“區(qū)塊鏈+AI”助力高校學(xué)生評價體系研究*

摘? ?要：目前學(xué)生評價工作透明度不高、公正性不強(qiáng)，根源在于未充分利用互聯(lián)網(wǎng)思維、技術(shù)和模式提升評價質(zhì)量。文章以區(qū)塊鏈技術(shù)實現(xiàn)的數(shù)據(jù)安全共享、AI實現(xiàn)的智能處理為切入點，對學(xué)生評價體系進(jìn)行融合度分析，從應(yīng)用、技術(shù)兩方面進(jìn)行可行性分析，初探設(shè)計基于聯(lián)盟鏈的學(xué)生評價系統(tǒng)，通過Ethereum開發(fā)DAPP應(yīng)用，開拓性整合數(shù)據(jù)資源，系統(tǒng)性說明EB共識算法，智能合約升級，自毀、隱私數(shù)據(jù)處理等問題。系統(tǒng)的構(gòu)造解決了學(xué)生數(shù)據(jù)難共享、易篡改，學(xué)生評價不透明、效率低的問題，呈現(xiàn)了“以學(xué)生為中心”的教育生態(tài)，實現(xiàn)了家庭、高校、用人單位間的無縫銜接，進(jìn)一步助力學(xué)生評價向精確化、信息化、智能化轉(zhuǎn)變。

關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈;學(xué)生評價;人工智能;Ethereum;智能合約

中圖分類號：TP311.13 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-8454（2020）21-0038-05

一、引言

高校作為培養(yǎng)高素質(zhì)人才的搖籃，學(xué)生的關(guān)注點較多，近年來，“三通兩平臺”、智慧校園等信息化建設(shè)成果，對提升教學(xué)質(zhì)量起著重要的引領(lǐng)作用，但計算機(jī)技術(shù)對學(xué)生評價體系的滲透度不高。經(jīng)過文獻(xiàn)的查閱和各職能部門的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)存在以下四方面問題：①學(xué)生評價體系的構(gòu)建意識薄弱，學(xué)生評比過程中傳統(tǒng)的紙質(zhì)記錄采用人工方式來評定、公示、記入檔案，過多的主觀評判無法保證客觀公正地給出結(jié)果。[1]②構(gòu)建學(xué)生評價體系是一個龐大的工程，學(xué)院學(xué)生眾多，體量較大，需要教務(wù)處、財務(wù)處、學(xué)生處等多個部門協(xié)作溝通，而各部門獨立運作，信息的共享成為瓶頸，過多的人力浪費在信息交叉錄入。③網(wǎng)絡(luò)攻擊手段不斷更新，但運維人員的能力和安全意識仍停留在原水平，中心化存儲的數(shù)據(jù)易被篡改，共享性差，削弱了系統(tǒng)的公信力。④學(xué)生管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)不對外公開，缺乏有效的技術(shù)手段來解決數(shù)據(jù)對外開放的安全性和有效性?？傊?，由于數(shù)據(jù)共享不健全，信息化建設(shè)投入不夠等原因，現(xiàn)有系統(tǒng)存在效率不高、覆蓋面不廣、更新不及時等問題，不利于大數(shù)據(jù)驅(qū)動下教育工作多元整合的實現(xiàn)。

本研究從學(xué)生評價的視角，梳理現(xiàn)有工作的不足之處，利用區(qū)塊鏈保存數(shù)據(jù)，實現(xiàn)可信的數(shù)據(jù)共享，利用AI的安全計算平臺產(chǎn)生更智能的安全空間，以區(qū)塊鏈和AI為抓手，設(shè)計一種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實現(xiàn)學(xué)生管辦評分離，構(gòu)建信任的協(xié)同創(chuàng)新模式。[2][3]結(jié)合區(qū)塊鏈、AI的技術(shù)優(yōu)勢，實現(xiàn)區(qū)塊鏈讓AI更加自主性、AI讓區(qū)塊鏈更加智能化。文章主要完成三方面任務(wù)：①學(xué)生評價體系準(zhǔn)確記錄學(xué)生在校表現(xiàn)情況，提供可溯源的、可靠的數(shù)據(jù)記錄。②學(xué)生評價體系作為家庭、高校、單位的媒介，家庭可以準(zhǔn)確把握孩子在校表現(xiàn)，單位可以精準(zhǔn)招聘所需人才。[4]③建立一個智能安全的體系，對高校學(xué)生多維數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、清洗，形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)視圖;[5]使用AI技術(shù)優(yōu)化精準(zhǔn)評價，有效解決學(xué)生數(shù)據(jù)管理的低效化、碎片化等難題。[1]

