,2016),EUREKA(EUREKA,2019)以及匿名发布的学术认可系统(AES)的概念(Anonymous,2016)。AES论文批评了科学系统的特定方面。他们的方法除其他功能外,还使研究人员可以使用网络货币单独认可他人的工作。Steemit(2019),因为非科学应用程序支持这种机制以及信誉系统,因此用户可以独立地奖励其他用户的内容/贡献。除了协作,研究管理和发布的功能外,还有其他现有项目也为研究提供了资助方法,例如Scienceroot(Günther和Chirita,2018),开放科学网络(OSN)(OSN,2019)),去中心化研究平台(DEIP)(DEIP,2018)和Orvium(Orvium,2018)。

为了在研究拨款中获得更多的信任和透明度,加拿大国家研究委员会创建了一个基于区块链的原型,命名为NRC-IRAD(NRC-IRAP,2019年),以主动方式发布实物捐赠和捐款数据。时间。我们认为这种方法对其他国家也具有很大的潜力。它是研究人员及其团体或组织的公共黑板,可以申请某些政府资助的研究主题。DaMaHub(数据管理中心)的目标是使用去中心化数据基础架构使研究数据工作流程公平(可查找,可访问,可互操作,可重用/可重现)(DaMaHub,2019)。他们的第一个实现结合了BT来透明地记录和跟踪所有系统事务以及IPFS以进行数据搜索和存储。在内容分发的情况下,LBRY(与科学无关)(LBRY,2019年)作为一种由社区运营的数字市场,具有有趣的方法,内容所有者可以在不依赖中间人的情况下为其内容设置单独的费用; 类似于WildSpark(Tabrizi和Konforty,2017)。转移到科学中的这种方法可以使研究人员可以单独发表,分发作品并从中获利。该系统还可以通过同行评审流程进行扩展,以创建基于区块链的期刊。

Matryx(McCloskey et al。,2019)采用一种新颖的方法,旨在激励科学领域的合作以促进创新思想和项目的创造。除了提供买卖数字资产的市场外,它还使用基于区块链的锦标赛系统,例如,用户可以创建具有特定赏金的个人挑战,并获得报酬作为对解决挑战的用户的奖励。问题。DAO的一个特殊主题是Space Decentral(2018),该主题是DAO,其目的是让网络社区进行控制,以确定平台上的科学空间计划将如何继续;集成了众筹,研究数据共享和同行评审等功能。

ScientificCoin(2018)是一个众筹平台,试图通过数学算法和专家评估中的几个不同因素来确定科学项目的潜在/风险。目标群体是正在寻找资金和投资者的研究人员。但这也开辟了一种途径,可以接收有关研究项目的宝贵反馈,这可以帮助识别和改善计划或方法上的缺陷。另一个基于区块链的非凡网络是Coegil(2019),它将决策者与许多人(网络的参与者)的专业知识联系起来,从而最终能够做出高质量的决策。转移到科学领域,我们看到在这样一种系统中有可能获得专家对研究工作的宝贵反馈。特别是年轻的博士生可以在准备第一本出版物时从中受益。

bloxberg项目(Vengadasalam et al。,2019)提供了一个区块链网络,该网络由几个研究组织组成,这些研究组织组成一个联盟并管理生态系统。他们的目标是在安全的全球环境下促进数据共享,协作,同行评审,研究主张的处理以及发布。bloxberg系统还允许将其用作基础结构来在其上开发新的应用程序。文物(Kochalko et al。,2018)使用此基础架构来构建一个提供索引功能的研究平台和一个仪表盘,该仪表盘显示有关研究者存储内容的多个统计信息。因此,它能够为研究对象创建透明的数据跟踪,并确定多个科学指标;开发人员还计划通过基于区块链的数字身份网络扩展其系统。

TrialChain是另一个特别关注生物医学研究中数据完整性验证的区块链基础设施(Dai等,2018)。这个想法对于其他科学领域也很有趣,因为数据完整性在各种研究/实验中都起着核心作用。另一个值得注意且雄心勃勃的方法是Project Aiur(Project Aiur,2018),它设想建立一个开放的平台来验证知识,没有访问障碍,出版偏见和信息过载,同时所有研究都是可重复的。为了实现他们的愿景,他们的目标是将存储库和能够自动进行知识验证的社区控制的人工智能相结合。

