基于區(qū)塊鏈技術(shù)的在線學習資源管理模式研究

楊雅都，孫 力

（江南大學教育信息化研究中心，江蘇無錫 214122）

0 引言

近年來，虛擬貨幣——比特幣的出現(xiàn)，引發(fā)了人們對以電子方式進行資產(chǎn)安全交易的區(qū)塊鏈技術(shù)的興趣［1］。區(qū)塊鏈（Blockchain）技術(shù)的核心是以密碼學為基礎(chǔ)，定義信息交換和存儲的協(xié)議，能夠確保在完全公開、虛擬、電子化的環(huán)境中，各方之間所進行的交易和存儲業(yè)務(wù)防篡改、去中心化和不可撤銷［2］。從功能上看，互聯(lián)網(wǎng)是傳遞信息，區(qū)塊鏈是驅(qū)動交易。用區(qū)塊鏈的語言描述，即互聯(lián)網(wǎng)是信息鏈，區(qū)塊鏈是交易鏈。區(qū)塊鏈技術(shù)目前主要應(yīng)用于經(jīng)濟領(lǐng)域，也已出現(xiàn)了應(yīng)用于其他領(lǐng)域的若干方案。例如，物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域用于存儲智能設(shè)備之間的通信信息；電子商務(wù)領(lǐng)域用于驗證產(chǎn)品的真實性；去中心化是存儲域名系統(tǒng)（DNS）相關(guān)信息等［1］。

當將純粹財務(wù)型資產(chǎn)的概念擴展到某個企業(yè)或組織的核心資產(chǎn)時，知識將被人們認為是最重要和最有價值的資產(chǎn)之一，是企業(yè)或組織保持核心競爭力的關(guān)鍵因素。與財務(wù)型資產(chǎn)類似，知識需要作為智力資產(chǎn)安全地存儲起來，必要時在組織內(nèi)各方之間共享。此外，至關(guān)重要的是追蹤知識的起源和所有權(quán)，并管理其演變過程，使有關(guān)各方都能獲得知識。在線學習資源是知識的一種顯性具體表現(xiàn)形式，對于一個在線學習企業(yè)或組織而言，它可以看成是主要資產(chǎn)之一。在學習資源的生產(chǎn)、存儲、管理和使用等方面，學習企業(yè)或組織都付出了大量的人力和財力成本。

基于知識與電子資產(chǎn)之間的相似性，本文提出了一種將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于在線學習資源管理領(lǐng)域的探索性研究方法。

為了完成知識傳播，需要首先知道“什么”“為什么”“誰”和“什么時候”等知識產(chǎn)生和衍變過程。衍生到可電子化處理的知識產(chǎn)品，比如在線學習資源，為了能以機器可處理的格式表示清晰的、明確表述的知識類型，可用概念模型表征知識［3-4］。這種方法一方面可以實現(xiàn)顯性知識表述到機器語言的過渡，同時也充分考慮到了知識管理中的安全性，包括機密性、完整性和可用性［5］。在知識管理中應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)，使得可以不通過展示實際業(yè)務(wù)流程和知識內(nèi)容，確定創(chuàng)建或修改表征知識模型的人（知道誰），確定相關(guān)模型內(nèi)容來源（知道什么），即目前流行的“零知識證明”方式。同時，模型背后所關(guān)聯(lián)的知識也可以被訪問，即可以進一步探究知識的實體（知道為什么）。通過使用區(qū)塊鏈技術(shù)，表征知識模型的內(nèi)容將以防篡改和不可撤銷的方式進行存儲，包括清晰的模型內(nèi)容訪問和權(quán)限修改以及時間戳都將被有效地保存，從而可以確定訪問和修改的時間點（知道何時）。這種類型的區(qū)塊鏈將稱為知識區(qū)塊鏈，落實到知識的顯性表現(xiàn)形式，可以稱之為在線學習資源區(qū)塊鏈。

本文基于通用區(qū)塊鏈的概念、核心技術(shù)以及工作原理，結(jié)合知識表示和管理的特性，研究在線學習資源區(qū)塊鏈的概念、核心元素構(gòu)成及其基本工作原理和流程，并探討其在資源管理中應(yīng)用的可能性及基本應(yīng)用方案。

1 區(qū)塊鏈技術(shù)

