區(qū)塊鏈技術(shù)在教育信息化中的應(yīng)用思考
——以上海公共教育聯(lián)盟鏈的建設(shè)為例

劉小龍 張 治

上海市電化教育館

一、 背景

2008 年，署名“中本聰（Satoshi Nakamoto）”的個(gè)人或團(tuán)體發(fā)表了《比特幣：一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的電子現(xiàn)金系統(tǒng)》（Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System），區(qū)塊鏈技術(shù)首次提出。區(qū)塊鏈技術(shù)經(jīng)歷了1.0 時(shí)代、2.0 時(shí)代、3.0 時(shí)代三次革新。1.0 時(shí)代對(duì)應(yīng)的是數(shù)字貨幣（比特幣），2.0 時(shí)代對(duì)應(yīng)的是智能合約（以太坊），3.0 時(shí)代對(duì)應(yīng)的則是超越貨幣與金融領(lǐng)域的應(yīng)用，如教育領(lǐng)域。教育結(jié)合區(qū)塊鏈的方向有很多，在我國(guó)工信部2016 年發(fā)布的《中國(guó)區(qū)塊鏈技術(shù)和應(yīng)用發(fā)展白皮書》及2018 年歐盟委員會(huì)的報(bào)告《教育行業(yè)中的區(qū)塊鏈》中均針對(duì)區(qū)塊鏈在教育領(lǐng)域的應(yīng)用模式進(jìn)行了專項(xiàng)探討。文中的共識(shí)是，區(qū)塊鏈技術(shù)可以為教育部門的利益相關(guān)者帶來(lái)巨大價(jià)值，但是目前區(qū)塊鏈在教育行業(yè)的應(yīng)用仍然是一個(gè)新領(lǐng)域，相關(guān)理論研究和實(shí)踐案例均較少。

2018 年10 月19 日，京津冀大數(shù)據(jù)教育區(qū)塊鏈試驗(yàn)區(qū)暨研究中心——全國(guó)首家大數(shù)據(jù)教育區(qū)塊鏈試驗(yàn)區(qū)及大數(shù)據(jù)教育區(qū)塊鏈研究中心正式成立。2019 年11 月12 日，“廊坊市教育數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)目”順利驗(yàn)收。據(jù)當(dāng)?shù)亟逃块T介紹，該平臺(tái)承載著教育數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測(cè)、分析，義務(wù)教育優(yōu)質(zhì)均衡發(fā)展監(jiān)控，基礎(chǔ)教育綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)，教育質(zhì)量監(jiān)測(cè)等多項(xiàng)功能。

2018 年1 月17 日，上海市教育委員會(huì)關(guān)于印發(fā)《2018 年上海市教育委員會(huì)工作要點(diǎn)》的通知中提出，要“促進(jìn)教育信息化與教育教學(xué)深度融合，推進(jìn)基于人工智能和區(qū)塊鏈技術(shù)的教育示范應(yīng)用”。之后，上海在區(qū)塊鏈+教育領(lǐng)域進(jìn)行了廣泛積極的探索。上海市教委作為公共教育資源與數(shù)據(jù)的管理方，更需要做好政策引導(dǎo)和頂層規(guī)劃，加大區(qū)塊鏈技術(shù)在教育領(lǐng)域的落地應(yīng)用實(shí)踐，保障上海的區(qū)塊鏈+教育的健康有序發(fā)展。特別是要加強(qiáng)區(qū)塊鏈+教育的底層技術(shù)研究設(shè)計(jì)，優(yōu)先完成基礎(chǔ)鏈的建設(shè)，在此基礎(chǔ)上再逐步推進(jìn)各種不同應(yīng)用場(chǎng)景的上鏈落地，推進(jìn)教育可信體系建設(shè)，優(yōu)化現(xiàn)有業(yè)務(wù)流程，促進(jìn)各部門間的數(shù)據(jù)共享。因此建設(shè)上海市公共教育鏈（Shanghai Public Edu-Chain）是一個(gè)值得探索的方向。

