區(qū)塊鏈技術(shù)在高校教育教學(xué)管理中的應(yīng)用與挑戰(zhàn)

許月 張夏晨 高捷

摘? 要：傳統(tǒng)的中心化關(guān)系型數(shù)據(jù)庫由于存在的缺陷較多，已經(jīng)逐漸無法滿足高校教育教學(xué)管理對隱私和安全保護的需求。為此，必須要積極探索建設(shè)基于區(qū)塊鏈技術(shù)的高校教育教學(xué)管理系統(tǒng)。該文先簡要介紹了區(qū)塊鏈技術(shù)，然后分析了區(qū)塊鏈技術(shù)在高校教育教學(xué)管理中的應(yīng)用優(yōu)勢，再闡述了區(qū)塊鏈技術(shù)在高校教育教學(xué)管理中的主要應(yīng)用，最后提出了區(qū)塊鏈技術(shù)在高校教育教學(xué)管理中的應(yīng)用挑戰(zhàn)，希望能夠給這方面工作帶來一定的參考和助益。

關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈技術(shù)? 高校? 教育教學(xué)管理? 應(yīng)用? 挑戰(zhàn)

中圖分類號：G643? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2020）09（c）-0038-03

Abstract： The traditional centralized relational database has been unable to meet the needs of privacy and security protection in university education and teaching management due to its many defects. Therefore， it is necessary to actively explore the construction of university education and teaching management system based on blockchain technology. This paper first briefly introduces the blockchain technology， then analyzes the application advantages of blockchain technology in university education and teaching management， and then expounds the main application of blockchain technology in university education and teaching management， and finally puts forward the application challenges of blockchain technology in university education and teaching management， hoping to bring some reference and help to this work.

Key Words： Blockchain technology; Universities; Education and teaching management; Application; challenge

當(dāng)今時代，隨著大數(shù)據(jù)與互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，雖然給高校教育教學(xué)領(lǐng)域帶來了巨大的革新，但與此同時，學(xué)生教育管理建設(shè)也遇到了一些隱私保護與信息安全方面的挑戰(zhàn)。區(qū)塊鏈技術(shù)作為一種分布式公共儲存技術(shù)，在很多領(lǐng)域包括教育教學(xué)領(lǐng)域中得到了較為廣泛的應(yīng)用。不過，目前區(qū)塊鏈技術(shù)在教育教學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用尚處于起步階段，所以我們有必要進一步深入研究區(qū)塊鏈技術(shù)在高校教育教學(xué)管理中的應(yīng)用與挑戰(zhàn)問題。

1? 區(qū)塊鏈技術(shù)簡介

區(qū)塊鏈技術(shù)是一種為解決中心化關(guān)系型數(shù)據(jù)庫儲存的效率低、成本高、數(shù)據(jù)安全性低等問題，而利用去中心化的分布式數(shù)據(jù)庫儲存信息數(shù)據(jù)，借助數(shù)據(jù)加密、工作量證明、時間戳技術(shù)等手段對信息進行記錄與傳播，在無信任前提的各儲存節(jié)點分布式網(wǎng)絡(luò)中進行去中心化信用的點對點傳輸、協(xié)作及協(xié)調(diào)的技術(shù)?？傮w而言，區(qū)塊鏈技術(shù)主要可分為3種體系：一是可編程數(shù)字加密貨幣體系;二是可編程金融體系;三是可編程社會體系。目前，區(qū)塊鏈技術(shù)已經(jīng)成為了很多領(lǐng)域的重點研究課題，也已經(jīng)在部分領(lǐng)域中得到了比較廣泛的應(yīng)用，如教育教學(xué)領(lǐng)域、經(jīng)濟領(lǐng)域、科技領(lǐng)域等，可以說區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用為這些領(lǐng)域帶來了新的技術(shù)變革。區(qū)塊鏈的基礎(chǔ)模型主要包括以下幾層：（1）數(shù)據(jù)層。主要任務(wù)是借助數(shù)據(jù)加密、時間戳技術(shù)等手段將信息數(shù)據(jù)封裝在數(shù)據(jù)區(qū)塊中。（2）網(wǎng)絡(luò)層。主要任務(wù)是借助數(shù)據(jù)傳播、數(shù)據(jù)驗證、分布式組網(wǎng)等機制將節(jié)點參與進數(shù)據(jù)校驗過程當(dāng)中。（3）共識層。主要任務(wù)是借助共識算法使去中心化系統(tǒng)中的工作量證明等各個節(jié)點達成共識。（4）激勵層。主要任務(wù)是借助經(jīng)濟激勵的發(fā)行與分配機制使節(jié)點數(shù)據(jù)驗證時得到利益最大化。（5）合約層。主要任務(wù)是對各類腳本、算法及智能合約進行封裝。（6）應(yīng)用層。主要任務(wù)是對技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用場景和案例進行封裝。并且，在其基礎(chǔ)模型中還包含了三大創(chuàng)新模塊，分別是：鏈?zhǔn)絽^(qū)塊結(jié)構(gòu)（基于時間戳技術(shù)）、分布式節(jié)點（基于共識機制）、激勵機制（基于共識算法）。

