基于區(qū)塊鏈的教育資源共享框架探究*

劉豐源 趙建民 陳 昊 徐振國

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基于區(qū)塊鏈的教育資源共享框架探究*

劉豐源 趙建民[通訊作者]陳 昊 徐振國

（山東師范大學(xué) 教育學(xué)部，山東濟(jì)南 250014）

文章針對國內(nèi)教育資源在共享過程中存在的資源產(chǎn)權(quán)亟需保護(hù)、資源質(zhì)量不容樂觀、資源庫建設(shè)方式有待轉(zhuǎn)型等問題，采用區(qū)塊鏈的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，借鑒區(qū)塊鏈的共識(shí)驗(yàn)證技術(shù)，設(shè)計(jì)了包含資源存儲(chǔ)層、資源評(píng)估層、資源互連層的教育資源共享框架。文章設(shè)計(jì)的基于區(qū)塊鏈的教育資源共享框架，既能保障資源供給方的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，又能提升教育資源的質(zhì)量，還能擴(kuò)大教育資源的共享范圍，故可為教育資源共享的實(shí)現(xiàn)提供理論參考。

區(qū)塊鏈；教育資源共享；資源產(chǎn)權(quán)保護(hù)；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?；共識(shí)驗(yàn)證技術(shù)

一 問題的提出

當(dāng)今，“以學(xué)生為中心”、“因材施教”、“個(gè)性化學(xué)習(xí)”的教育理念正不斷沖擊著傳統(tǒng)的教學(xué)方式，而教師根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)特征分配不同的學(xué)習(xí)任務(wù)、實(shí)施不同的教學(xué)策略，都離不開教育資源的支持（注：若無特別說明，本研究中的教育資源特指數(shù)字教育資源）。2010年，教育部頒布《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》，指出要“建設(shè)開放的教育資源公共服務(wù)平臺(tái)，促進(jìn)教育資源的普及共享”[1]。盡管教育資源的普及共享已成為廣大師生的共同訴求，但從現(xiàn)有實(shí)踐來看，國內(nèi)教育資源在共享過程中還存在不少問題，主要表現(xiàn)為：

1 資源產(chǎn)權(quán)亟需保護(hù)

資源供給方是資源的生產(chǎn)者，其分享意愿決定著資源內(nèi)容的豐富程度。從現(xiàn)有實(shí)踐來看，生產(chǎn)資源耗費(fèi)了資源供給方大量的時(shí)間和精力，因此資源供給方的資源分享意愿主要取決于其付出所得的回報(bào)獎(jiǎng)勵(lì)和對資源本身的價(jià)值認(rèn)同。

長期以來，如何保護(hù)資源產(chǎn)權(quán)一直是個(gè)棘手的難題，而在資源產(chǎn)權(quán)無法得到保護(hù)的情況下，資源供給方往往不愿分享。為此，共享創(chuàng)意組織（Creative Commons，CC）制定了知識(shí)共享協(xié)議，并提供了6種許可組合方式。然而，CC并未得到國際法律上的認(rèn)可，一旦發(fā)生侵權(quán)糾紛，“舉證難”的問題依然存在[2]。數(shù)字版權(quán)管理（Digital Rights Management，DRM）同樣是一種保護(hù)資源產(chǎn)權(quán)的方式，采用加密技術(shù)保護(hù)資源的安全，未授權(quán)用戶無法獲取資源使用權(quán)，但DRM標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備兼容性等還有待完善，且無法避免盜版現(xiàn)象的發(fā)生[3]。

2 資源質(zhì)量不容樂觀

資源的生產(chǎn)、流通、檢索和共享已成為凸顯其價(jià)值的有效路徑。為解決學(xué)習(xí)中存在的問題，資源需求方往往登錄資源服務(wù)平臺(tái)，利用檢索功能從數(shù)據(jù)庫中篩選出符合自身的資源。因此，資源質(zhì)量顯得尤為重要，是資源需求方提升自身專業(yè)發(fā)展、滿足知識(shí)型社會(huì)對人才需求的前提。

