基于區(qū)塊鏈教育管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究

◆朱慶宏 苗澤惠

（1.吉林建筑大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院 吉林 130000；2.吉林建筑大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院 吉林 130000）

《“十三五”國(guó)家信息化建設(shè)》提出加強(qiáng)區(qū)塊鏈等新技術(shù)基礎(chǔ)研發(fā)和前沿布局，故區(qū)塊鏈技術(shù)又被稱為是繼互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算又一顛覆性前沿技術(shù)，2019年10月25日，習(xí)近平總書(shū)記在中央政治局第十八次集體學(xué)習(xí)時(shí)強(qiáng)調(diào)：把區(qū)塊鏈作為核心技術(shù)自主創(chuàng)新的重要突破口，加快推動(dòng)區(qū)塊鏈技術(shù)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。作為去中心化的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)框架，區(qū)塊鏈已經(jīng)在金融、公證、數(shù)字資產(chǎn)領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。如果把區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用到教育管理系統(tǒng)領(lǐng)域也是大有可為。教育系統(tǒng)領(lǐng)域?qū)用嬷饕ㄔ诰€教育、檔案管理、學(xué)歷認(rèn)證、評(píng)教系統(tǒng)、教育投入產(chǎn)出等等，由于互聯(lián)網(wǎng)具有數(shù)據(jù)不安全和隱私泄露的風(fēng)險(xiǎn)，基于區(qū)塊鏈技術(shù)所具有的去中心化、數(shù)據(jù)不可篡改、可匿名、自信任、可編程、真數(shù)據(jù)等特點(diǎn)，通過(guò)區(qū)塊鏈技術(shù)可解決數(shù)據(jù)真實(shí)性和安全問(wèn)題。

1 區(qū)塊鏈的概述

1.1 區(qū)塊鏈的概念

區(qū)塊鏈技術(shù)是繼互聯(lián)網(wǎng)又一顛覆性前沿技術(shù)，起源于學(xué)者“中本聰”發(fā)表的奠基性論文《比特幣：一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)現(xiàn)金交易系統(tǒng)》，目前尚未形成統(tǒng)一的定義，狹義來(lái)講，區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N按照時(shí)間順序?qū)?shù)據(jù)區(qū)塊以鏈條的方式組成的特定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以密碼學(xué)的方式保證的不可篡改、不可偽造的去中心化共享總賬，能存儲(chǔ)簡(jiǎn)單的、有時(shí)間順序的，能在系統(tǒng)內(nèi)驗(yàn)證的數(shù)據(jù)。

1.2 區(qū)塊鏈的特點(diǎn)

從區(qū)塊鏈的概念中可總結(jié)出：區(qū)塊鏈技術(shù)具有去中心化、數(shù)據(jù)不可篡改、可匿名、自信任、可編程、真數(shù)據(jù)的六大特點(diǎn)

1.2.1 去中心化

區(qū)塊鏈以P2P 網(wǎng)絡(luò)為支撐，所有節(jié)點(diǎn)共同參與、共同監(jiān)督。不再依賴第三方機(jī)構(gòu)提供的數(shù)據(jù)服務(wù)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間在相互信任的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交易。

1.2.2 數(shù)據(jù)不可篡改

區(qū)塊鏈采用分布式共享式總賬，記錄著按照時(shí)間順序加入的不同的區(qū)塊。同時(shí)利用哈希算法將所有交易數(shù)據(jù)的哈希值作為葉子節(jié)點(diǎn)構(gòu)造Merkle 樹(shù)，樹(shù)根作為Merkle 樹(shù)的哈希值被記錄到區(qū)塊頭部。當(dāng)有一個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)塊發(fā)生改變時(shí)，將引起整個(gè)哈希序列的改變，同時(shí)分布式總賬記錄了完整的數(shù)據(jù)區(qū)塊，局部的改變并不影響區(qū)塊中記錄的賬簿數(shù)據(jù)以及區(qū)塊數(shù)據(jù)本身的不可篡改性。