2? 區(qū)塊鏈技術(shù)在高校教育教學(xué)管理中的應(yīng)用優(yōu)勢

區(qū)塊鏈技術(shù)在高校教育教學(xué)管理中的應(yīng)用優(yōu)勢主要在于以下幾點：（1）公開透明。由于區(qū)塊鏈技術(shù)具有公開透明的特點，所有資源創(chuàng)建信息都能夠被真實地查詢、追蹤及獲取到，所以在基于區(qū)塊鏈技術(shù)的高校教育教學(xué)管理平臺上，教師可以真實地掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)記錄、轉(zhuǎn)發(fā)記錄等信息。（2）去中心化。由于區(qū)塊鏈技術(shù)采用的是去中心化的分布式結(jié)構(gòu)，所以可以方便學(xué)生進行數(shù)據(jù)共享，并且去中心化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)還能夠更好地保障數(shù)據(jù)安全。（3）不可篡改。（4）高冗余度。（5）可編程特性。由于區(qū)塊鏈技術(shù)具有靈活的可編程性，所以可以幫助拓展高校教育教學(xué)管理平臺的應(yīng)用，以便于探索更加豐富的教育教學(xué)場景。

3? 區(qū)塊鏈技術(shù)在高校教育教學(xué)管理中的主要應(yīng)用

3.1 基于區(qū)塊鏈技術(shù)進行學(xué)生成績管理

在目前的高校學(xué)生成績管理中，大多是將學(xué)生成績檔案儲存于校內(nèi)集中式數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，并由該校進行統(tǒng)一管理。不過，近年來隨著學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容與學(xué)習(xí)過程的自主管理需求的日益提升，傳統(tǒng)的學(xué)生成績管理方式已經(jīng)不再適用于實際情況，逐漸被淘汰乃是必然趨勢。而基于區(qū)塊鏈技術(shù)進行學(xué)生成績管理，可以有效改進傳統(tǒng)學(xué)生成績管理方式的弊端，將學(xué)生的學(xué)習(xí)過程與學(xué)習(xí)結(jié)果全面呈現(xiàn)出來。同時，學(xué)生自身在出國留學(xué)、人才交流時也可以向各相關(guān)高校和科研機構(gòu)出示自己的區(qū)塊鏈成績單，而不必再麻煩地專門向申請學(xué)校開具學(xué)習(xí)證明、成績單等資料。