5.3.2。重现性

重点是Blockchain项目重现在科学或改进的复制率的潜力都受到这一类。Furlanello等。(2017)提出了他们的PROBO网络,这是一种增强BT科学再现性的方法。总体而言,他们希望通过为他们建立基于金钱的激励机制来解决奖励研究人员的时间和专业知识的问题。例如,要实现研究人员(支持者)发布带有时间戳的研究,并在PROBOS区块链中包含所有支持数据,并存储预定数量的probos令牌,以将请求广播到网络,客户(验证者)可以在其中评估研究的质量并验证其可重复性;验证者将获得支持者的代币奖励(Furlanello等人,2017)。尤其是在医学领域,结果的复制至关重要,例如,为生活测试对象和全球市场生产可靠的药物,而且还应建立有前途且稳健的基础知识,以防止不可重复的研究浪费资源。

预测和预测市场,例如Gnosis(2017)Hivemind(2019)Peterson等。(2018)是另一种有前途的基于区块链的项目。这些市场涉及具有专业知识的人员,这些人员根据现有信息预测或确认特定结果,代表着集体智慧的概念。这样的系统可用于许多应用领域,例如在科学中以支持可再现性。其中,参与者可以预测或确认实验结果的重复概率。该程序适合在短时间内获取信息,以将有限的资源最佳地分配到复制项目中(Dreber等人,2015年)。这些平台用户的奖励通常具有金钱性质,因为他们会获得预先沉积的硬币/代币奖励,以获取正确的预测和请求创建者的确认。

由于其独特的方法,我们要提及的下一个基于区块链的项目是Dsensor(2015),尽管它似乎已停止或取消。一年多来没有实际的新闻,而且公布的白皮书已经过期两年了,因此我们认为该项目已被中止。它旨在提供一种使用相关传感器数据来确定网络假设是否正确的计算共识。因此,如果结果是可测量的,并且存在对必要传感器的数据访问权限,则该系统将能够执行特定结果的自动验证/再现,并同时将其记录在区块链上以确保数据完整性。

5.3.3。透明证据

该类别包含旨在在区块链上创建不可变证明以验证不同方面(例如特定信息的存在,文档的提交或诉讼时间)的项目。这些数字认证可以例如支持法律程序,并为开放的技术基础架构提供所需的安全性/信任。一个项目是OriginStamp(Gipp et al。,2015),它以时间戳的形式在比特币区块链上提供存在证明。因此,一个人可以在一定时间获得拥有特定信息的证据,例如文件,结果,想法和所有其他种类的数字资产。此外,CryptSubmit(Gipp等人,2017)以OriginStamp为基础,将时间戳记功能与用于期刊和会议的科学手稿管理系统相结合。因此,它创建了一个提交证明,作为有关数据提交和完整性的证据,以防止欺诈和研究失窃(Cantrill,2016Degen,2016Dansinger,2017)。CryptSubmit还支持带有时间戳的对等审阅,以增强在整个审阅过程中的信任,并可作为开放式对等审阅的基础。

在线讨论和共享平台还可以使用BT记录所有平台活动,以确保消息和数据的可信赖性。因此,一个想法或微贡献的首次出现就被注册,然后可以追溯到其发起者。VirtualPatent(Breitinger和Gipp,2017年)是一个提出了这种方法的项目。它旨在充当社交媒体平台,该平台立即为系统中的每个消息加盖时间戳,以允许就例如新颖的想法和草稿进行公开讨论。PUBLISHsoft(2018)具有类似但商业化的概念,并且有不同的目标群体,因为它打算对新闻进行公证和追踪;该机制同样可以转移到研究数据。

