基于區(qū)塊鏈技術(shù)的數(shù)字教學(xué)資源溯源研究*

王夢豪，曹 蕾

（西華師范大學(xué) 教育學(xué)院，四川 南充 637000）

一、引言

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，教育資源共建共享成為當(dāng)前社會發(fā)展的一大趨勢。2019 年2 月23 日中共中央國務(wù)院印發(fā)了《中國教育現(xiàn)代化2035》，明確提出推進教育現(xiàn)代化理念要“更加注重共建共享”。在戰(zhàn)略任務(wù)中又談到“創(chuàng)新教育服務(wù)業(yè)態(tài)，建立數(shù)字教育資源共建共享機制，完善利益分配機制、知識產(chǎn)權(quán)保護制度和新型教育服務(wù)監(jiān)管制度”。[1]在教育資源共建共享建設(shè)中，數(shù)字教學(xué)資源首當(dāng)其沖。

數(shù)字化教學(xué)資源是指經(jīng)過數(shù)字化處理，可以在多媒體計算機及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，運用各種用于教與學(xué)活動的信息資源，具有多樣性、共享性、雙向互動性、內(nèi)容再生性等特點。[2-4]數(shù)字教學(xué)資源的興起，一方面打破了傳統(tǒng)教學(xué)資源傳播的局限，使其得到高效的利用。同時，源文件可以被壓縮、轉(zhuǎn)換，內(nèi)容被修改或篡改等網(wǎng)絡(luò)上各種形式的侵權(quán)現(xiàn)象屢見不鮮，使創(chuàng)作者的權(quán)益受到損失，極大傷害了創(chuàng)作者的積極性。如何將數(shù)字教學(xué)資源的創(chuàng)作與流通過程進行透明化、可監(jiān)督化，對數(shù)字教學(xué)資源進行溯源管理，成為目前學(xué)者所要關(guān)注的問題。

區(qū)塊鏈技術(shù)具有去中心化、數(shù)據(jù)可追溯、不可篡改等特征，為數(shù)字教學(xué)資源溯源問題提供了解決的可能。本文希望構(gòu)建一個在《教育資源建設(shè)技術(shù)規(guī)范》（CELTS-41）引證規(guī)范的基礎(chǔ)上，運用數(shù)據(jù)溯源理念，結(jié)合當(dāng)下數(shù)字教學(xué)資源保護手段將區(qū)塊鏈技術(shù)與數(shù)字教學(xué)資源相結(jié)合，構(gòu)建出一種基于區(qū)塊鏈技術(shù)的數(shù)字教學(xué)資源溯源管理系統(tǒng)架構(gòu)。應(yīng)用區(qū)塊鏈等技術(shù)手段為數(shù)字教學(xué)資源的溯源管理提供一種解決思路，促進數(shù)字教學(xué)資源的共建共享。

二、區(qū)塊鏈技術(shù)介紹及溯源原理

1.區(qū)塊鏈技術(shù)介紹

區(qū)塊鏈和機器學(xué)習(xí)被譽為未來10 年內(nèi)最有可能提高人類社會生產(chǎn)力的兩大創(chuàng)新科技。[5]公認最早關(guān)于區(qū)塊鏈的描述性文獻是日本學(xué)者“中本聰”所撰寫的文章《Bitcoin：A Peer-to Peer Electronic Cash System》。[6]但是這篇論文重點在于討論比特幣系統(tǒng)，并沒有明確提出區(qū)塊鏈的定義和概念。Wikipedia（維基百科）將區(qū)塊鏈類比為一種分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)，通過維護數(shù)據(jù)塊的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，可以維持持續(xù)增長的、不可篡改的數(shù)據(jù)記錄。

可以理解為區(qū)塊鏈?zhǔn)峭ㄟ^一整套技術(shù)組合而形成的一種數(shù)據(jù)的記錄格式，與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄不同的是區(qū)塊鏈將產(chǎn)生的數(shù)據(jù)按照一定的時間間隔分成一個個的數(shù)據(jù)塊進行記錄，然后再根據(jù)數(shù)據(jù)塊的先后關(guān)系將其串聯(lián)起來。