3.2 基于區(qū)塊鏈技術(shù)進行學(xué)生學(xué)習(xí)檔案管理

在傳統(tǒng)的高校教育教學(xué)管理系統(tǒng)中，主要是由校方對學(xué)生的信息數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一錄入和集中保存，因此當(dāng)學(xué)生在進行考研等時，跨學(xué)校往往很難獲取到學(xué)生的學(xué)習(xí)檔案信息。如果基于區(qū)塊鏈技術(shù)進行學(xué)生學(xué)習(xí)檔案管理的話，則可以對這一問題進行有效解決，因為基于區(qū)塊鏈技術(shù)所搭建出的高校教育教學(xué)管理系統(tǒng)具有去中心化的特征，既開放又自主，可以有效解決傳統(tǒng)高校教育教學(xué)管理系統(tǒng)無法跨機構(gòu)、跨系統(tǒng)等問題。具體來說，基于區(qū)塊鏈技術(shù)的管理是將學(xué)生的學(xué)習(xí)檔案信息儲存在區(qū)塊鏈上，并提供一個相應(yīng)的二維碼作為公開密鑰或身份標(biāo)識符，這樣其他高?；蚩蒲袡C構(gòu)即可利用這個二維碼來訪問學(xué)生的個人學(xué)習(xí)檔案。同時，學(xué)生也可以利用個人私鑰來實時獲得自己的學(xué)習(xí)檔案信息，以保證個人數(shù)據(jù)的安全性與私密性?；趨^(qū)塊鏈技術(shù)的高校教育教學(xué)管理系統(tǒng)是一種全新的信息組織形態(tài)，它實現(xiàn)了由學(xué)生個人掌握自己的信息數(shù)據(jù)，而無須把數(shù)據(jù)托管給學(xué)校進行集中管理。

3.3 基于區(qū)塊鏈技術(shù)進行學(xué)生學(xué)位、學(xué)歷認證

無論是在高校招生、用人單位招聘、還是在出國留學(xué)與人才交流時，均需要涉及學(xué)生學(xué)位、學(xué)歷的認證。在學(xué)生學(xué)位、學(xué)歷的認證過程中，主要會涉及學(xué)校、學(xué)生及需要認證方等幾個主體。而就學(xué)生學(xué)位、學(xué)歷認證的現(xiàn)狀來看，主要存在著以下幾點問題：（1）耗時較長，往往會浪費大量的時間。（2）費用較高，成本花費較大。（3）數(shù)據(jù)維護成本較高，后期的總成本投入較大。在有了區(qū)塊鏈技術(shù)之后，高?；趨^(qū)塊鏈技術(shù)進行學(xué)生學(xué)位、學(xué)歷認證，可以有效改善上述問題?；趨^(qū)塊鏈技術(shù)進行學(xué)生學(xué)位、學(xué)歷認證是指將學(xué)生的學(xué)位、學(xué)歷等檔案信息儲存在區(qū)塊鏈的相應(yīng)區(qū)塊上，對區(qū)塊鏈上各項信息的增、刪、改、查等權(quán)限進行有效控制。同時，高校根據(jù)需要認證方所提供的數(shù)字身份信息等授予它們信息查詢權(quán)限，需要認證方在進行學(xué)生學(xué)位、學(xué)歷信息查詢時只需通過多重簽名來進行校驗即可，而不必浪費過多的時間或花費過高的成本。另外，學(xué)生方面也保存有私鑰，以用于對個人數(shù)字文件進行簽名，從而確保自己的信息不會被篡改。由于區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式儲存模式可以將傳統(tǒng)的集中式儲存模式完全替代，而不用如以往一般建立龐大的數(shù)據(jù)庫，所以可以大大降低數(shù)據(jù)維護成本。

4? 區(qū)塊鏈技術(shù)在高校教育教學(xué)管理中的應(yīng)用挑戰(zhàn)

4.1 學(xué)生數(shù)據(jù)儲存空間問題

在傳統(tǒng)的區(qū)塊鏈學(xué)生信息數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，至少需要有60GB的儲存空間才能夠滿足單個節(jié)點同步數(shù)據(jù)的需求，而現(xiàn)有的民用儲存設(shè)備雖然可以滿足這一儲存量需求，但仍舊需要盡快開發(fā)出能夠推廣至大規(guī)模的跨機構(gòu)學(xué)生信息數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。由于需要保持區(qū)塊鏈中各節(jié)點的數(shù)據(jù)完全同步，所以當(dāng)節(jié)點儲存的區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)量出現(xiàn)急劇增加時，必然會對高校及學(xué)生實時更新數(shù)據(jù)信息造成一定的影響。