侧重于科学的同行评审过程的一种方法是``同行评审区块链''(BfPR,2019),旨在使程序更加可信。他们设想从连接的日记管理系统中提取同行评审数据,以将其记录在区块链中,从而允许对评审进行独立验证。在下文中,我们将介绍两个具有值得注意功能的与科学无关的项目。第一个项目是Codex(Codex,2018),从而为用户提供注册数字资产的可能性。他们的平台是为艺术品和收藏品(例如葡萄酒和珠宝)而设计的,这些艺术品和收藏品不存在集中式所有权登记。我们看到了使用这样的分散登记册来发表科学出版物或数据集以证明其存在和隶属关系的潜力。第二个项目是Sovrin(Sovrin Foundation,2018),这是一个基于区块链的身份管理网络。它为研究提供了技术上的机会,可以透明地将每项贡献与其创建者的身份联系起来,从而创造出科学的简历。

5.3.4。知识产权保护

由于知识产权是研究的典型成果,因此,对知识产权及其发起者进行充分保护非常重要,特别是在知识获得专利和货币化的情况下。此类项目的重点是数字资产的公证,许可和认证。这些系统可在许多应用领域中使用,但是最重要的之一是科学。Bernstein已经部署并商业化了应用程序(Barulli et al。,2017),旨在成为由BT支持的公证服务。它的底层系统可以发布数字资产的所有权证书,这些证书以散列形式存储在比特币区块链上。例如许可证,研究论文和保密协议(NDA)。po.et(po.et,2017)是另一个基于区块链的项目,该项目还提供了创建市场以将创意,专利或其他种类的知识产权货币化的能力。分子议定书(Molecule,2019)结合了开放科学和英国电信,以建立一个基于市场的协作平台,以发现和资助药物知识产权。他们打算将科学家,患者和行业联系起来,以在透明,安全的环境中促进药物开发。

名为自动法律应用程序知识产权联盟(COALA IP)的概念(De Filippi等人,2016年)旨在成为一个由社区驱动的免费协议,以建立开放的全球知识产权许可标准,以形成一致的框架并消除对中央组织的依赖。对于研究人员及其贡献也很有趣的是Vaultitude(Vaultitude,2018),这是一个大型项目,其团队正在与国际当局和律师事务所合作,为其用户的数字资产建立区块链支持的著作权证明。该项目Bookchain(Scenarex,2019),归属莱杰(弘景,2019),和ChainPrint(ChainPrint,2017年)致力于保护和发布知识产权,主要是文件,书籍和创意作品。因此,他们的目标人群是作者,出版商和部分印刷厂,但是如果研究人员想要传播论文,研究或其他著作,他们也可以使用这些服务。在这三种情况下,上传的数据均通过区块链进行记录,以创建不可变的信息轨迹,以在发布过程之前和之后提供信任和安全性。

5.3.5。资源共享

资源有限;研究人员特别意识到,由于局部缺乏材料,劳动力,设备或资金而无法进行某些实验时。在这方面,区块链可以充当分发者,以共享数字资源(如存储空间)。Storj(Tardigrade)(Storj Labs,2018),Filecoin(Protocol Protocols,2017),Sia(Vorick and Champine,2014)等共享存储空间的特定项目,例如在区块链环境中安全保存所有研究数据的项目。),SAFE网络(MaidSafe,2019年)和Swarm(Swarm,2019年),所有个人都可以通过提供未使用的计算机系统容量来参与其中。尽管网络用户正在存储数据所有者的信息,但是他们无法访问/读取数据,只有所有者才能这样做。这些项目为此使用了不同的方法,其中包括加密和文件分割。数据形式的信息也是数字共享的宝贵资源。《海洋协议》(《海洋协议》,2019年)采用了这种方法,并帮助市场主要买卖人工智能数据/服务,同时通过基于区块链的激励系统激励数据的重复使用和共享。这些数据可以用作人工智能的学习材料,也可以为研究人员的项目提供支持。

除了共享存储空间和数据,还有在区块链网络中共享计算能力的方法。我们认为这种方法有望使研究人员能够执行特定的苛刻计算任务,例如复杂的模拟。Golem是一个旨在完全提供此功能从而像分布式“超级计算机”一样运行的项目(Golem,2016年))。他们的方法适用于各种节点(提供者),这些节点提供未使用的计算能力作为资源来交换货币代币。通常,其他网络参与者(请求者)可以使用提供的性能来计算相关沙盒环境中的算法,摄影测量重建,电影/ CGI渲染以及机器学习应用程序。Golem网络也支持软件的发行和货币化。