2.區(qū)塊鏈溯源基本原理

區(qū)塊鏈溯源是指利用區(qū)塊鏈技術(shù)，通過其獨特的不可篡改的分布式賬本記錄特性與其他溯源或產(chǎn)權(quán)認證技術(shù)相結(jié)合，對數(shù)字教學(xué)資源實現(xiàn)從數(shù)字教學(xué)資源庫的獲取、加工、使用、再加工、保存的全程可追溯。（見圖1）

圖1 區(qū)塊鏈溯源基本模式流程圖

區(qū)塊鏈利用時間戳、共識機制等技術(shù)手段實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的不可篡改和追本溯源等功能，為數(shù)字教學(xué)資源的溯源管理系統(tǒng)架構(gòu)的建立提供了技術(shù)支撐。[7]同時把第三方數(shù)字教學(xué)資源認證監(jiān)督機構(gòu)與資源使用者納入系統(tǒng)架構(gòu)中，打破了信息孤島，在一定程度上實現(xiàn)了數(shù)字教學(xué)資源創(chuàng)作與流通過程的透明化、可監(jiān)督化。

3.區(qū)塊鏈溯源技術(shù)原理

區(qū)塊鏈可以生成一套按照時間順序記錄、不可篡改的，可信任、自定腳本的數(shù)據(jù)庫。[8]這套數(shù)據(jù)庫是去中心化存儲且數(shù)據(jù)安全能夠得到有效保證。區(qū)塊鏈溯源就是利用其去中心化、數(shù)據(jù)可追溯、不可篡改等特性，實現(xiàn)數(shù)字教學(xué)資源溯源管理的重要技術(shù)途徑。

（1）“區(qū)塊”+“鏈”=“時間戳”，實現(xiàn)數(shù)據(jù)可追溯，且不可篡改

在區(qū)塊鏈技術(shù)中，區(qū)塊是數(shù)據(jù)以電子記錄的形式被永久存儲下來，按時間順序生成，將區(qū)塊以鏈的方式組合在一起形成區(qū)塊鏈，如圖2 所示。這樣使每一次區(qū)塊上記錄的信息是上一個區(qū)塊形成之后、該區(qū)塊被創(chuàng)建之前發(fā)生的數(shù)據(jù)信息，這樣就保證了數(shù)據(jù)庫的完整性。在絕大多數(shù)情況下，一旦新區(qū)塊完成被加入到區(qū)塊鏈后，則該區(qū)塊的數(shù)據(jù)記錄就無法被改變或刪除。保證了數(shù)據(jù)庫的嚴謹性和真實性，即無法被篡改。

圖2 區(qū)塊鏈原理示意圖

將數(shù)字教學(xué)資源創(chuàng)作與流通過程的信息以區(qū)塊的形式打包上傳至區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫中。運用“時間戳”確定數(shù)字教學(xué)資源的產(chǎn)權(quán)、交易、使用記錄等。第三方數(shù)字教學(xué)資源認證監(jiān)督機構(gòu)能夠通過數(shù)據(jù)庫的信息做出判斷，核實產(chǎn)權(quán)信息、認證優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，進而保護資源創(chuàng)作者的合法權(quán)益。

（2）分布式結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)去中心化，信息受多方監(jiān)管

目前社會存儲信息的方式都是存儲在中央服務(wù)器上。中心節(jié)點存在篡改數(shù)據(jù)、造假的可能。[9]但是區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計是通過構(gòu)建一整套協(xié)議機制，把數(shù)據(jù)存儲在每一個參與數(shù)據(jù)交易的節(jié)點上，且參與節(jié)點都會記錄結(jié)果并進行驗證，保證存儲數(shù)據(jù)受到多方節(jié)點的監(jiān)督，保證了上鏈信息的真實性。