4.2 學(xué)生數(shù)據(jù)大規(guī)模處理效率問題

目前高校中正在使用的基于區(qū)塊鏈技術(shù)的高校教育教學(xué)管理系統(tǒng)大多網(wǎng)絡(luò)節(jié)點規(guī)模較小，而未來如果要想大規(guī)模應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)的話，則必然需要面對網(wǎng)絡(luò)中包含的數(shù)十億個節(jié)點，這對于學(xué)生信息數(shù)據(jù)的大規(guī)模高效處理來說是一個不小的挑戰(zhàn)。就現(xiàn)狀來看，學(xué)生數(shù)據(jù)大規(guī)模處理效率問題是限制區(qū)塊鏈技術(shù)在高校教育教學(xué)管理高頻讀寫場景中應(yīng)用的主要因素之一。再者，確認時間也是一個難點問題，在目前的區(qū)塊鏈高校教育教學(xué)管理系統(tǒng)中，單個區(qū)塊的生成時間一般是10min，這顯然給系統(tǒng)在頻繁提交學(xué)生數(shù)據(jù)和儲存時間敏感數(shù)據(jù)等方面造成了較大限制，影響了系統(tǒng)管理的實時性與高響應(yīng)。

4.3 學(xué)生數(shù)據(jù)隱私和安全問題

雖然區(qū)塊鏈技術(shù)支持多簽名復(fù)雜權(quán)限管理、自帶信任化、可防篡改，但是從整個區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的角度上來看，其中仍舊存在著一些數(shù)據(jù)隱私和安全問題。以往學(xué)生是通過公鑰地址來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與儲存，雖然個人身份信息是匿名的，然而數(shù)據(jù)交換記錄卻是公開、可查的，所以一旦學(xué)生的身份標(biāo)識與真實身份被聯(lián)系起來的話，那么其個人信息即會遭到泄露，隱私性和安全性無法得到有效保障。而區(qū)塊鏈技術(shù)在數(shù)據(jù)加密與解密方面所采用的則是公鑰與私鑰的非對稱密鑰機制，其可以有效保證數(shù)據(jù)儲存過程的安全性與可靠性。不過，對于私鑰的保存和使用問題，仍舊值得關(guān)注。因此在區(qū)塊鏈技術(shù)的研究中，安全性威脅一直是一項重點研究的問題。據(jù)已有研究表明，基于工作量證明共識過程的區(qū)塊鏈面臨著51%攻擊問題，也就是說，若區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)節(jié)點擁有全網(wǎng)51%以上的算力的話，即可對區(qū)塊鏈中儲存的數(shù)據(jù)進行篡改和偽造。基于股權(quán)證明的共識過程雖然能夠解決51%攻擊問題，但同時也會產(chǎn)生一些新的N@S攻擊問題。未來，隨著數(shù)學(xué)、密碼學(xué)以及各種新計算技術(shù)的不斷發(fā)展，區(qū)塊鏈技術(shù)的非對稱加密機制必然會變得越來越脆弱，甚至存在一定的被破解可能性。所以，區(qū)塊鏈技術(shù)在高校教育教學(xué)管理中應(yīng)用之時，學(xué)生數(shù)據(jù)隱私和安全問題始終是一項潛在風(fēng)險問題。

5? 結(jié)語

綜上所述，區(qū)塊鏈技術(shù)在高校教育教學(xué)管理中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在基于區(qū)塊鏈技術(shù)進行學(xué)生成績管理、進行學(xué)生學(xué)習(xí)檔案管理以及進行學(xué)生學(xué)位、學(xué)歷認證等。但目前在區(qū)塊鏈技術(shù)的實際應(yīng)用中，仍舊面臨著學(xué)生數(shù)據(jù)儲存空間問題、學(xué)生數(shù)據(jù)大規(guī)模處理效率問題、學(xué)生數(shù)據(jù)隱私和安全問題等挑戰(zhàn)，所以未來的研究重點主要在于解決這些問題。

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