目前，劣質(zhì)資源在國內(nèi)不斷涌現(xiàn)，使優(yōu)質(zhì)資源淹沒于茫茫大海之中。究其原因，主要在于：①諸多資源服務(wù)平臺(tái)沒有明確的質(zhì)量審核機(jī)制，資源建設(shè)流程不夠規(guī)范[4]；②地理位置、經(jīng)濟(jì)落差導(dǎo)致院校之間缺乏有效的互動(dòng)交流并產(chǎn)生“信息孤島”，低水平重復(fù)建設(shè)造成資源質(zhì)量參差不齊，可供資源需求方選擇資源內(nèi)容的類型不足[5]；③資源評(píng)價(jià)主體過于單一，“重專家、輕大眾”的評(píng)審方式屢見不鮮，缺少校內(nèi)外師生對教育資源的評(píng)價(jià)反饋[6]。

3 資源庫建設(shè)方式有待轉(zhuǎn)型

資源庫建設(shè)方式分為兩種：一種是以政府為主導(dǎo)的集中式建設(shè)，統(tǒng)一將資源從孕育腹地匯聚并存儲(chǔ)于中心數(shù)據(jù)庫，資源需求方通過免費(fèi)或付費(fèi)的共享機(jī)制獲取資源，共享主體范圍較廣；另一種是以學(xué)校為中心的獨(dú)立式建設(shè)，由院校成員組織運(yùn)營，僅供校內(nèi)師生共享，外部人員無法訪問[7]。

資源需求方對資源的需求越大，集中式資源庫的更新、管理、維護(hù)所耗費(fèi)的資金成本就越高，而一旦資金鏈斷裂，資源的可持續(xù)發(fā)展便會(huì)遭受巨大的沖擊——猶他州立大學(xué)開放課件項(xiàng)目關(guān)閉的原因正是如此[8]。此外，資源需求方對資源平臺(tái)的并發(fā)訪問，也容易造成中心服務(wù)器出現(xiàn)超載、崩潰、網(wǎng)絡(luò)延遲等現(xiàn)象，致使資源需求方錯(cuò)過獲取資源的最佳時(shí)間。獨(dú)立式教育資源庫雖然管理成本較低，但資源內(nèi)容類型匱乏，且共享主體范圍較窄。基于上述分析，為了提升資源質(zhì)量、促進(jìn)資源大范圍地傳播共享，除政府統(tǒng)籌建設(shè)之外，院校之間亦可打造一個(gè)共建共享的資源共同體，以便在本地服務(wù)器發(fā)生故障時(shí)，可以跨區(qū)域、跨平臺(tái)訪問其它資源庫。

二 區(qū)塊鏈的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與共識(shí)驗(yàn)證技術(shù)

2008年，Nakamoto[9]提出去中心化的數(shù)字貨幣，即比特幣。此后，區(qū)塊鏈作為比特幣的底層技術(shù)，引起了諸多研究者的關(guān)注。從本質(zhì)上來講，區(qū)塊鏈?zhǔn)侵附Y(jié)合加密技術(shù)，將數(shù)據(jù)封裝成區(qū)塊，通過鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)使區(qū)塊互連，利用共識(shí)機(jī)制對事務(wù)的結(jié)果達(dá)成統(tǒng)一共識(shí)，營造一種分布式的基礎(chǔ)架構(gòu)和去中心化的運(yùn)行環(huán)境[10]。上述定義表明：區(qū)塊鏈的正常運(yùn)行離不開網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和共識(shí)驗(yàn)證技術(shù)——這為本研究設(shè)計(jì)基于區(qū)塊鏈的教育資源共享框架提供了思路：選擇相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以降低數(shù)據(jù)庫之間的并發(fā)訪問風(fēng)險(xiǎn)，提升教育資源共享的利用率；通過共識(shí)驗(yàn)證技術(shù)，可以達(dá)成教育資源的評(píng)價(jià)共識(shí)，進(jìn)而優(yōu)化教育資源的質(zhì)量。