區(qū)塊鏈是一種有組織的，通過在線方式結(jié)構(gòu)化和存儲數(shù)據(jù)的方法，是一種分布式賬本技術(shù)的具體應(yīng)用形式。它本質(zhì)上是一個沒有中央集中管理器的，即去中心化的數(shù)據(jù)庫，是通過嚴格的密碼學方法相關(guān)聯(lián)產(chǎn)生的一串數(shù)據(jù)塊，每一個數(shù)據(jù)塊中包含了上一次賬本內(nèi)容、本次賬本內(nèi)容變化以及變化產(chǎn)生時間等信息，用于驗證其信息變化的有效性并生成下一個區(qū)塊。

1.1 區(qū)塊鏈概念

從狹義上講，區(qū)塊鏈是一種按照時間順序?qū)?shù)據(jù)區(qū)塊以順序相連方式組合成的，并以密碼學方式保證的不可篡改和不可偽造的一種鏈式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。從廣義上講，區(qū)塊鏈技術(shù)是利用塊鏈式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)驗證與存儲數(shù)據(jù)，利用分布式節(jié)點共識算法生成和更新數(shù)據(jù)，利用密碼學方式保證數(shù)據(jù)傳輸和訪問安全，利用由自動化腳本代碼組成的智能合約進行編程并操作數(shù)據(jù)的一種全新的分布式基礎(chǔ)架構(gòu)與計算方式［6］。

目前被廣泛接受的是區(qū)塊鏈系統(tǒng)的6 層模型，模型自下而上由數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識層、激勵層、合約層和應(yīng)用層組成，每層分別完成一項核心功能，各層之間互相配合，實現(xiàn)一個公開的、無特定中心的共識信任機制［7］。區(qū)塊鏈具有去中心化、開放性、自治性、信息不可篡改和匿名性等特征。區(qū)塊鏈的類型可以有公有鏈、私有鏈和混合鏈等，公有鏈是分布式的，沒有任何許可權(quán)限限制，但有完善的共識機制；私有鏈則不然，對于區(qū)塊鏈的各類操作有明確的權(quán)限規(guī)則；混合鏈則介于兩者之間，結(jié)合了公有鏈的“完全去中心化”和私有鏈的“嚴格權(quán)限控制”，可以理解為“部分去中心化”。

1.2 區(qū)塊鏈核心技術(shù)

實現(xiàn)區(qū)塊鏈所需的核心技術(shù)是密碼學哈希函數(shù)、默克爾樹（Merkle Tree）和非對稱加密系統(tǒng)。

1.2.1 密碼學哈希函數(shù)

用一個固定位數(shù)長度的隨機輸出值V 表示輸入的任意大小的消息字符串M，即V=H（M），V 稱為M 的哈希值，H（M）即M 的哈希函數(shù)。對于n 位的字符串，其哈希計算的復雜度為O（n）。它具有如下性質(zhì)：①隱秘性，即有M 可以很容易算出V，而有V 不可能算出M；②碰撞阻力，即有V不可能找到另一個M’使得H（M’）=V，或者如果M 和M’相差很小，H（M）和H（M’）則完全不相關(guān)；③謎題友好性，即沒有一個解決策略比只是隨機地嘗試M 取值求得給定V 更好。

通過比較信息M 不同時間點的哈希值，可以鑒別信息M 的內(nèi)容是否發(fā)生變化。

1.2.2 默克爾樹

默克爾樹又稱哈希樹（Hash Tree），是一種二叉樹，由一個根節(jié)點、一組中間節(jié)點和一組葉節(jié)點組成。最下面的葉節(jié)點包含存儲數(shù)據(jù)或其哈希值，每個中間節(jié)點是它的兩個子節(jié)點內(nèi)容的哈希值，根節(jié)點也是由它兩個子節(jié)點內(nèi)容的哈希值組成，如圖1 所示。默克爾樹可以推廣到多叉樹的情形，其特點是，子節(jié)點內(nèi)容的任何變動，都會傳遞到其父節(jié)點，直到樹根。

Fig.1 Merkle tree圖1 默克爾樹

1.2.3 非對稱加密系統(tǒng)

非對稱加密系統(tǒng)又稱公鑰加密系統(tǒng)，公開密鑰與私有密鑰是一對，用公開密鑰對數(shù)據(jù)進行加密，則只有用對應(yīng)的私有密鑰才能解密；用私有密鑰對數(shù)據(jù)進行加密，則只有用對應(yīng)的公開密鑰才能解密。由于加密和解密使用兩個不同的密鑰，故稱作非對稱加密系統(tǒng)。其實現(xiàn)加密信息交換的基本過程是：甲方生成一對密鑰并將其中之一作為公開密鑰向其它方公開；得到該公開密鑰的乙方使用其對機密信息進行加密后再發(fā)送給甲方；甲方再用自己保存的另一把私有密鑰對加密后的信息進行解密。如圖2 所示。