1.2.3 可匿名

區(qū)塊鏈系統(tǒng)的信任機(jī)制和交易均記錄在哈希非對(duì)稱加密算法中，無(wú)須第三方的參與，只要用戶掌握了哈希地址和密鑰，就能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交易和節(jié)點(diǎn)間的信息交流，從而保護(hù)個(gè)人隱私。

1.2.4 自信任

區(qū)塊鏈利用哈希算法生成Merkle 樹(shù)和區(qū)塊鏈地址，采用智能合約和非對(duì)稱數(shù)據(jù)加密技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簽名驗(yàn)證，同時(shí)借助PoW 等共識(shí)機(jī)制構(gòu)建節(jié)點(diǎn)間的相互信任，使各節(jié)點(diǎn)能夠自動(dòng)安全地交易。

1.2.5 可編程

區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)公共開(kāi)放的平臺(tái)，任何人只要通過(guò)了簽名驗(yàn)證信息，就可通過(guò)區(qū)塊鏈系統(tǒng)的數(shù)據(jù)區(qū)塊和代碼在公鏈或私有鏈中進(jìn)行編程應(yīng)用，定義數(shù)據(jù)區(qū)塊，更新數(shù)據(jù)區(qū)塊，編寫(xiě)相關(guān)去中心化腳本代碼。

1.2.6 真數(shù)據(jù)

區(qū)塊鏈具有時(shí)間戳的屬性真正實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的不可偽造、有跡可循。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以復(fù)制一份完整的數(shù)據(jù)，當(dāng)少數(shù)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)并不影響數(shù)據(jù)的有效性，除非51%以上的算力同時(shí)被操控，否則篡改節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)是無(wú)效的。

2 通用區(qū)塊鏈教育管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

通用區(qū)塊鏈教育系統(tǒng)主要按照應(yīng)用層、控制層、感知層、管理層、網(wǎng)絡(luò)層五個(gè)層次進(jìn)行設(shè)計(jì)，應(yīng)用層主要滿足教育管理、教育資源與學(xué)習(xí)等需求，具體包括學(xué)分銀行、檔案管理、評(píng)教系統(tǒng)、教育投入產(chǎn)出系統(tǒng)。控制層主要通過(guò)用戶身份信息驗(yàn)證其是否滿足準(zhǔn)入條件。也可以通過(guò)監(jiān)控、大數(shù)據(jù)來(lái)了解用戶的偏向，通過(guò)智能技術(shù)和推送來(lái)滿足用戶所需的教育云和區(qū)塊鏈服務(wù)。通過(guò)區(qū)塊鏈服務(wù)和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的感知層，來(lái)獲取用戶的不同需求，以提供教育資源的按需服務(wù)和數(shù)據(jù)區(qū)塊封裝，在管理層中通過(guò)加密算法、智能合約進(jìn)行簽名和驗(yàn)證信息，在P2P 網(wǎng)絡(luò)和鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)的條件下，通過(guò)智能合約實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)區(qū)塊的對(duì)應(yīng)鏈接。

圖1 通用區(qū)塊鏈教育管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3 區(qū)塊鏈在教育系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于學(xué)分銀行