5.3.6。可定制的基础架构

可定制的基础设施是开发人员可以在其上构建其设计的基于区块链的网络的基础。与定制的区块链相反,已经提供了源代码,并且实现它们所需的知识较少。因此,这种方法节省了时间和资金,但是其可能性有限,因为底层系统通常会规定某些方面,例如共识模型和网络的基本结构。该类别中的大多数项目都集中在以公司为目标群体的私有许可区块链上,但是大学和研究团体仍然可以从这些基础架构中受益。与科学和学术相关的示例用例包括数据跟踪和审核,学生的教育/培训,项目管理,数字资产的分发,时间戳记,以及证书的颁发。此外,可以使用可定制的基础结构来部分构建类似的应用程序,例如我们在5.3.1–5.3.5节中提到的项目,但其优势在于它们可以适应特定需求。而且,可以实现全新的解决方案。

在每种情况下,都需要评估项目的需求,以决定提供的可定制基础架构的可能性是否足以满足这些需求,或者是否需要定制的区块链应用程序。如果估算的质量令人满意,则无需为新的开发付出额外的努力。我们发现了几个旨在提供这样的基础架构来构建区块链或基于区块链的应用程序的项目,例如IBM的Hyperledger(Androulaki等人,2018),Openchain(Openchain,2015),Multichain(Greenspan,2015),区块堆栈(Ali等人,2019)和DCore(DECENT ,2019)。总而言之,我们将可定制的基础架构视为BT的完美介绍,以测试其潜力和对各种应用场景的适用性,并收集其开发的初步经验。

5.4。总结与讨论

我们的评论应作为BT用于开放科学的当前研究状况的快照,并为提供适用于该范围有用功能的其他应用提供开箱即用的观点。在过去7个月中,我们收集并分析了实际项目,我们注意到市场不稳定。他们中的一些人消失了,或者因开发人员的正式声明而被取消,或者由于长期不活跃而主观上死了。总体而言,这些月宣布了更多的新方法,因此我们确定的趋势表明,开放科学领域活跃的区块链项目数量正在稳步增长。在过去的几年中,这种发展也是可追溯的。

对于第5节,我们认真分析了35个相关研究出版物(不包括灰色文献)和总共60个基于区块链的项目(请参阅补充材料)。),将其分为不同的应用领域,并将其分为六类,以根据其方向来组织它们。考虑到所获得的知识,我们同意英国电信在各个方面都具有促进开放科学的巨大潜力。例如,对系统及其透明性,数字资产的可追溯性,更高的可重复性,创新的公民科学项目,创新的激励方法以及总体上提高的研究质量的信任度更高。尤其是区块链应用程序的可实现的开放性以及系统中所有交易的防篡改记录,使该技术成为了适合开放科学的不可信基础设施。

最后,仅区块链就代表具有独特特征但没有特定意义的数据库。像比特币或以太坊这样的集成应用程序为其提供了目的和功能。因此,我们区分了区块链和应用程序层(包括前端),后者需要相互对应才能使用该技术。因此,在开放式科学项目中,应遵循开放性原则对两层进行和谐设计,以为透明和可信任的环境提供基石。防止不透明和恶意行为的可能性至关重要。

如果研究人员在整个研究周期中不断整合BT,那么它在每个阶段都是有用的,如果涉及算法测试或感官数据评估,也可以部分用于实验。如图所示,在科学中使用该技术可以为所有利益相关者实现双赢局面。结合复杂的应用程序设计和开发,它还能够启用有关研究管理,同行评审,资金和发布的新使用模型。但是,期望必须现实。BT不能解决科学中所有现有的问题或提供多方面的解决方案。