Fig.2 Asymmetric encryption system圖2 非對稱加密系統(tǒng)

與對稱加密系統(tǒng)相比，非對稱加密系統(tǒng)由于算法復雜，其加密解密速度較慢。但由于它消除了最終用戶交換密鑰的需要，其保密性更好。

1.2.4 零知識證明

作為區(qū)塊鏈技術(shù)的一個亮點，零知識證明的基本理解是：證明者可以在不向驗證者提供任何有用信息的情況下，向驗證者證明并使其相信自己知道或擁有某一消息。零知識證明計算過程量小，雙方交換信息少；既不降低安全性，又有良好的私密性［8］。

可以通過以下事例進一步說明零知識證明的概念。A是證明者，B 是驗證者。A 要向B 證明自己擁有某個房間的鑰匙，該房間只能用鑰匙而不能用其他任何方法打開門鎖，有兩個證明方法：①A 把鑰匙給B，B 打開房間的門鎖，從而證明A 擁有該房間的鑰匙；②B 確定該房間內(nèi)有某一物體，A 用自己擁有的鑰匙打開該房間的門鎖，把物體拿出來給B，從而證明自己確實擁有該房間的鑰匙。方法②屬于零知識證明，其好處在于在整個證明過程中，B 始終不能看到鑰匙的樣子，從而避免了鑰匙的泄露。

1.3 區(qū)塊鏈工作原理

將哈希函數(shù)、默克爾樹和非對稱加密系統(tǒng)結(jié)合在一起，可以描述區(qū)塊鏈系統(tǒng)的基本原理，尤其是其數(shù)據(jù)存儲方式。

區(qū)塊鏈上的任意區(qū)塊Bi（i>0），都包含一個哈希值，聯(lián)結(jié)了其之前的區(qū)塊Bi-1。因此，鏈的最后一個塊，稱為根塊，聯(lián)結(jié)了鏈上所有的區(qū)塊，一直可以追溯到起源塊B0。塊Bi由塊標題和數(shù)據(jù)組成，數(shù)據(jù)是默克爾樹的結(jié)構(gòu)，將單個數(shù)據(jù)值作為葉節(jié)點，連接成其根哈希值MRi。塊頭由MRi和前面塊頭的哈希值H（BHi-1）組成。因此，塊Bi可以通過對其塊頭BHi執(zhí)行哈希運算，即H（BHi）=H（H（BHi-1）||MRi）加以描述。整個鏈可以由其最后一個根塊的塊頭進行概括描述。修改某一塊Bi中的任何數(shù)據(jù)都會導致其哈希值H（BHi）的改變，從而導致鏈的破壞，即塊Bi+1不再鏈接到塊Bi，因為BHi+1不再包含改變后Bi的哈希值。如果最后一個塊的塊頭哈希值保持不變，則可以認定鏈中所有數(shù)據(jù)的完整性和不變性。這使得區(qū)塊鏈非常適合以不變的方式存儲數(shù)據(jù)，從而防止被篡改。

任何新塊加入到區(qū)塊鏈的過程都可以看成是嚴格執(zhí)行特定規(guī)則挖掘過程的一部分。如果要更改存儲在區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)，則需要因此而產(chǎn)生一個交易事務(wù)，并發(fā)送給更改執(zhí)行者——礦工。交易事務(wù)包含要更改的數(shù)據(jù)，以及更改發(fā)起者身份，其身份安全通過非對稱加密系統(tǒng)的數(shù)字簽名來確保。礦工記錄要存儲在區(qū)塊鏈中的新數(shù)據(jù)，并檢查該數(shù)據(jù)和更改發(fā)起者的身份是否符合規(guī)則。如符合，則執(zhí)行交易事務(wù)；如不符合，則拒絕交易事務(wù)。

在公有鏈中，礦工的產(chǎn)生是依據(jù)解決密碼謎題的方法隨機選擇。如果確定了礦工，其有權(quán)向區(qū)塊鏈添加數(shù)據(jù)［9］。與公有鏈相反，私有或具有許可限制的區(qū)塊鏈并不一定是分布式的。因此，區(qū)塊鏈的訪問受到限制，礦工的產(chǎn)生要對應(yīng)權(quán)限說明進行身份驗證。更有甚者，區(qū)塊鏈所有者可以定義特定的挖掘過程和生成新塊規(guī)則，包括對參與區(qū)塊鏈交互的所有身份權(quán)限進行詳細說明，以便在將數(shù)據(jù)添加到區(qū)塊鏈時，可以使用自己的規(guī)則模型。