1 區(qū)塊鏈的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

“去中心化”是指在沒有中心服務(wù)器的協(xié)調(diào)下，節(jié)點(diǎn)之間可以互相通信；每個(gè)節(jié)點(diǎn)無主從之分，均有路由尋址、廣播等功能；節(jié)點(diǎn)的加入或離開，不會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行[11]。眾所周知，區(qū)塊鏈基于P2P實(shí)現(xiàn)去中心化的分布式管理，而P2P的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分為中心化拓?fù)洌–entralized Topology，CT）、半分布式拓?fù)洌≒artially Decentralized Topology，PDT）、分布式非結(jié)構(gòu)化拓?fù)洌―ecentralized Unstructured Topology，DUT）和分布式結(jié)構(gòu)化拓?fù)洌―ecentralized Structured Topology，DHT）[12]。那么，區(qū)塊鏈究竟采用何種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)？

CT類似于傳統(tǒng)客戶端/服務(wù)器通信模式，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是中心化的，不符合區(qū)塊鏈去中心化的需求；PDT的路由查詢依賴于超級(jí)節(jié)點(diǎn)，若超級(jí)節(jié)點(diǎn)崩潰，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)就會(huì)處于部分癱瘓的狀態(tài)，故區(qū)塊鏈也無法通過PDT實(shí)現(xiàn)去中心化；DUT采用泛洪算法實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)定位，僅限于小部分的分布式網(wǎng)絡(luò)檢索，且擴(kuò)展性較差，容易造成網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴、消息重疊等問題，因此區(qū)塊鏈采用DUT尚不合適；在DHT中，所有節(jié)點(diǎn)共同維護(hù)一張巨大的散列表，適用于大規(guī)模分布式網(wǎng)絡(luò)，路由查詢速度精準(zhǔn)，可靠性良好，符合區(qū)塊鏈的需求。教育資源的共享亦離不開網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的支撐，故本研究設(shè)計(jì)基于區(qū)塊鏈的教育資源共享框架的資源互連層時(shí)也將采用DHT。

2 區(qū)塊鏈的共識(shí)驗(yàn)證技術(shù)

在區(qū)塊鏈中，區(qū)塊的共識(shí)驗(yàn)證涉及三種技術(shù)：默克爾樹、數(shù)字簽名和共識(shí)機(jī)制。其中，默克爾樹用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，數(shù)字簽名保證區(qū)塊中數(shù)據(jù)的完整性驗(yàn)證，共識(shí)機(jī)制是達(dá)成共識(shí)的算法。

（1）默克爾樹（Merkle Tree，MT）

區(qū)塊中部分?jǐn)?shù)據(jù)以MT形式存儲(chǔ)，如比特幣交易信息。MT是存儲(chǔ)哈希值的特殊二叉樹，哈希值（也稱數(shù)字摘要）通過具有不可逆性的哈希算法（Hash Algorithm，HA）計(jì)算得出，而典型的HA有消息摘要算法（Message Digest 5，MD5）和安全散列算法（Secure Hash Algorithm，SHA）——其中，SHA已成為聯(lián)邦信息處理標(biāo)準(zhǔn)（Federal Information Processing Standards，F(xiàn)IPS）認(rèn)證的算法，如比特幣使用SHA-256計(jì)算哈希值。MT由一個(gè)根節(jié)點(diǎn)、多組中間節(jié)點(diǎn)和一組葉子節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，這些節(jié)點(diǎn)依次迭代執(zhí)行HA得出MT的根，所以，MT的根表示整個(gè)默克爾樹。從邏輯而言，MT是一種存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，當(dāng)教育資源存儲(chǔ)于MT時(shí)，若想驗(yàn)證區(qū)塊中的數(shù)據(jù)，就只需驗(yàn)證MT的根，因此相較于其它存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，MT的驗(yàn)證效率更高。