運用分布式結(jié)構(gòu)，使數(shù)字教學(xué)資源創(chuàng)作與流通過程受到全網(wǎng)使用者的監(jiān)督，防止資源使用者偽造、篡改產(chǎn)權(quán)等行為的發(fā)生。并且分布式結(jié)構(gòu)可以減少產(chǎn)權(quán)認證時間，創(chuàng)作者上傳引證規(guī)范的數(shù)字教學(xué)資源，節(jié)點廣播后打包形成區(qū)塊記錄到數(shù)據(jù)庫中，即完成了數(shù)字教學(xué)資源的確權(quán)。減少產(chǎn)權(quán)認證的流程，提高數(shù)字教學(xué)資源認證效率以達到“上傳”及“確權(quán)”的效果。

（3）非對稱加密算法，保證了鏈上信息的安全

在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，非對稱加密算法是所有權(quán)驗證機制的基礎(chǔ)。[10]非對稱密鑰也叫公開密鑰加密，它是用兩個數(shù)學(xué)相關(guān)的密鑰對信息進行編碼加密。在此系統(tǒng)中，其中一個密鑰叫公開密鑰，用于對信息加密，可隨意發(fā)給期望同密鑰持有者進行安全通信的人。第二個密鑰是私有密鑰，屬于密鑰持有者，并且要仔細保存私有密鑰。密鑰持有者用私有密鑰對收到的信息進行解密，傳輸信息的一方可以用來對明文進行加密，密文只能由私鑰進行解密。非對稱加密主要基于運算的不可逆原理，大大提高了信息傳輸?shù)陌踩浴?/p>

版權(quán)交易雙方可以運用非對稱加密算法更好地保護版權(quán)交易過程，更好地維護自身權(quán)益。創(chuàng)作者用版權(quán)購買方的公鑰對將所要交易的數(shù)字教學(xué)資源進行加密發(fā)送，購買方收到加密數(shù)據(jù)后，用私有密鑰進行解密即可拿到交易的數(shù)字教學(xué)資源，從而杜絕數(shù)字教學(xué)資源被第三者得到。非對稱加密算法為數(shù)字教學(xué)資源創(chuàng)作與流通過程中的版權(quán)交易提供了安全性的解決方案，使交易雙方利益得到最大保障。

（4）智能合約，自定程序規(guī)則，便于信息管理

區(qū)塊鏈技術(shù)允許使用者自行編寫一定的程序規(guī)則，部署到區(qū)塊鏈中，而這些程序規(guī)則被稱為“智能合約”。智能合約可以定義完成特定活動所需要滿足的條件，如果未能達到條件即交易無法進行。通過智能合約擴展了區(qū)塊鏈的功能，使其不僅僅應(yīng)用于金融領(lǐng)域中。

在智能合約技術(shù)下，資源創(chuàng)作者可以自行編寫一組程序規(guī)則部署到區(qū)塊鏈上。當(dāng)達到預(yù)先設(shè)定的規(guī)則后，便可自動完成數(shù)字教學(xué)資源的確權(quán)、授權(quán)、對全網(wǎng)侵權(quán)行為進行監(jiān)督和處理，完成各類版權(quán)交易。整個過程無需中介，不僅減少了版權(quán)的交易成本，還能實現(xiàn)數(shù)字教學(xué)資源版權(quán)內(nèi)容訪問、分發(fā)、獲利管理等流程的自動化、智能化和透明化。

三、基于區(qū)塊鏈技術(shù)的數(shù)字教學(xué)資源溯源管理設(shè)計框架和系統(tǒng)架構(gòu)