2 在線學習資源區(qū)塊鏈

隨著在線教育的發(fā)展，在線學習資源數(shù)量快速增長，形式靈活多樣，使得對其管理需有嚴格的管理機制和合適的IT 技術(shù)支持。區(qū)塊鏈技術(shù)為在線學習資源的管理提升提供了空間，尤其是區(qū)塊鏈的核心是確保數(shù)據(jù)在沒有可信任第三方的情況下以透明方式進行不可撤銷的、防篡改的存儲，可以從根本上改變在線學習資源在學習組織內(nèi)部和跨組織中的存儲和處理方式。

在通用區(qū)塊鏈技術(shù)基礎(chǔ)上，本文提出了在線學習資源區(qū)塊鏈的概念（簡稱資源區(qū)塊鏈），如圖3 所示。這一概念基于這樣一種假設(shè)，關(guān)于在線學習資源的描述信息，如內(nèi)容、數(shù)據(jù)格式、學習時長、學習對象、創(chuàng)作者等，都可以半正式或正式的概念模型［10］形式記錄下來。同時，關(guān)于資源存儲和修改的各類規(guī)則和許可權(quán)限信息，也可以概念模型的形式進行描述。在知識信息系統(tǒng)的意義上，這些模型可以由機器算法和人工共同處理。因此，它們不僅可以作為數(shù)據(jù)交換的基礎(chǔ)，同時也可作為基于機器分析和模擬的輸入信息［6］。

資源區(qū)塊鏈將數(shù)據(jù)存儲在包含經(jīng)過加密驗證信息的資源塊中。數(shù)據(jù)本身以默克爾樹的形式進行結(jié)構(gòu)化，可以有效地確保資源塊的完整性。如果對數(shù)據(jù)進行更改，則將產(chǎn)生的交易事務(wù)發(fā)送到區(qū)塊鏈，由礦工通過挖掘過程加以處理。當然，礦工將檢查要執(zhí)行的更改是否滿足定義的所有規(guī)則。

為了完整定義資源區(qū)塊鏈的概念，本文后續(xù)將詳細說明構(gòu)建概念模型所使用的建模語言、資源區(qū)塊鏈中塊的結(jié)構(gòu)、相關(guān)權(quán)限管理規(guī)則和授權(quán)委托機制，以及對于塊處理的特定挖掘過程，并進一步討論資源區(qū)塊鏈在資源管理任務(wù)中的具體應(yīng)用。

2.1 建模語言描述

利用建模語言描述在線學習資源時，通常取決于具體建模軟件環(huán)境［11］。對于資源區(qū)塊鏈而言，其所需的建模語言是從具體技術(shù)實現(xiàn)中抽象出來的。資源相關(guān)各類對象的通用屬性，以及資源區(qū)塊鏈相關(guān)的各類規(guī)則，都可以通過建模語言基于概念模型的形式加以定義。

Fig.3 Online learning resource blockchain圖3 在線學習資源區(qū)塊鏈

資源區(qū)塊鏈實現(xiàn)的基本要求是能夠唯一地識別概念模型中的任何元素。因此，在具體建模過程中，用UUID（通用的惟一標識符）屬性標識模型類型、類以及關(guān)系。任何一個模型構(gòu)成元素的準確描述都需要有一個確定的UUID值，以區(qū)別于其他元素。對于一個具體的業(yè)務(wù)任務(wù)及其業(yè)務(wù)執(zhí)行順序，它們和類以及關(guān)系之間分別都是泛化關(guān)系。對于模型中所有的類以及關(guān)系，它們與模型類型之間分別都是聚合關(guān)系。同時，還通過from 和to 屬性進一步細化對關(guān)系的描述；通過ContainedInModel 屬性，在具體建模過程中更好地明確模型結(jié)構(gòu)。建模過程的簡單示例如圖4所示。

Fig.4 A brief example of the modeling process圖4 建模過程簡例

此外，還添加了屬性相關(guān)數(shù)據(jù)（名稱和值）的哈希值，以及包含在模型中所有對象的哈希值。在挖掘過程中，這些哈希值將以Merkle 樹的結(jié)構(gòu)計算和存儲，如圖5 所示。

2.2 資源區(qū)塊鏈的塊結(jié)構(gòu)