（2）數(shù)字簽名（Digital Signature，DS）

DS類似于刻在紙上的印章標(biāo)識(shí)，其實(shí)現(xiàn)基于非對稱加密（Asymmetric Encryption，AE）技術(shù)。AE算法雖有多種，但遵循的原理相同，即生成密鑰對——公鑰（Public Key，PK）和私鑰（Private Key，PrK），使用PK對數(shù)字摘要加密并產(chǎn)生密文，通過PrK對密文解密。公鑰加密算法（Rivest Shamir Adleman，RSA）是一種典型的AE，其密鑰對的生成基于歐拉定理和模反元素，故RSA很難被破譯。鑒于此，教育資源評(píng)價(jià)可以采用基于RSA的DS，以保證教育資源檢驗(yàn)的完整性。

（3）共識(shí)機(jī)制（Consensus Mechanism，CM）

CM是按照一定的時(shí)間先后順序，對事務(wù)的處理結(jié)果達(dá)成共識(shí)。實(shí)際拜占庭容錯(cuò)（Practical Byzantine Fault Tolerance，PBFT）是常用的共識(shí)算法，可容忍少數(shù)拜占庭節(jié)點(diǎn)。由于區(qū)塊鏈分為私有鏈、聯(lián)盟鏈和公有鏈三種，不同種類的區(qū)塊鏈?zhǔn)褂玫腃M大相庭徑，而本研究設(shè)計(jì)的教育資源共享框架適用于區(qū)域教育資源共享，具有聯(lián)盟鏈的性質(zhì)，所以選擇的是可容忍少數(shù)拜占庭節(jié)點(diǎn)的PBFT，以達(dá)成對教育資源的評(píng)價(jià)共識(shí)。

結(jié)合上述分析，教育資源共享框架可在以下方面借鑒區(qū)塊鏈的共識(shí)驗(yàn)證技術(shù)：在資源存儲(chǔ)層，用默克爾樹存儲(chǔ)教育資源；通過數(shù)字簽名尤其是基于RSA的數(shù)字簽名，來保證用默克爾樹存儲(chǔ)的教育資源檢驗(yàn)的完整性；借助共識(shí)機(jī)制尤其是PBFT，來達(dá)成對教育資源的評(píng)價(jià)共識(shí)。

三 基于區(qū)塊鏈的教育資源共享框架的設(shè)計(jì)

針對國內(nèi)教育資源在共享過程中存在的問題，采用區(qū)塊鏈的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)DHT，借鑒區(qū)塊鏈的共識(shí)驗(yàn)證技術(shù)，本研究設(shè)計(jì)了基于區(qū)塊鏈的教育資源共享框架，如圖1所示。

1 資源存儲(chǔ)層

雖然區(qū)塊鏈中的區(qū)塊數(shù)據(jù)不可篡改，但區(qū)塊鏈自身存在安全漏洞，如比特幣明確規(guī)定只有掌控51%的節(jié)點(diǎn)才能有效篡改區(qū)塊數(shù)據(jù)，這就是其中的一個(gè)漏洞——2018年，比特幣黃金（Bitcoin Gold，BG）遭受非法攻擊，攻擊者控制了網(wǎng)絡(luò)中的大多數(shù)算力，非法收入1800余萬美元[13]。區(qū)塊之間的互連是由區(qū)塊中所有數(shù)據(jù)迭代執(zhí)行HA得出。若修改區(qū)塊中的數(shù)據(jù)，就需計(jì)算出從當(dāng)前區(qū)塊至最后一個(gè)區(qū)塊中所有首尾互連區(qū)塊的地址哈希值，由此可見，篡改數(shù)據(jù)會(huì)耗費(fèi)龐大的算力——破壞區(qū)塊鏈所需的算力成本是每小時(shí)336美元到49萬美元[14]。當(dāng)攻擊者的回報(bào)小于自身的付出時(shí)，斷然不會(huì)冒險(xiǎn)篡改區(qū)塊中的數(shù)據(jù)。