二、 上海公共教育聯(lián)盟鏈的建設(shè)思考

基于區(qū)塊鏈在教育的落地場(chǎng)景，必須考慮到教育是政策性強(qiáng)，需要強(qiáng)調(diào)管理和監(jiān)管手段，系統(tǒng)需要擁有自理能力的行業(yè)。因此要規(guī)避公有鏈的無(wú)政府狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)自治化的理想主義局面，完全的去中心化是不可行的，而是應(yīng)該在完全去中心化和中心化之間折中，考慮選擇多中心化且相互制衡的聯(lián)盟鏈解決方案。

上海公共教育聯(lián)盟鏈應(yīng)具備以下功能：

其一，覆蓋上海幼教、基礎(chǔ)教育、高等教育、成人教育、職業(yè)教育、老年教育，應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)，由各教育領(lǐng)域機(jī)構(gòu)組成共同體，發(fā)起與參與管理教育聯(lián)盟鏈基礎(chǔ)平臺(tái)。

其二，每個(gè)參與的組織機(jī)構(gòu)都運(yùn)行著一個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)，其中的數(shù)據(jù)只允許系統(tǒng)內(nèi)不同的機(jī)構(gòu)進(jìn)行讀寫和發(fā)送交換，并且共同記錄交換。

其三，教育系統(tǒng)內(nèi)部基礎(chǔ)鏈應(yīng)采用聯(lián)盟鏈的形式，配合實(shí)用拜占庭容錯(cuò)算法（PBFT）等改進(jìn)過(guò)的共識(shí)算法機(jī)制。整個(gè)聯(lián)盟鏈呈多中心化的運(yùn)行狀態(tài)。關(guān)鍵數(shù)據(jù)上鏈后，由于節(jié)點(diǎn)間制衡機(jī)制和歸屬權(quán)不同，其公信力能夠被多方認(rèn)可。

其四，拋棄數(shù)字貨幣、工作量證明等部分早期區(qū)塊鏈技術(shù)特性，保留與發(fā)展分布式賬簿、交易共識(shí)、數(shù)據(jù)防篡改等功能；重點(diǎn)增加權(quán)限管理、安全控制、隱私保護(hù)、監(jiān)督/監(jiān)管等能力。

其五，終端用戶可以從相應(yīng)接口獲取數(shù)據(jù)并參與數(shù)據(jù)查詢等應(yīng)用，但不參與節(jié)點(diǎn)共識(shí)與記賬。

其六，基礎(chǔ)架構(gòu)對(duì)外部分開(kāi)放，系統(tǒng)外教育應(yīng)用開(kāi)發(fā)者可在教育聯(lián)盟鏈上通過(guò)跨鏈等技術(shù)，開(kāi)發(fā)其相應(yīng)場(chǎng)景應(yīng)用。

上海公共教育聯(lián)盟鏈?zhǔn)且粋€(gè)應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行效率高、可控性強(qiáng)、公信力高的多中心化、解決信任與公平的教育基礎(chǔ)設(shè)施。

三、 上海公共教育聯(lián)盟鏈的四個(gè)落地場(chǎng)景

搭建好上海公共教育聯(lián)盟鏈的底層鏈后，可以在其基礎(chǔ)上部署4 種應(yīng)用場(chǎng)景系統(tǒng)，技術(shù)架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)架構(gòu)

（一） 應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)的上海市學(xué)生綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)紀(jì)實(shí)檔案