二、“區(qū)塊鏈+AI”與學(xué)生評價體系的融合度分析

1.區(qū)塊鏈的去中心化助力解決信息共享問題

區(qū)塊鏈?zhǔn)侨ブ行幕?，利用點到點的通信技術(shù)實現(xiàn)節(jié)點與節(jié)點間的對等連接。系統(tǒng)中將各個職能部門的數(shù)據(jù)信息集成到區(qū)塊鏈中，數(shù)據(jù)共享后的權(quán)限問題通過數(shù)據(jù)加密哈希算法來解決。

2.區(qū)塊鏈的不可篡改性助力解決信任風(fēng)險

根據(jù)中本聰提出的泊松分布概率論模型，攻擊者篡改記錄的概率隨著區(qū)塊數(shù)的增多而逐步減小，當(dāng)某區(qū)塊后面連接6個區(qū)塊后，其處于無法被篡改的狀態(tài)。[6]系統(tǒng)中基于區(qū)塊鏈的不可篡改性實現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全、可靠、真實、完整。

3.區(qū)塊鏈時間戳技術(shù)助力實現(xiàn)可追溯性

區(qū)塊鏈以時間戳為指針形成一個鏈，實現(xiàn)數(shù)據(jù)有效追蹤和溯源。系統(tǒng)中按記錄的時間先后性保存學(xué)生數(shù)據(jù)，若學(xué)生對某一項數(shù)據(jù)有疑問，可回溯記錄，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的取證操作。[7]

4.區(qū)塊鏈的自治性助力塑造學(xué)生管理生態(tài)環(huán)境

區(qū)塊鏈記錄了經(jīng)過全網(wǎng)共識產(chǎn)生的記錄，節(jié)點自主監(jiān)聽其它節(jié)點的行為并形成共識，整個過程自主實現(xiàn)，沒有任何人有優(yōu)先權(quán)。系統(tǒng)中各部門主動錄入數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了教務(wù)處、學(xué)生處于鏈上的可信操作，進(jìn)一步提升了數(shù)據(jù)的透明度和記錄的認(rèn)可度。

5.AI助力實現(xiàn)智慧化的學(xué)生評價體系

區(qū)塊鏈中的智能合約按預(yù)先編寫的程序自動觸發(fā)執(zhí)行，對突發(fā)狀況沒有處理能力，因此系統(tǒng)中增加AI技術(shù)，通過機(jī)器學(xué)習(xí)模擬人的思維，應(yīng)用現(xiàn)有數(shù)據(jù)不斷改進(jìn)戰(zhàn)略;對威脅快速識別，并為系統(tǒng)部署更準(zhǔn)確的決策支持;對學(xué)生成績分析，精準(zhǔn)推送相關(guān)知識;對學(xué)生日常行為記錄分析，實施數(shù)據(jù)追責(zé)溯源和風(fēng)險預(yù)警;[8]實現(xiàn)數(shù)據(jù)流驅(qū)動下的清晰權(quán)責(zé)，生成學(xué)生評價報告，進(jìn)一步發(fā)揮智慧化數(shù)據(jù)的科學(xué)性。[9]

三、學(xué)生評價體系可行性分析

1.相關(guān)成果

索尼全球教育開發(fā)的基于區(qū)塊鏈的教育產(chǎn)品，實現(xiàn)清晰記錄學(xué)習(xí)軌跡，由第三方評判學(xué)生最需要學(xué)的內(nèi)容;[10]伍爾夫大學(xué)利用區(qū)塊鏈的智能合約技術(shù)為學(xué)生提供學(xué)習(xí)支持服務(wù)，從而減少管理人員;[11]文獻(xiàn)[12]提出了一個基于區(qū)塊鏈的MeDShare系統(tǒng)，實現(xiàn)有效保存醫(yī)療數(shù)據(jù)并分享到云存儲庫中;文獻(xiàn)[8]通過結(jié)合AI和區(qū)塊鏈的力量構(gòu)建一個通用網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來支持動態(tài)更新和提升數(shù)據(jù)安全性。