1.基于區(qū)塊鏈技術(shù)的數(shù)字教學(xué)資源溯源管理設(shè)計框架

基于區(qū)塊鏈技術(shù)的數(shù)字教學(xué)資源溯源管理設(shè)計框架如圖3 所示。將數(shù)字教學(xué)資源的創(chuàng)作與流通過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息進行上鏈處理。在教學(xué)資源數(shù)據(jù)庫中運用標(biāo)注法、工作日志法、反向查詢法、數(shù)據(jù)溯源技術(shù)、可逆信息隱藏技術(shù)、電子取證技術(shù)等一系列技術(shù)手段將上傳的數(shù)字教學(xué)資源進行處理。引入第三方數(shù)字教學(xué)資源認證監(jiān)督機構(gòu)，對其進行核實并將優(yōu)質(zhì)資源的認證過程納入到系統(tǒng)架構(gòu)中，打破傳統(tǒng)數(shù)字教學(xué)資源創(chuàng)作與流通過程中的信息孤島。對數(shù)字教學(xué)資源溯源數(shù)據(jù)進行量化分析，揭示教學(xué)信息運動與科學(xué)活動的內(nèi)在規(guī)律，從而更好地為使用者服務(wù)。

圖3 基于區(qū)塊鏈技術(shù)數(shù)字教學(xué)資源溯源管理設(shè)計框架圖

數(shù)字教學(xué)資源在創(chuàng)作與流通過程中應(yīng)遵循教育部教育信息化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)委員會發(fā)布的《教育資源建設(shè)技術(shù)規(guī)范》（CELTS-41）引證標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合目前數(shù)據(jù)溯源技術(shù)和可逆信息隱藏技術(shù)將版權(quán)信息按一定的編碼或加密算法嵌入到數(shù)字教學(xué)資源載體中，讓其具有可逆追溯特征，為數(shù)字教學(xué)資源溯源確認提供了有效的技術(shù)手段與確權(quán)方法。并且引進第三方數(shù)字教學(xué)資源認證監(jiān)督機構(gòu)，使用信息確權(quán)的電子取證技術(shù)對上傳的教學(xué)資源加蓋特定的存證戳，使上傳的數(shù)字教學(xué)資源形成的時間和來源信息固定化。起到核實數(shù)字教學(xué)資源的產(chǎn)權(quán)信息、認證優(yōu)質(zhì)的數(shù)字教學(xué)資源的作用，為數(shù)字教學(xué)資源與創(chuàng)作者之間的權(quán)屬關(guān)系提供證明。

應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化、分布式存儲、非對稱加密算法、智能合約等特征將教學(xué)資源進行上鏈管理。明確記錄每一項數(shù)字教學(xué)資源的創(chuàng)作與流通過程，并且對每一次的資源版權(quán)交易進行合理分配，從而保證教學(xué)資源創(chuàng)作者的利益不受損失。同時使用者可以上傳自己的教學(xué)資源并進行比對，進行侵權(quán)檢測和溯源查詢。從而減少傳統(tǒng)確權(quán)的時間和流程，便于數(shù)字教學(xué)資源的溯源和管理。

2.基于區(qū)塊鏈技術(shù)的數(shù)字教學(xué)資源溯源管理系統(tǒng)架構(gòu)

基于區(qū)塊鏈技術(shù)的數(shù)字教學(xué)資源溯源管理的系統(tǒng)架構(gòu)分為兩大部分（見圖4）：一是底層的區(qū)塊鏈平臺，二是協(xié)議層、拓展層和應(yīng)用層。

圖4 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的數(shù)字教學(xué)資源溯源管理系統(tǒng)架構(gòu)圖

區(qū)塊鏈底層平臺提供數(shù)字教學(xué)資源數(shù)據(jù)庫維護、分布式賬本的維護、智能合約的生命周期管理等區(qū)塊鏈功能，實現(xiàn)數(shù)字教學(xué)資源數(shù)據(jù)的不可篡改和智能合約的業(yè)務(wù)邏輯。