評(píng)價(jià)方式改革是扭轉(zhuǎn)應(yīng)試教育的關(guān)鍵，上海正在深化考試招生制度和評(píng)價(jià)機(jī)制改革，建立以發(fā)展素質(zhì)教育為導(dǎo)向的考試評(píng)價(jià)體系。實(shí)施學(xué)生綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)，旨在推進(jìn)教育評(píng)價(jià)方式的變革，破除“唯分?jǐn)?shù)論”，轉(zhuǎn)變以考試成績(jī)?yōu)槲ㄒ粯?biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)學(xué)生的做法，為招生錄取提供重要參考，并在此基礎(chǔ)上全面推進(jìn)素質(zhì)教育，促進(jìn)學(xué)生更好地認(rèn)識(shí)自我、規(guī)劃人生，積極主動(dòng)地發(fā)展，促進(jìn)學(xué)校把握學(xué)生成長(zhǎng)規(guī)律，切實(shí)轉(zhuǎn)變育人模式。五年來(lái)，上海學(xué)生綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)工作有序推進(jìn)，搭建了學(xué)生綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)信息管理系統(tǒng)和學(xué)生社會(huì)實(shí)踐信息記錄電子平臺(tái)，搭建了高質(zhì)量、多形式的學(xué)生研究性學(xué)習(xí)平臺(tái)，推進(jìn)高校招錄環(huán)節(jié)使用學(xué)生綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)信息。

綜評(píng)信息對(duì)學(xué)生日后的升學(xué)、就業(yè)、生活都有很大的影響，不僅是教育體系內(nèi)的一個(gè)指標(biāo)，而且會(huì)是一個(gè)伴隨學(xué)生一生的數(shù)字檔案。而將綜評(píng)檔案信息通過(guò)公共教育聯(lián)盟鏈進(jìn)行上鏈保存，可有效地提升數(shù)字檔案的保存真實(shí)性、流轉(zhuǎn)合法性，可將檔案信息中的每條記錄都清晰記錄，溯源完備（圖2）。

圖2 綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)信息管理系統(tǒng)上鏈存證架構(gòu)

同時(shí)，對(duì)原有信息管理系統(tǒng)改動(dòng)也較少。公共教育聯(lián)盟鏈建設(shè)完畢后，只要將綜評(píng)信息檔案的生成、更改以及流轉(zhuǎn)在鏈上進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)錨定即可。

（二） 在線學(xué)習(xí)平臺(tái)點(diǎn)播結(jié)算區(qū)塊鏈系統(tǒng)

利用區(qū)塊鏈不可篡改以及易清算的特性，教師在線教學(xué)、高校MOOC 等視頻點(diǎn)播系統(tǒng)的結(jié)算功能可由區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

目前視頻點(diǎn)播系統(tǒng)最大的問(wèn)題是，平臺(tái)方無(wú)法相信各個(gè)子平臺(tái)上傳的播放數(shù)據(jù)，怕子平臺(tái)自身播放數(shù)據(jù)造假。而由統(tǒng)一平臺(tái)播放又會(huì)導(dǎo)致整體IT 維護(hù)成本高、賬號(hào)系統(tǒng)復(fù)雜等問(wèn)題。

開(kāi)發(fā)統(tǒng)一的視頻播放軟件開(kāi)發(fā)工具包（SDK），各子平臺(tái)將SDK 集成在其App 或網(wǎng)頁(yè)中。當(dāng)視頻被播放時(shí)，原生SDK 自動(dòng)將播放信息進(jìn)行上鏈，可隨時(shí)根據(jù)鏈上的信息實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)和清算（圖3）。

圖3 使用SDK 統(tǒng)計(jì)播放量

圖4 通過(guò)結(jié)算中間件進(jìn)行播放統(tǒng)計(jì)

此外還可以將每個(gè)視頻分別加密，將播放密鑰保存在鏈上。當(dāng)用戶通過(guò)SDK 請(qǐng)求播放時(shí)，再將播放密鑰進(jìn)行下發(fā)，通過(guò)SDK 將從子平臺(tái)獲取的原視頻解密播放。子平臺(tái)在整個(gè)服務(wù)流程中，只需提供終端用戶的身份信息和播放的信息流。用戶的真實(shí)播放信息都由SDK如實(shí)記錄在鏈上，方便日后統(tǒng)一結(jié)算（圖4）。

（三） 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的教育多部門間的文件共享系統(tǒng)