2.應(yīng)用可行性分析

區(qū)塊鏈的分布式賬本完整記錄不同部門的學(xué)生數(shù)據(jù)，學(xué)生評比中做到有據(jù)可依;入學(xué)注冊時，貧困學(xué)生上傳當(dāng)?shù)孛裾块T出具的證明，為日后助學(xué)金的發(fā)放提供參考;教育培訓(xùn)、文體表現(xiàn)信息記錄在鏈，可實時溯源，有效避免成果造假;在保護(hù)隱私的前提下實現(xiàn)學(xué)生多維度檔案公開透明，如獲得獎勵全網(wǎng)公開，學(xué)生你追我趕，形成一種積極向上的良好氛圍;校園貸迫使青春期少年誤入歧途，破壞了很多家庭，通過綁定學(xué)生賬號流水，出現(xiàn)異常及時警告;任課教師普遍認(rèn)為學(xué)生的平時成績較難把握，將學(xué)生的每節(jié)課的平時學(xué)習(xí)記錄作為一個區(qū)塊，數(shù)據(jù)來源于課題討論或者測試，這些全過程記錄可信度極高，可作為期末考試的評分依據(jù)。[13]

3.技術(shù)可行性分析

區(qū)塊鏈的去中心化，實現(xiàn)了個別壞節(jié)點無法影響鏈上數(shù)據(jù)的安全;區(qū)塊鏈的時間戳實現(xiàn)了鏈上數(shù)據(jù)的可追溯;區(qū)塊鏈的分布式存儲，提升了并發(fā)處理的效率;區(qū)塊鏈的共識機(jī)制，提升了信息透明度;區(qū)塊鏈的加密算法，保證了鏈上數(shù)據(jù)無法被篡改。[14][15]

四、學(xué)生評價體系設(shè)計

在學(xué)生處統(tǒng)籌引導(dǎo)下，經(jīng)眾多部門參與，對學(xué)生開展多維度數(shù)據(jù)分析，使學(xué)生評優(yōu)評先、助學(xué)金申請、勤工儉學(xué)、學(xué)生輿情風(fēng)險評估更加智能化。筆者在學(xué)習(xí)眾多方案基礎(chǔ)上，重點對文獻(xiàn)[1]進(jìn)行研究，借鑒其思想，設(shè)計出一種學(xué)生評價方案。

1.學(xué)生評價系統(tǒng)流程設(shè)計

搭建以聯(lián)盟鏈方式實現(xiàn)的半開放式系統(tǒng)，前端界面包括教師登錄界面、學(xué)生登錄界面、用人單位和家長登錄界面。主要功能如下：①教師登錄后進(jìn)入后臺錄入信息，數(shù)據(jù)庫保存鏈下完整學(xué)生信息，包括教務(wù)處負(fù)責(zé)的教學(xué)事務(wù)（課堂點名、課堂討論、作業(yè)批改、成績錄入等）、學(xué)生處負(fù)責(zé)的綜合事務(wù)（公益活動、文體活動、校外拓展學(xué)習(xí)等）、財務(wù)處負(fù)責(zé)的財務(wù)事務(wù)（一卡通消費信息、銀行流水等）。區(qū)塊鏈保存鏈上摘要信息，使用哈希函數(shù)計算電子數(shù)據(jù)的“數(shù)字指紋”，既保證了數(shù)字校驗，又壓縮了數(shù)據(jù)長度。[16]②基于AI智能分析生成的學(xué)生評價報告，為學(xué)生的未來發(fā)展指明方向，學(xué)生可于前端查看自己的全部數(shù)據(jù)信息，也可將審核通過的信息錄入后臺系統(tǒng)（資格證書、校外實踐、獲獎證書等），通過激勵機(jī)制鼓勵學(xué)生積極錄入個人獎勵等信息，其中心思想是“良好表現(xiàn)即賺錢”。③用人單位和家長分別由展示頁面查看基于AI生成的學(xué)生評價表和學(xué)生綜合表現(xiàn)，查詢操作只需過濾權(quán)限，無需建塊記錄。[13]④監(jiān)管機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)發(fā)布合約、審核訪問權(quán)限、處理訴訟請求等，為全網(wǎng)協(xié)同提供可操作性。[17]具體流程如圖1所示。

2.“區(qū)塊鏈+AI”技術(shù)架構(gòu)