協(xié)議層是整個技術(shù)架構(gòu)的基礎(chǔ)，它提供了數(shù)字教學(xué)資源存儲渠道，構(gòu)建了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、資源交易通道，制定了節(jié)點獎勵規(guī)則等。運用標(biāo)注法、工作日志法、反向查詢法、數(shù)據(jù)溯源技術(shù)、可逆信息隱藏技術(shù)、電子取證技術(shù)等為數(shù)字教學(xué)資源創(chuàng)作與流通過程中的溯源管理提供技術(shù)支撐，保障整個架構(gòu)的運行。

拓展層由教學(xué)資源流通的業(yè)務(wù)邏輯與區(qū)塊鏈技術(shù)的共識機制共同構(gòu)建，引進第三方數(shù)字教學(xué)資源認證監(jiān)督機構(gòu)，建立了賬戶中心、教學(xué)資源產(chǎn)權(quán)登記、優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源認證、教學(xué)資源交易、支付系統(tǒng)等，通過智能合約實現(xiàn)教學(xué)資源溯源的查詢、版權(quán)交易、侵權(quán)檢測等功能。

應(yīng)用層，即面向個人和機構(gòu)，為使用者提供注冊登錄、實名認證、個人中心、教學(xué)資源管理、產(chǎn)權(quán)維護、維權(quán)取證等功能。使用者可以對上傳的教學(xué)資源進行溯源和管理，進而維護自身合法權(quán)益。

四、基于區(qū)塊鏈技術(shù)的數(shù)字教學(xué)資源溯源管理的意義

1.通過對數(shù)字教學(xué)資源的引證進行規(guī)范，便于數(shù)字教學(xué)資源的管理

隨著新興網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，提高了數(shù)字教學(xué)資源的傳播速度，降低了傳播成本。但是傳統(tǒng)數(shù)字教學(xué)資源管理體系確權(quán)周期長、資源管理成本高、維權(quán)手段單一等已經(jīng)無法適應(yīng)當(dāng)前時代的快速發(fā)展。[11]對于數(shù)字教學(xué)資源引證進行規(guī)范化管理必將成為未來教育工作者面臨和解決的問題。通過區(qū)塊鏈技術(shù)搭建的數(shù)字教學(xué)資源溯源管理系統(tǒng)架構(gòu)，對全網(wǎng)數(shù)字教學(xué)資源獲取、加工、使用、再加工、保存的全過程進行溯源和管理。能夠使數(shù)字教學(xué)資源的確權(quán)流程簡單，達到“上傳”及“確權(quán)”，通過溯源比較分析對維權(quán)進行取證，達到“侵權(quán)有依”等效果，從而降低管理成本、避免版權(quán)交易糾紛、提高管理效率。

2.可以提升“信息速度”，進而提高教學(xué)創(chuàng)新生產(chǎn)力

教學(xué)工作者在閱讀和使用數(shù)字教學(xué)資源的同時，能夠訪問到該教學(xué)資源的原始數(shù)據(jù)甚至整個教學(xué)資源的創(chuàng)作與流通過程。能夠從數(shù)據(jù)開始找到與之相關(guān)的所有資料，幫助教學(xué)工作者更好地了解和再編輯?；趨^(qū)塊鏈技術(shù)的教學(xué)資源溯源管理可以將原始數(shù)據(jù)和研究創(chuàng)新過程完整記錄下來，用戶可以便捷地查詢相關(guān)信息，提升“信息速度”（information velocity)[12]，進而提高教學(xué)創(chuàng)新生產(chǎn)力。

3.揭示教學(xué)信息流通與科學(xué)活動的內(nèi)在規(guī)律

對于科學(xué)研究而言，為了確?？茖W(xué)研究的科學(xué)性和考證性，需要創(chuàng)作者對參考來源信息進行明確標(biāo)注，對使用方法和數(shù)據(jù)進行透明化。教學(xué)資源的創(chuàng)新也應(yīng)該在原有資源的基礎(chǔ)上進行加工和突破。運用區(qū)塊鏈技術(shù)對數(shù)字教學(xué)資源創(chuàng)作與流通過程進行記錄，為其溯源提供了有力的支持，推動相應(yīng)的科學(xué)研究創(chuàng)新。同時，通過對數(shù)字教學(xué)資源溯源數(shù)據(jù)的量化分析，能夠為評估創(chuàng)作者對教學(xué)研究、教學(xué)評價、教學(xué)激勵等方面提供一定的數(shù)據(jù)參考。