圖1 基于區(qū)塊鏈的教育資源共享框架

基于上述分析，資源存儲(chǔ)層采取“區(qū)塊”+“鏈”存儲(chǔ)鏈接方式，以保護(hù)資源產(chǎn)權(quán)：資源供給方將教育資源封裝成區(qū)塊等待驗(yàn)證（區(qū)塊中的基本數(shù)據(jù)如表1所示），隨后，系統(tǒng)將區(qū)塊鏈接到從創(chuàng)世區(qū)塊至前一個(gè)區(qū)塊的主鏈上，同時(shí)將區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)備份至各個(gè)節(jié)點(diǎn)——每個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有相同的“記賬簿”，均記錄著區(qū)塊鏈上的所有數(shù)據(jù)。區(qū)塊中包含時(shí)間戳、資源供給方等基本信息，這些信息明確了資源的歸屬權(quán)，一旦發(fā)生侵權(quán)糾紛，節(jié)點(diǎn)可以充當(dāng)“證人”的角色。

表1 區(qū)塊中的基本數(shù)據(jù)

2 資源評(píng)估層

資源評(píng)估層采取去除“中心化”的評(píng)估方式，形成院校、專家、師生等共評(píng)聯(lián)盟體系；評(píng)估者依據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)，在網(wǎng)絡(luò)中達(dá)成資源質(zhì)量評(píng)估共識(shí)。但網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定、基礎(chǔ)設(shè)備出現(xiàn)故障、黑客攻擊等會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)延遲、死機(jī)、資源被截取等問題——本研究將這些問題定義為拜占庭將軍問題。為此，本研究采用可容忍部分拜占庭節(jié)點(diǎn)且適用于聯(lián)盟鏈的PBFT算法，來保證評(píng)估結(jié)果的有效反饋。

PBFT是一種狀態(tài)機(jī)副本復(fù)制算法，實(shí)施驗(yàn)證時(shí)，對每個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)進(jìn)行副本復(fù)制，所有的副本均在視圖中運(yùn)行[15]。在視圖中選取一個(gè)副本為主節(jié)點(diǎn)（Primary Node，PN），PN=v mod |n|——其中，v為視圖編號(hào)，n為副本的個(gè)數(shù)，其余副本為備份節(jié)點(diǎn)（Backup Node，BN）。為便于后文表述如何通過PBFT達(dá)成資源質(zhì)量評(píng)估，本研究采用表述術(shù)語σi: 表示驗(yàn)證區(qū)塊的證書——其中，State是PBFT執(zhí)行步驟的順序，具體為：連接→預(yù)準(zhǔn)備→準(zhǔn)備→確認(rèn)→回應(yīng)；Parameter表示不同的State對應(yīng)的參數(shù)類型，包括時(shí)間戳（t）、教育資源（e）、區(qū)塊哈希值（d）、視圖編號(hào)（v）、序列號(hào)（seq）、認(rèn)同資源為優(yōu)質(zhì)資源的評(píng)價(jià)結(jié)果（res）；而σi表示評(píng)估者i對待驗(yàn)證證書的數(shù)字簽名。教育資源的質(zhì)量評(píng)估按照State進(jìn)行：

①連接（Connection）：資源供給方通過本地服務(wù)器將資源封裝成區(qū)塊，發(fā)送請求PN，等待驗(yàn)證；

②預(yù)準(zhǔn)備（Pre-prepare）：啟動(dòng)視圖操作，PN驗(yàn)證資源供給方發(fā)送的證書格式是否規(guī)范，若驗(yàn)證通過，PN給BN分配seq并執(zhí)行數(shù)字簽名，廣播σPN證書，進(jìn)入準(zhǔn)備階段；

③準(zhǔn)備（Prepare）：在證書傳輸?shù)倪^程中，有可能出現(xiàn)PN失效的情況，因此，BN收到Pre-prepare證書后，應(yīng)判斷PN分配的seq是否在水線[h, H]范圍內(nèi)，檢驗(yàn)d是否一致。若驗(yàn)證通過，表明區(qū)塊內(nèi)容完整，BN下載待評(píng)估的教育資源、對其進(jìn)行評(píng)價(jià)，并通過證書反饋res。隨后，BN執(zhí)行數(shù)字簽名，廣播σBN證書，進(jìn)入確認(rèn)階段；