在我们的分析过程中,有关各个项目和其他方面的问题和疑虑在以后的工作中将会出现。下面,我们将简要描述这些不确定性;有关最相关主题的更多详细信息将在第6部分中回答我们的第三个研究问题。许多项目正在引入自己的激励方法,这些方法通常具有金钱性质。例如特定行为的赏金系统或硬币/代币奖励。一方面,我们质疑将这种财务方面纳入研究过程的合适方法。这会将创造科学知识和进步的意图转移到经济上吗?另一方面,我们同意为科研人员的投入时间和专业知识建立新的激励机制,这些科学家正在复制和确认结果/研究结果,并为会议和期刊进行同行评审。进一步的担忧是如何处理已经部署的,因此不可变的SC中的错误,以及不同国家如何在其法律流程中评估从区块链发布的证据。

文献和项目还表明,缺少一个标准,该标准为区块链如何通过API与外部软件进行通信以及如何交换数据以简化BT的开发和与现有工作流程的集成设置了框架。当前的情况使得很难识别基于区块链的严重应用程序。在过去的几年中,对这项技术的热情导致了许多新的项目公告,但是在开放科学领域,由于我们的分析显示,大多数处于概念或原型状态,因此不适合完全集成。为了避免浪费资源,我们建议确保仅积极使用处于成熟状态并已提供所需功能的区块链应用程序。由于市场不稳定,项目可能会在一天内消失,

经过分析的几个项目旨在使科学中介机构过时。这些主要是出版商。但是,出版商也可以出于自身利益使用BT。它为他们提供了潜力,使他们可以通过SC来部分自动化分发和同行评审过程,并降低他们管理稳定增长的知识量和出版物数量的成本。作为协同效应,这些方面对研究人员也可能是积极的,例如,通过减少出版费用和加快反馈速度。此外,发布者可以开放其操作以透明地显示同行评审和其他活动的功能,以提高他们的信任度。

作为科学中的一个利益相关者团体的资助机构,在各种因素中使用度量标准来决定如何将其财务资源分配给研究人员及其项目。问题在于,由于研究人员和出版物使用不同的数据库来计算其关键数据的情况,因此每个研究平台和出版物的指标通常会有所不同。我们认为区块链的基本技术结构是创建共享,透明存储的绝佳机会。因此,它可以为每个科学平台提供相同的数据,以计算精确的指标,例如研究人员或出版物的影响因子。

我们还认为,正如一些文献所提到的那样,BT的采用率将决定其在科学和所有其他应用领域中的未来发展。因此,用户数量是一个关键因素。没有参与者的网络是没有意义的。从主观角度来看,我们分析的大多数项目都不存在或很小的社区,因此我们认为该技术需要明确推动其在开放科学中的使用。也许是大型出版商,利益相关者或规范?总体而言,它仍然是一项相当新的技术,因此尚无法确定群众将如何与之互动以及将会出现什么行为。

在本节中,我们回答了我们的第二个研究问题,并给出了有关BT用于开放科学的当前研究状态的图片,以及我们在审查中确定的可能性和不确定性。

6.挑战与研究潜力

在本节中,我们将在第三个研究问题的背景下描述在分析过程中确定的挑战和研究潜力。未来的工作应解决这些问题,以消除技术和法律上的不安全感,并提高英国电信在开放科学及其他领域的可用性。我们认为,我们专注于一些最相关和最有希望的主题,但尚未或未进行充分调查。他们应以切入点的形式提供冲动,以供进一步研究;作为积极的副作用,解决这些问题也可以部分地促进其他非科学领域的发展。

我们想指出的是,本节中提出的挑战非常复杂和深刻,因此我们不希望它们在不久的将来得到解决。例如,自编程之初以来,就存在着智能合约最基本的软件正确性问题(请参阅第6.1节),直到今天,仍未找到解决方案。因此,以下主题是对BT广泛整合过程中必须考虑的重要支柱的展望。