區(qū)塊鏈技術(shù)運(yùn)用到金融領(lǐng)域最早起源于中本聰創(chuàng)造的比特幣協(xié)議，人們通過(guò)電腦以挖礦的形式開(kāi)采屬于自己的數(shù)字資產(chǎn)。如果把區(qū)塊鏈技術(shù)運(yùn)用到在線教育領(lǐng)域，借助前人思維，把線上課程作為一個(gè)個(gè)“小礦機(jī)”，學(xué)生通過(guò)電腦或手機(jī)進(jìn)行在線學(xué)習(xí)，我們把此過(guò)程稱之為“采礦”或“挖礦”，學(xué)生就充當(dāng)了“礦工”的角色，當(dāng)完成一門(mén)課程之后，學(xué)生獲得了屬于自己的學(xué)分和學(xué)習(xí)貨幣，而這些“小礦機(jī)”就是屬于老師的教學(xué)成果。當(dāng)老師錄制完課程打包成數(shù)據(jù)區(qū)塊并上傳至區(qū)塊鏈教育系統(tǒng)中供學(xué)生進(jìn)行“挖礦”，老師依據(jù)學(xué)生的開(kāi)采量獲得一定的教學(xué)貨幣和教工分。教學(xué)貨幣可以作為教師評(píng)獎(jiǎng)、評(píng)職稱的加分項(xiàng)，學(xué)生獲得的學(xué)習(xí)貨幣可以在區(qū)塊鏈教育系統(tǒng)中購(gòu)買(mǎi)自己所需的課程進(jìn)行學(xué)習(xí)。學(xué)生也可以發(fā)布自己的學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)心得，當(dāng)有需求的時(shí)候，學(xué)生可通過(guò)區(qū)塊鏈教育系統(tǒng)中智能合約技術(shù)用學(xué)習(xí)貨幣進(jìn)行支付交易。

3.2 區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于檔案管理

區(qū)塊鏈技術(shù)具有真數(shù)據(jù)、可編程的特點(diǎn)，如果能把區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用到學(xué)生的檔案管理中，將大大減少煩瑣的人力、精力。從學(xué)生踏入學(xué)堂的那一刻起，以私有鏈的方式來(lái)記錄每個(gè)人的學(xué)歷、獲獎(jiǎng)證書(shū)等信息，通過(guò)區(qū)塊鏈服務(wù)，封裝成具有時(shí)間節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)區(qū)塊。隨著個(gè)人成長(zhǎng)經(jīng)歷的豐富，由學(xué)校的檔案管理部門(mén)記錄著每位學(xué)生的學(xué)歷信息、獎(jiǎng)懲記錄、個(gè)人技能，當(dāng)發(fā)生變動(dòng)時(shí)由專(zhuān)人負(fù)責(zé)區(qū)塊更新。當(dāng)學(xué)生畢業(yè)，用人單位需要對(duì)學(xué)生的檔案信息進(jìn)行查詢時(shí)，由檔案管理員和學(xué)生本人進(jìn)行在線簽名，通過(guò)密鑰的形式進(jìn)行驗(yàn)證查詢。這不僅保護(hù)了學(xué)生信息的完整性和真實(shí)性，同時(shí)節(jié)省了用人單位在選拔人才方面所花費(fèi)的時(shí)間和精力，節(jié)省了資質(zhì)證明、學(xué)歷證明的煩瑣流程，有效打擊了學(xué)歷造假、資質(zhì)造假等不誠(chéng)信行為。

3.3 區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于評(píng)教系統(tǒng)

區(qū)塊鏈技術(shù)具有匿名性、真數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，可將區(qū)塊鏈技術(shù)運(yùn)用到教務(wù)管理的評(píng)教系統(tǒng)中。學(xué)生對(duì)老師的評(píng)價(jià)內(nèi)容主要包括課前準(zhǔn)備（備課筆記、教案、教具）、課堂教學(xué)規(guī)范（教學(xué)大綱、教學(xué)計(jì)劃進(jìn)度表、記分冊(cè)、點(diǎn)名冊(cè)和教材）、授課能力（板書(shū)設(shè)計(jì)、語(yǔ)言表達(dá)、互動(dòng)教學(xué)）、教學(xué)效果、教學(xué)態(tài)度等等，可以把評(píng)價(jià)內(nèi)容分為五大模塊，學(xué)生登錄教學(xué)評(píng)教系統(tǒng)，管理員驗(yàn)證其簽名信息，并根據(jù)其選課情況，對(duì)應(yīng)任課教師的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)模塊，管理員根據(jù)每位學(xué)生的評(píng)價(jià)結(jié)果和留言進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理，并根據(jù)其評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)分為優(yōu)、良、一般、差等級(jí)別，對(duì)評(píng)價(jià)優(yōu)、良的老師進(jìn)行教工分獎(jiǎng)勵(lì)，對(duì)評(píng)價(jià)差的老師進(jìn)行警示并作出扣除一定教工分的懲罰，之后上傳至區(qū)塊鏈教育系統(tǒng)中，供全校師生進(jìn)行監(jiān)督。