數(shù)據(jù)是高校人才培養(yǎng)質(zhì)量評估的重要依據(jù)，依托區(qū)塊鏈技術(shù)設(shè)計全新的基礎(chǔ)設(shè)施，實現(xiàn)分布式存儲日常表現(xiàn)行為，打破傳統(tǒng)的學(xué)校壟斷的局面，重塑全面開放、協(xié)同創(chuàng)建的學(xué)生評價生態(tài)。

（1）關(guān)鍵技術(shù)

智能合約經(jīng)程序編碼轉(zhuǎn)為字節(jié)碼輸入以太坊專用虛擬機(jī)EVM（Ethereum specific Virtual Machine），處理區(qū)塊鏈和共識機(jī)制的事務(wù)，并基于RPC無需了解底層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，利用網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程計算機(jī)交互實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)層的交互。[9]利用共識機(jī)制使交易短時間內(nèi)迅速驗證并確認(rèn)，實現(xiàn)一致性和有效性，傳統(tǒng)的共識方法有PoW、PoS、DPoS、PBFT等，也可根據(jù)自身需要來定義新的共識機(jī)制，還可利用若干個共識機(jī)制結(jié)合起來產(chǎn)生區(qū)塊的共識，[18]系統(tǒng)中采用EB（Encrypt，Byzantine Fault Tolerance）共識機(jī)制，即對稱加密方法來加密隨機(jī)值，拜占庭容錯機(jī)制實現(xiàn)快速共識，避免分叉的發(fā)生，[19]通過EB共識使用結(jié)構(gòu)體類型封裝于主鏈，鏈上驗證，鏈下授權(quán)，原則是需要分布式協(xié)作的數(shù)據(jù)上鏈、敏感數(shù)據(jù)脫敏或者加密后上鏈，通過編碼轉(zhuǎn)成字節(jié)碼，利用levelDB存儲信息。

（2）主要功能

系統(tǒng)以固定應(yīng)用接口API（Application Proguamming Interface）的形式向外提供服務(wù)，利用OSS使基于AI的安全計算自動完成智能評價，實現(xiàn)考核的良性循環(huán)，進(jìn)行不同維度信息關(guān)聯(lián)分析，建立學(xué)生綜合畫像，進(jìn)行綜合預(yù)警，實現(xiàn)學(xué)校統(tǒng)籌規(guī)劃學(xué)生管理，利用模型化持續(xù)拓展整合數(shù)據(jù)資源，使業(yè)務(wù)處理與區(qū)塊鏈平臺相互獨立，構(gòu)建學(xué)生的多維度檔案，充分發(fā)揮“數(shù)據(jù)取之于學(xué)生，用之于學(xué)生”的教育理念。[20]技術(shù)架構(gòu)如圖2所示。

五、應(yīng)用開發(fā)過程

1.運行環(huán)境

2.智能合約

智能合約是一種按照預(yù)先定義好的規(guī)則自動執(zhí)行的數(shù)字化合約，智能合約由函數(shù)和數(shù)據(jù)組成，使用Solidity將復(fù)雜的邏輯編程為函數(shù)，[21]工作原理與編程語句中的if-then類似，[22]由交易觸發(fā)執(zhí)行，運行環(huán)境為EVM，如圖3所示。

（1）智能合約升級

系統(tǒng)中為避免合約升級而出現(xiàn)數(shù)據(jù)遷移隱患，采用經(jīng)典的三層結(jié)構(gòu)獨立的合約存儲層。

數(shù)據(jù)合約：在合約中保存數(shù)據(jù)，并提供對數(shù)據(jù)的操作接口，代碼如下。

contract StuEvaluation is FirstAuth {

address _latestVer;

mapping（bytes => uint） _ StuEvaluation;

modifier onlyLatestVer （） {

require（msg.sender == _latestVer）;

}

function upgradeVersion（address newVersion） public {

require（msg.sender == _owner）;

_latestVersion = newVersion;

}

function set StuEvaluation （bytes record， uint stock） onlyLatestVer external {

_ StuEvaluation [Stu] = stock;

}

}

管理合約：設(shè)置控制權(quán)限，保證只有控制合約才可修改數(shù)據(jù)合約，代碼如下。

contract Admin is BasicAuth {

function upgradeContract（StuEvaluation stuEvaluation， address newController） isAuthorized external {

stuEvaluation.upgradeVersion（newController）;

}

}

控制合約：真正需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行操作的合約，代碼如下。

contract StuEvaluationController is BasicAuth {

function upgradeStock（bytes record， uint stock） isAuthorized external {

stuEvaluation.set StuEvaluation （record， stock）;