6.1。智能合约的风险和确认

可信度是BT的关键要素,也是其主要驱动力之一,因此开发人员应以支持和提供该属性的方式设计其应用程序的各个方面。在这方面,我们认为在许多项目中使用的SC至关重要,因为它们可以为恶意行为提供各种可能性,并且在其开发中容易出现严重的编码错误。使用图灵完备的编程语言的能力不仅打开了许多用例和功能,而且还增加了复杂性,从而增加了人为错误和后门/漏洞数量的可能性。例如,这些可能导致程序崩溃或程序本身的漏洞,从而可能使黑客窃取数字合同管理的资源(Bigi等人,2015年Atzei et al。,2017)。SC的新颖性证明了这样一种情况,即关于其设计,实现,编程和验证的常识尚未得到很好的开发。

应对SC漏洞的一种方法是限制底层编程语言的表达能力(Dannen,2017)。另一种可能性是在过去几年中建立的多家审计服务的商业提供商。他们正在检查供应链,以确保他们实现目标,而没有最终的弱点。示例是运行时验证29和安全30。从这个意义上讲,我们看到了通过软件自动验证SC的方式以快速消除特定攻击可能性的研究潜力( Bigi等,2015 Luu等,2016)。另一种方法可以是模块化构建套件,以便能够为可靠,简单的应用逐个构建数字合同。因此,与OpenZeppelin相似,无需具备出色的编码技能,并且可以简化创建过程31。而且,标准通常可以改善设计过程和安全性。要在所有应用领域中有效,安全地大规模使用SC,仍有很多工作要做。

6.2。缺少标准化和框架

既定的技术标准和框架至关重要,并带来了许多优势,例如节省时间,防止错误和提高安全性。通过我们的分析,我们得出的结论是,BT中基本上不存在这些内容。到目前为止,区块链开发人员已经发挥了开创性的作用,并且大多使用没有技术规范的不同语言来编写其应用程序。因此,出现了许多独特的应用程序结构,它们具有各自的优缺点以及安全风险和漏洞。BT标准可以帮助促进其采用,互操作性,使系统更安全,尤其是建立信任(Deshpande等人,2017)。而且,它们增强了区块链应用程序一般开发的可访问性。在软件通信方面,大多数情况下,标准化的API可以使新接口的设计变得多余。

在研究适用于BT的合适标准和框架方面仍有很多潜力,例如,简化基于区块链的软件的设计和开发,或将区块链集成到研究工作流中。同样有趣的是,学术出版商如何使用这项技术来改善其某些流程并从中受益的统一方法。我们认为,像Hyperledger这样的基础架构框架在将来在创建各种新应用程序中将扮演更加重要的角色。标准和框架的一个总体目标必须是促进进入区块链,以解决非专家问题并打破访问障碍。总之,这两个主题都提供了许多有前途的研究可能性,我们认为它们将成为未来英国电信的基石。

6.3。科学奖励制度

我们注意到,我们评估中的几个区块链项目正在使用不同的货币激励系统,这些系统通过发行数字硬币/代币来为研究贡献或诸如同行评审之类的特定行动发挥作用。由于当前的不稳定性和加密货币的投机性质,我们质疑这些激励方法。区块链发行的硬币/代币的价值在短期内可能会有很大差异;也有完全损失的可能性。可以在Coinmarketcap上审查加密货币的市场发展。此外,尚不清楚资金从何而来。一些项目建议研究人员自己作为资助机构,但是否会因其科学贡献而独立奖励其他人却令人怀疑。同样,这种货币激励措施很大程度上取决于资金量。

我们认为,在分析基于区块链的激励系统方面存在大量研究潜力,这些激励系统一方面可靠且可持续,另一方面激励科学家。我们认为,令人兴奋的研究问题是如何通过外部工作刺激对创造力产生积极影响,以及英国电信能否为该目标做出有意义的贡献。另一种方法是评估现有激励系统在该技术下的可改进性。当前,科学中的激励机制主要围绕诸如引用次数,影响因子以及由此产生的声誉等指标。进行研究的另一种可能性是研究增加微观贡献数量的诱因,这些贡献也应适当地得到承认。总体,