4.形成良性發(fā)展、共贏生長的生態(tài)結(jié)構(gòu)

基于區(qū)塊鏈技術(shù)的數(shù)字教學(xué)資源溯源管理與數(shù)字教學(xué)資源數(shù)據(jù)庫密切相關(guān)，會形成一種如圖5 所示的良性發(fā)展、共贏生長的生態(tài)結(jié)構(gòu)。數(shù)字教學(xué)資源數(shù)據(jù)庫越豐富，就會使溯源更加準(zhǔn)確；溯源更加準(zhǔn)確，就會更好地保護創(chuàng)作者的權(quán)益；更好地保護權(quán)益就會吸引更多的教學(xué)資源創(chuàng)作者；創(chuàng)作者越多，數(shù)字教學(xué)資源的使用和引證會更加規(guī)范；數(shù)字教學(xué)資源的使用和引證的規(guī)范會溯源出更多的教學(xué)資源，來豐富教學(xué)資源數(shù)據(jù)庫。

圖5 數(shù)字教學(xué)資源共建共享生態(tài)結(jié)構(gòu)圖

應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)對數(shù)字教學(xué)資源進行溯源管理，能夠形成一種良性發(fā)展、共贏生長的生態(tài)結(jié)構(gòu)。使用者可以查詢到教學(xué)資源的創(chuàng)作過程，創(chuàng)作者能夠清楚地了解教學(xué)資源的流通情況。根據(jù)智能合約自動檢測所屬版權(quán)交易過程，保護教學(xué)資源創(chuàng)作者的實際利益，使教學(xué)資源創(chuàng)作者的權(quán)益受到更好的保護，激發(fā)創(chuàng)作熱情，促使資源創(chuàng)作者創(chuàng)造出更多、更優(yōu)質(zhì)的數(shù)字教學(xué)資源。從而完善數(shù)字教學(xué)資源的利益分配、數(shù)字教學(xué)資源的知識產(chǎn)權(quán)保護、教育資源服務(wù)管理及檢測體系，建立數(shù)字教學(xué)資源的共建共享機制。

五、結(jié)語

區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展并不會直接對生產(chǎn)力形成大幅提升，而是對于生產(chǎn)關(guān)系給予重構(gòu)。就區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展前景來看，在行業(yè)中應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)勢在必行。隨著自身技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，區(qū)塊鏈技術(shù)也從最原始的金融服務(wù)領(lǐng)域擴展到醫(yī)療、文化等社會的各個領(lǐng)域。我國《“十三五”國家信息化規(guī)劃》中，明確提出要加強與區(qū)塊鏈等新興技術(shù)相關(guān)的基礎(chǔ)研發(fā)和科研工作，提前布局區(qū)塊鏈技術(shù)在各個領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展。[13]新媒體聯(lián)盟發(fā)布的《2019 年地平線報告》（高等教育版）中將區(qū)塊鏈作為面向高等教育的重要教育技術(shù)進展之一。

因此，教育行業(yè)更應(yīng)該提前布局、積極合作，加強對區(qū)塊鏈技術(shù)的創(chuàng)新、試驗和應(yīng)用。將區(qū)塊鏈技術(shù)與數(shù)字教學(xué)資源的溯源相結(jié)合，提出一種基于區(qū)塊鏈技術(shù)的數(shù)字教學(xué)資源溯源管理系統(tǒng)架構(gòu)，從而對教學(xué)資源創(chuàng)作與流通過程進行規(guī)范和記錄。從而便于數(shù)字教學(xué)資源的溯源和管理，對推動數(shù)字教學(xué)資源共建共享有著深刻的意義。