}

}

（2）智能合約自毀

contract Mortal{

function destroy（） public{

selfdestruct（msg.sender）;

}

}

3.隱私數(shù)據(jù)處理

系統(tǒng)中的個人隱私數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為不可識別的數(shù)據(jù)，鏈上代碼實現(xiàn)權(quán)限分配，使用SHA256加密算法，將用戶按照權(quán)限控制分為實權(quán)限、特殊權(quán)限、虛權(quán)限，[7]持有密鑰的訪問者才能解密和訪問數(shù)據(jù)，學(xué)生能夠查詢在校期間的完整評價并且可以錄入課外拓展培訓(xùn)等部分信息，如圖4所示。

面向接口編程，而不依賴具體的實現(xiàn)細(xì)節(jié)，如利用接口功能定義一個判斷權(quán)限的抽象接口。

Contract Authority {

function canTransfer（

address sr， address ds， bytes4 si

） public view returns （bool）;

}

采用Ownership模式管控權(quán)限，保證某些函數(shù)只有合約的擁有者才可調(diào)用，定義Owned合約的代碼如下。

contract Owned{

address public _owner;

constructor（） {

_owner = msg.sender;

}

modifier onlyOwner（）{

require（_owner == msg.sender）;

}

}

4.系統(tǒng)性能比較

基于B/S系統(tǒng)架構(gòu)，在Windows下安裝虛擬機(jī)Vmware，硬盤為30GB，內(nèi)存為2GB，操作系統(tǒng)為Ubuntu，使用IE瀏覽器進(jìn)行仿真實驗，部分效果如圖5、圖6所示。

在不使傳統(tǒng)教務(wù)系統(tǒng)復(fù)雜化的基礎(chǔ)上，引入?yún)^(qū)塊鏈和AI技術(shù)，實現(xiàn)了在保證數(shù)據(jù)安全的前提下有針對性地對學(xué)生數(shù)據(jù)進(jìn)行有效共享、智能評價，借助AI解決了傳統(tǒng)區(qū)塊鏈運行中節(jié)點過多而工作重復(fù)，造成的電力消耗大、運行效率低的問題，鑒于很少高校有專門評價系統(tǒng)，筆者對教務(wù)系統(tǒng)性能進(jìn)行了對比分析，如表1所示。

六、結(jié)語

“區(qū)塊鏈+AI+中臺+學(xué)生評價”實現(xiàn)了科技與教育問題的結(jié)合，通過探索構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)、人工智能和區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化應(yīng)用，拓展管理模塊化、優(yōu)化學(xué)生數(shù)據(jù)管理、改善學(xué)生認(rèn)定工作、提升學(xué)生管理透明度，實現(xiàn)學(xué)生、教師、家長、用人單位角色平行化，塑造學(xué)生管理生態(tài)，通過多渠道整合各職能部門的數(shù)據(jù)資源，把精準(zhǔn)評價切實落實到學(xué)生工作中，解決學(xué)生管理中的“老大難”問題，為大數(shù)據(jù)時代的高校學(xué)生評價體系提供創(chuàng)新模式研究。文章設(shè)計了“區(qū)塊鏈+AI”的兩位一體的學(xué)生評價體系，構(gòu)建“家庭+高校+單位”的學(xué)習(xí)閉環(huán)，精準(zhǔn)評價學(xué)生的個人能力和綜合素養(yǎng)，準(zhǔn)確追蹤正面和負(fù)面行為記錄，用規(guī)范的制度來約束青春期少年，使他們在人生的道路上少走彎路，完備學(xué)生評價體系，進(jìn)一步打造高校學(xué)生評價服務(wù)生態(tài)圈。區(qū)塊鏈的特征具有可期的教育前景，“區(qū)塊鏈+教育”進(jìn)行著各種嘗試，依托區(qū)塊鏈技術(shù)，教育領(lǐng)域正在發(fā)生改變，但區(qū)塊鏈的應(yīng)用開發(fā)時間不長，行業(yè)競爭還不規(guī)范，技術(shù)流失普遍存在，要實現(xiàn)學(xué)生數(shù)據(jù)治理推動教育流程再造，打通學(xué)生數(shù)據(jù)大動脈，真正實現(xiàn)“以學(xué)生為中心”，還需一個逐步完善的過程。

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（編輯：王天鵬）