6.4。科学指标

科学指标的主要信息来源是研究平台,例如ResearchGate,Mendeley32,高度33,科学网34和Google学术搜索。他们每个人都使用自己的数据库,该数据库主要由研究概况,出版物及其对其他研究工作的引用组成。一种示例性指标是引用次数,除其他外,引用次数是计算研究论文和研究人员影响因子的元素。在这方面,我们比较了两个研究人员(爱尔兰都柏林三一学院的JöranBeel和美国印第安纳州普渡大学的Melanie Swan)的总引用量以及ResearchGate和Google之间的比特币白皮书的引用量学者-日期:2019年7月20日(请参阅表2)。

表2
促进开放科学的区块链技术和区块链项目回顾(自动翻译,未审改)表2。在两个不同的科学平台上对引用指标的示例性比较。

比较显示出明显的差异,我们注意到它们在其他平台上甚至更大。例如,科学指标可以用作供资机构进行决策的因素。如示例所示,该决策方法的问题是指标的从一个到另一个研究平台的严重偏离,这是由使用不同的计算公式和每个系统分离的数据库触发的。具体而言,由于指标的价值不相同,因此资助机构决定支持特定研究人员或小组的决定可能会有所不同,具体取决于所考察的网络。我们认为BT是显着提高科学关键指标系统的信息价值和可靠性的合适可能性。

作为共享数据库的区块链可以提供相同的数据源来计算规范指标,因此所有研究平台都可以得出相同的价值。悬而未决的问题是,例如,如何在不可变的环境中处理撤回问题,或者由谁来填充基础结构并对其进行管理。但是,这样的工作系统作为基础也为潜在的新颖指标打开了大门,我们认为这些指标也可以与研究人员的激励方法有效地联系在一起。总体而言,英国电信对科学关键人物的研究可能性很大,因为它的特征尤其适合于构建共享数据库,并且更适合于增强指标或创建新数据库。

6.5。法律不确定性

关于法律问题和话题,已经对基于区块链的加密货币(Ponsford ,2015 ; Gikay,2018),SC和DAO(Savelyev,2017 ; Dell'Erba,2018)进行了一些研究,但仍然很多进一步工作和澄清的需求(Werbach,2018)。我们分析的几个区块链项目都依靠时间戳来证明不同方面,例如在特定时间是否存在特定信息,或者想要颁发证书来验证数字资产的所有权。一个具体的例子是行车记录仪录制视频的时间戳记(Gipp等人,2016)表明发生车祸,以确认撞车时刻和视频的真实性,以及可能对法律程序的决定很重要的其他细节。问题是,当此类基于区块链的证据用于诉讼时,其法律地位和接受程度是什么?在这种不确定性的情况下,我们认为一些经过分析的项目以法律上没有保证的承诺开展工作是有问题的。

此外,SC在法律上也没有规定。例如,如果由于错误的编程而使它们管理的资源不再有形或丢失,该怎么办?归咎于哪一方?补偿如何运作?SC或DAO几乎无法在其程序代码中涵盖所有可能的实际案例。在这方面,是否存在处理意外事件的技术或非技术方法?与传统的相比,更多的问题是司法系统应如何对待SC,以及存在哪些可能确保缔约方的安全(Savelyev,2017年)?一个普遍的挑战是每个国家或州的不同法律和法院(Dell'Erba,2018),这意味着在特定位置起作用的解决方案不太可能在所有其他地方都起作用。因此,很可能不会达成全球共识,但是全国范围的规范将消除许多法律上的不确定性。随着BT重要性的日益提高以及其日益普及,我们认为法律主题在未来将发挥重要作用,应予以解决以支持进一步的发展。