④確認(rèn)（Commit）：系統(tǒng)操作按照時(shí)間的優(yōu)先順序進(jìn)行，若PN在某個(gè)時(shí)間發(fā)生拜占庭錯(cuò)誤，系統(tǒng)便會(huì)啟動(dòng)更換視圖的操作，在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)之前，已經(jīng)分配的seq會(huì)全部失效。此時(shí)重新分配seq，會(huì)浪費(fèi)系統(tǒng)中的時(shí)間和存儲(chǔ)空間，故增加確認(rèn)階段以解決PN失效帶來的問題。收到Prepare證書后，若驗(yàn)證通過，PN、BN執(zhí)行數(shù)字簽名，廣播σPN,σBN證書，進(jìn)入回應(yīng)階段；

⑤回應(yīng)（Replay）：資源供給方檢查Commit證書中的內(nèi)容，若其反饋res的數(shù)量大于節(jié)點(diǎn)總數(shù)的2/3，就表明大部分節(jié)點(diǎn)對資源的評(píng)價(jià)達(dá)成了共識(shí)，可將區(qū)塊上傳至區(qū)塊鏈。

3 資源互連層

資源互連層選擇基于Kademlia（下文簡稱“Kad”）協(xié)議的DHT，使院校之間的資源庫可以互連共訪。實(shí)現(xiàn)DHT的技術(shù)有Tapestry、CAN、Chord、Kad。與其它三種技術(shù)相比，Kad以獨(dú)特的異或算法（Exclusive OR，XOR）為距離度量的基礎(chǔ)，建立了一種全新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提高了路由查詢速度[16]。

（1）Kad網(wǎng)絡(luò)劃分

Kad把整個(gè)P2P網(wǎng)絡(luò)邏輯劃分為二叉樹，節(jié)點(diǎn)可以看成樹中的葉子節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)又可把整個(gè)二叉樹劃分為不包含自身的子樹。Kad給節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分配一個(gè)160位二進(jìn)制ID，節(jié)點(diǎn)的位置由ID最短前綴決定。Kad保證了每個(gè)節(jié)點(diǎn)至少知道其劃分子樹中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以通過ID來定位其它節(jié)點(diǎn)的位置[17]。Kad將路由表分布在網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，在節(jié)點(diǎn)加入或離開的情況下，能最大程度地保留原有節(jié)點(diǎn)中的映射，使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)具有良好的擴(kuò)展性。

（2）Kad路由查詢

Kad采用XOR計(jì)算兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的距離：假設(shè)存在節(jié)點(diǎn)x=1010和節(jié)點(diǎn)y=0011，采用XOR計(jì)算x, y之間的距離，得到：d（x, y）=1010⊕0011=1001。節(jié)點(diǎn)的路由表信息通過一個(gè)K桶表格構(gòu)造，由數(shù)據(jù)列表構(gòu)成。對于任何一個(gè)0≤i≤160，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都保存著與自身節(jié)點(diǎn)距離范圍在[2i, 2i+1）內(nèi)的節(jié)點(diǎn)信息[18]——一般來說，i值越小，K桶項(xiàng)數(shù)越??；當(dāng)i=0時(shí)，K桶信息至少有一個(gè)；而i值越大，K桶里的信息越多。Kad節(jié)點(diǎn)中的信息存儲(chǔ)在value之中，每個(gè)value與key對應(yīng)，可以理解成key是value的映射。Kad網(wǎng)絡(luò)在邏輯上是一個(gè)二叉樹網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)傾向于存儲(chǔ)相鄰節(jié)點(diǎn)的信息，每次查詢使得距離減半，因此，含有N個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，最多需要進(jìn)行l(wèi)og2N次查詢。Kad不僅優(yōu)化了路由查詢的速度，還可以抵擋拒絕服務(wù)（Denial Of Service，DOS）的攻擊。