教育是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，經(jīng)常需要匯總使用歸屬于多部門的數(shù)據(jù)及文件。由于部門之間信息化水平不一，數(shù)據(jù)來(lái)源不一，隱私保護(hù)水平不一，導(dǎo)致部門之間容易缺乏信任基礎(chǔ)，缺乏進(jìn)行數(shù)據(jù)文件共享的意愿?？蓞⒄諊?guó)家電子證照庫(kù)，以和公共教育聯(lián)盟鏈相結(jié)合的方式，來(lái)解決部門間文件共享的問(wèn)題。三級(jí)電子檔案部署圖如圖5 所示。

圖5 三級(jí)電子檔案部署圖

各部門對(duì)外公開(kāi)自己的文件目錄庫(kù)，同時(shí)相應(yīng)文件的哈希記錄錨定在公共教育聯(lián)盟鏈上。當(dāng)其他部門需要調(diào)取其數(shù)據(jù)時(shí)，一方面需要通過(guò)區(qū)塊鏈系統(tǒng)獲取相應(yīng)的許可，一方面還可以通過(guò)鏈上的信息來(lái)判斷該文件是否為源文件。

這樣對(duì)于文件數(shù)據(jù)來(lái)源方來(lái)說(shuō)，文件數(shù)據(jù)還是保存在其自身數(shù)據(jù)中，沒(méi)有全部對(duì)外公開(kāi)，只能按需按權(quán)限查詢，同時(shí)所有查詢、調(diào)閱記錄都在鏈上進(jìn)行存檔，方便日后統(tǒng)計(jì)和追查。對(duì)于文件數(shù)據(jù)的查詢方來(lái)說(shuō)，一方面可獲取此文件數(shù)據(jù)的可信記錄，另一方面還可根據(jù)智能合約訂閱該文件數(shù)據(jù)以后再更改后的通知。

（四） 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的學(xué)生電子證書記錄管理系統(tǒng)

學(xué)生電子證書記錄管理系統(tǒng)開(kāi)放了一個(gè)完全公開(kāi)透明的數(shù)字證書平臺(tái)，機(jī)構(gòu)用戶可接入系統(tǒng)，進(jìn)行證書頒發(fā)，普通用戶可通過(guò)證書平臺(tái)查詢證書。證書平臺(tái)內(nèi)的證書數(shù)據(jù)信息全部上鏈，基于區(qū)塊鏈技術(shù)的可追溯、不可篡改性保證了證書的真實(shí)有效性。

學(xué)生電子證書記錄管理系統(tǒng)包含頒發(fā)、信息管理和查詢驗(yàn)證3 個(gè)模塊。機(jī)構(gòu)用戶可在頒發(fā)模塊進(jìn)行證書頒發(fā)和證書頒發(fā)記錄查詢（圖6）， 在信息管理模塊進(jìn)行證書種類管理和系統(tǒng)設(shè)置。普通用戶無(wú)須登錄即可在查詢驗(yàn)證模塊進(jìn)行證書查詢和分享。

圖6 區(qū)塊鏈證書平臺(tái)證書發(fā)布流程

四、 結(jié)束語(yǔ)

上海公共教育聯(lián)盟鏈?zhǔn)且粋€(gè)應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行效率高、可控性強(qiáng)、公信力高的多中心化、解決信任與公平的教育基礎(chǔ)設(shè)施。區(qū)塊鏈系統(tǒng)具有透明化、數(shù)據(jù)不可篡改等特征，完全適用于上海學(xué)生征信管理、升學(xué)就業(yè)、學(xué)術(shù)、資質(zhì)證明、產(chǎn)學(xué)合作等方面，對(duì)進(jìn)一步推動(dòng)上海教育的健康發(fā)展具有重要的價(jià)值。通過(guò)基于區(qū)塊鏈技術(shù)的4 個(gè)落地場(chǎng)景的建設(shè)，將在轉(zhuǎn)變教育評(píng)價(jià)體系的同時(shí)，助推社會(huì)誠(chéng)信體系建設(shè)。

［基金：國(guó)家社會(huì)科學(xué)基金教育學(xué)一般課題“基于學(xué)生畫像的綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)行動(dòng)研究”（編號(hào)：BCA190084）］