3.4 區(qū)塊鏈應(yīng)用于教育投入產(chǎn)出系統(tǒng)

在高校內(nèi)部建立一條基于教育內(nèi)部管理的教育投入產(chǎn)出公有鏈，整合財(cái)務(wù)管理系統(tǒng)、學(xué)生資助管理中心系統(tǒng)、校友捐贈(zèng)系統(tǒng)。建立資助經(jīng)費(fèi)收支區(qū)塊鏈，由資助經(jīng)費(fèi)來(lái)源單位通過(guò)智能合約簽名驗(yàn)證受助人信息，并根據(jù)往來(lái)賬目計(jì)入資助區(qū)塊鏈，由資助負(fù)責(zé)人直接把資助金打入受助人賬戶，從而簡(jiǎn)化審批流程。建立財(cái)務(wù)報(bào)銷(xiāo)區(qū)塊鏈，可將帶有時(shí)間戳的報(bào)銷(xiāo)憑據(jù)以圖片的格式上傳至財(cái)務(wù)報(bào)銷(xiāo)區(qū)塊鏈中，由財(cái)務(wù)報(bào)銷(xiāo)系統(tǒng)管理員通過(guò)加密算法、智能合約的方式驗(yàn)證其報(bào)銷(xiāo)憑據(jù)，核實(shí)無(wú)誤后可直接將報(bào)銷(xiāo)費(fèi)用打入報(bào)銷(xiāo)人的賬戶，從而簡(jiǎn)化了簽名、蓋章等流程，提高了報(bào)銷(xiāo)效率。建立校友捐贈(zèng)區(qū)塊鏈，用于投資建設(shè)母校，以促進(jìn)母校發(fā)展?；趨^(qū)塊鏈技術(shù)不可篡改和具有時(shí)間順序的特點(diǎn)，可以把校友捐贈(zèng)的每一筆資金實(shí)時(shí)記錄到校友捐贈(zèng)區(qū)塊鏈中，同時(shí)對(duì)資金去向進(jìn)行追溯，保證校友捐贈(zèng)資金的透明性。

圖2 教育投入產(chǎn)出公有鏈

4 總結(jié)

區(qū)塊鏈運(yùn)用到學(xué)分銀行，在保護(hù)創(chuàng)作者的知識(shí)產(chǎn)權(quán)的同時(shí)，調(diào)動(dòng)了老師的工作積極性和學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。大大提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效率。區(qū)塊鏈運(yùn)用到檔案管理中，減少了檔案管理工作者的工作量，提高了檔案管理工作效率，更重要的是保證了學(xué)生檔案的安全性和私密性，打擊了學(xué)歷造假，資質(zhì)造假、學(xué)術(shù)造假等不誠(chéng)信行為，同時(shí)對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)，節(jié)約了企業(yè)人才雇傭的成本。區(qū)塊鏈運(yùn)用到評(píng)教系統(tǒng)中，基于區(qū)塊鏈的匿名性，打破了傳統(tǒng)評(píng)教系統(tǒng)的形式主義，更真實(shí)地反映老師的教學(xué)水平，從而促使教學(xué)質(zhì)量提高。區(qū)塊鏈運(yùn)用到教育投入產(chǎn)出系統(tǒng)，使校園財(cái)務(wù)管理和資金往來(lái)更加透明化、簡(jiǎn)潔化。區(qū)塊鏈技術(shù)是21世紀(jì)繼互聯(lián)網(wǎng)又一顛覆性前沿技術(shù)，去中心化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)打破了傳統(tǒng)教育系統(tǒng)的種種束縛，將區(qū)塊鏈技術(shù)運(yùn)用到教育管理系統(tǒng)中具有重要意義。