（3）Kad操作步驟

假設(shè)師生通過本地客戶端搜索其它院校的資源庫，可按以下步驟進(jìn)行Kad遠(yuǎn)程操作[19]——

①PING：資源供給方通過客戶端探測目標(biāo)節(jié)點(diǎn)是否在線，并計(jì)算兩者之間的距離；

②STORE：依據(jù)兩者之間的距離，通知相鄰的K桶更新相應(yīng)的；

③FIND_NODE：客戶端從自身K桶中選擇n個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行查詢操作，整個(gè)查詢是一個(gè)迭代循環(huán)的過程。在n個(gè)節(jié)點(diǎn)之中，若存在目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，就表示查詢結(jié)束，客戶端與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)建立連接；若不存在目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，則以n個(gè)節(jié)點(diǎn)為基準(zhǔn)，重復(fù)上面的操作，直至找到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)為止；

④FINDE_VALUE：目標(biāo)節(jié)點(diǎn)請求節(jié)點(diǎn)返回自身的位置信息，為下次的查詢做準(zhǔn)備。

四 研究的不足之處

本研究設(shè)計(jì)的基于區(qū)塊鏈的教育資源共享框架，適用于區(qū)域教育資源、校內(nèi)教育資源的共享。作為一項(xiàng)探索性的理論研究，該框架尚存在以下不足：①在資源存儲(chǔ)層，不能僅靠“區(qū)塊”+“鏈”存儲(chǔ)鏈接方式來保護(hù)資源產(chǎn)權(quán)，還需完善與區(qū)塊鏈相關(guān)的法律法規(guī)、制定保護(hù)資源產(chǎn)權(quán)的相關(guān)政策。②在資源評(píng)估層，PBFT采用數(shù)字簽名對教育資源加以保護(hù)，而數(shù)字簽名雖然可以保證數(shù)據(jù)的完整性，但不能保證數(shù)據(jù)的有效性；為了保證評(píng)估者的安全隱私，評(píng)估者往往以匿名的方式評(píng)估，而消息認(rèn)證編碼（Message Authentication Code，MAC）雖然可以保證數(shù)據(jù)的有效性，但前提是要明確資源供給方與資源評(píng)估方的身份——針對這個(gè)矛盾問題，能否借助MAC以非匿名的方式進(jìn)行資源評(píng)估有待進(jìn)一步思考。③在網(wǎng)絡(luò)共享層，分布式網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需要大量的成本資金，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自由出入時(shí)，還應(yīng)預(yù)防巫女攻擊（Sybil Attack，SA）、域名系統(tǒng)劫持（Domain Name System Hijacked，DNSH）等情況，并且Kad不支持復(fù)雜的查詢方式。此外，如何完善資源供給方提供資源后的獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，本研究也尚未涉及。

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Research on the Educational Resources Sharing Framework based on Blockchain

LIU Feng-Yuan ZHAO Jian-Min[Corresponding Author]CHEN Hao XU Zhen-Guo

There were problems, such as the urgent need to protect the resource property, the unoptimistic quality of resources and the requirement to transform the construction way of resource banks, existing in the process of sharing domestic educational resources. In order to solve these problmens, the educational resources sharing framework was designed by using the network topology and the consensus verification technology of blockchain, which included resource storage layer, resource evaluation layer and resource interconnection layer. The design of educational resources sharing framework based on blockchain could guarantee the intellectual property of resource providers, improve the quality of educational resources, and expand the sharing scope of educational resources, so as to provide theoretical reference for the realization of educational resources sharing.

blockchain; educational resources sharing;resource propertyprotection;network topology; consensus verification technology

G40-057

A

1009—8097（2018）11—0114—07

10.3969/j.issn.1009-8097.2018.11.017

本文為2016年山東省本科高校教學(xué)改革研究項(xiàng)目“基于混合式教學(xué)模式的師范院校課程改革探索與實(shí)踐”的階段性研究成果。

劉豐源，在讀碩士，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)教育應(yīng)用，郵箱為491866176@qq.com。

2018年3月6日

編輯：小米