7.结论

本文包含有关英国电信如何促进开放科学的分析,对最新技术的回顾以及对该主题相关研究潜力和挑战的评估。我们确定了开放科学生态系统的要求,并将其与BT的特性进行了比较,以验证它们是否契合。这样,我们回答了第一个研究问题,并将该技术确定为开放科学的可靠且适当的基础架构。尽管如此,我们认为英国电信只是其中的一个组成部分,并且我们相信,只有将所有部分以有意义的方式放在一起并相互补充,才能实施开放式科学背后的思想。关于我们的第二个研究问题,我们收集并审查了与主题相关的文献和区块链项目以描述当前情况。我们通过许多实际示例说明了该技术的可能性,以展示其在科学工作流程中的功能。已分析的一些项目已经提供了可以优化研究过程的功能,但是大多数项目需要额外的开发时间才能实现其目标功能。对于第三个研究问题,我们确定了几个现有的挑战和研究潜力。因此,我们打算提请人们注意各种有前途且必不可少的研究主题,这些主题应得到支持,以支持英国电信在开放科学领域的进一步发展。但是大多数人需要额外的开发时间来实现其目标功能。对于第三个研究问题,我们确定了几个现有的挑战和研究潜力。因此,我们打算提请人们注意各种有前途且必不可少的研究主题,这些主题应得到支持,以支持英国电信在开放科学领域的进一步发展。但是大多数人需要额外的开发时间来实现其目标功能。对于第三个研究问题,我们确定了几个现有的挑战和研究潜力。因此,我们打算提请人们注意各种有前途且必不可少的研究主题,这些主题应得到支持,以支持英国电信在开放科学领域的进一步发展。

哈希,去中心化和不变性等众所周知的特征的结合使BT独树一帜,并解释了科学界和工业界对它的日益增长的兴趣。由于文献有限,尚待解决的问题以及处于概念或原型状态的项目数量众多,我们注意到从开放科学的角度来看,区块链的使用尚处于早期开发阶段。尽管如此,该技术已经可以在该领域做出有价值的贡献,例如,通过改善当前研究人员的工作流程,建立对技术系统的信任,实现新的协作以及缓解现有问题。其中之一是可再生性危机,在该危机中,英国电信不是一个独立的解决方案,但在我们看来,它是其中的一个支持部分。但是,许多项目需要更多时间才能成熟才能受益。然而,

只要BT的采用不断增长,我们期望它会不断变得更加成熟。在这方面,应对已查明的挑战将在未来发挥至关重要的作用。当前的情况可与没有特定限制的未开发地区相比,研究人员有很多机会实施基于区块链的创新系统和应用场景。总而言之,在我们进行审查之后,我们总结道,BT在开放科学方面的能力目前尚未耗尽。我们得出的结论是,该技术可能会对科学工作及其开放的生态系统产生重大的积极影响,但这主要取决于该技术是否被科学界和所有其他相关的利益相关者所接受,这目前尚无法预测。

作者贡献

SL已经详细阐述了文档的全部内容,进行了分析,并为该主题提供了一些想法。手稿的编写主要由SS支持的SL完成。MS和BG提供了重要的反馈,并帮助完成了任务。

利益冲突

作者宣称,这项研究是在没有任何商业或金融关系的情况下进行的,这可以解释为潜在的利益冲突。

补充材料

可以在以下网址在线找到本文的补充材料:https : //www.frontiersin.org/articles/10.3389/fbloc.2019.00016/full#supplementary-material

脚注

1. https://coinmarketcap.com/

2. ^例如,请参见https://github.com/:带有搜索词“ blockchain”的GitHub搜索引擎提供了总体概述

3. https://scholar.google.com/

4. https://plos.org/

5. https://citeseerx.ist.psu.edu/

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关键字:区块链,开放科学,基础设施,生态系统,审查,研究潜力,需求

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收到: 2019年7月22日; 接受: 2019年10月8日;
发布时间: 2019年11月19日。

编辑者:

肖恩·曼尼翁Sean T. Manion),《科学》杂志,美国

审核人:

乔纳森·坦南特Jonathan Tennant),巴黎13大学,法国
卡门·孔迪克·尤尔基克Karmen Condic-Jurkic),计算生物学中心,斯隆-凯特琳纪念癌症中心,美国

版权所有 ©2019 Leible,Schlager,Schubotz和Gipp。这是根据知识共享署名许可(CC BY)条款分发的开放获取文章。允许在其他论坛中使用,分发或复制,但要遵守公认的学术惯例,但要注明原始作者和版权所有者,并引用本期刊的原始出版物。禁止使用,分发或复制不符合这些条款的内容。

*通讯: Stephan Leible,stephan.leible @ hs-offenburg.de

原文:

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fbloc.2019.00016/full

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