對于任何基于塊的應(yīng)用，都需要確定信息是如何表示和存儲在鏈上的。定義資源區(qū)塊鏈中塊的結(jié)構(gòu)如圖6所示。

Fig.5 Merkle tree forms of various Hash value圖5 各類哈希值的Merkle 樹形式

在每個塊的底部，包含兩個Merkle 樹，一個存儲資源內(nèi)容和屬性信息，另一個存儲有關(guān)的許可權(quán)限信息。對于兩棵樹而言，它們的根哈希值是塊頭的一部分。在塊頭中，還包含前一個塊的哈希值、時間戳，以及XML 格式的資源內(nèi)容模型和許可權(quán)限模型。對于公有鏈（分布式環(huán)境中無權(quán)限模式）的操作，可以選擇使用Nonce（密碼學中的隨機數(shù)）解決密碼謎題，以決定下一個向鏈添加一個新塊的挖掘過程執(zhí)行者—礦工［2］。塊頭中的所有數(shù)據(jù)（Nonce 和時間戳除外）都通過提交事務(wù)一方的私鑰加密（解密），以生成數(shù)字簽名。生成的哈希值存儲在頭部簽名中。這樣，提交方的身份確認就與一個塊聯(lián)系在一起。當解決了密碼難題，確定了礦工，礦工成功地檢查了塊中包含的信息后，添加Nonce 和時間戳值，計算整個塊的哈希值，并使用其私鑰對該哈希值進行簽名，這些值包含在塊哈希值和塊簽名中。

2.3 權(quán)限管理與授權(quán)委托機制

資源區(qū)塊鏈的一個基本特性是以非常詳細的權(quán)限許可方式指定允許誰對區(qū)塊鏈進行哪些更改。這些許可方式在權(quán)限模型中描述。權(quán)限模型是資源塊鏈中每個塊的固有部分，其結(jié)構(gòu)如圖7 所示。

本文所建立的資源區(qū)塊鏈權(quán)限模型包含3 種類型的權(quán)限：創(chuàng)建權(quán)限給定一個身份者創(chuàng)建模型、對象、關(guān)系和屬性值；刪除權(quán)限給定一個身份者刪除模型、對象、關(guān)系和屬性值；轉(zhuǎn)移權(quán)限給定一個身份者將其部分或全部權(quán)限轉(zhuǎn)移到另一個身份。

Fig.6 Resource block structure圖6 資源塊結(jié)構(gòu)

Fig.7 Permission model structure圖7 權(quán)限模型結(jié)構(gòu)

權(quán)限模型中的身份者由其公鑰表示。在資源區(qū)塊鏈的起始塊中，所有權(quán)限都被分配給區(qū)塊鏈的創(chuàng)建者。然后，其可以通過后續(xù)事務(wù)決定是否以及如何將這些權(quán)限授權(quán)委托給其他身份者。

2.4 挖掘規(guī)則

當新的事務(wù)被發(fā)送到資源區(qū)塊鏈時，它們將被檢查是否符合上一個塊中的權(quán)限模型設(shè)置規(guī)則。對于授權(quán)資源區(qū)塊鏈（私有鏈），可由已經(jīng)過認證的礦工完成挖掘過程；對于無授權(quán)資源區(qū)塊鏈（公有鏈），可由隨機選擇的礦工完成挖掘過程。在挖掘過程中進行規(guī)則檢查的執(zhí)行過程如圖8 所示。

對于提交事務(wù)中的每個內(nèi)容模型，首先計算各類相應(yīng)的哈希值，包括對象和關(guān)系的屬性，以及一個模型中的所有對象和關(guān)系，所有對象、關(guān)系或模型和其相應(yīng)UUID 的組合；其次是組合所有這些哈希值，從而形成一個Merkle 樹，最終形成根哈希值。對于提交的權(quán)限模型，也是作同樣處理，直到形成Merkle 樹的根哈希值。

挖掘結(jié)果是，要么事務(wù)被許可，執(zhí)行所請求的更改，向資源區(qū)塊鏈添加一個新的塊，交易完成；或者，該事務(wù)被發(fā)現(xiàn)不符合權(quán)限規(guī)則，交易被取消。

2.5 資源管理應(yīng)用

通過對資源區(qū)塊鏈概念及其核心結(jié)構(gòu)的詳細描述，可以進一步探討它們在在線學習資源管理中的應(yīng)用可能。

第一個應(yīng)用領(lǐng)域是對資源演變的透明監(jiān)控。為了跟蹤以在線學習資源形式表示的知識演變，資源區(qū)塊鏈允許詳細檢索在線學習資源是如何隨時間演變的。這可以通過檢查資源區(qū)塊鏈中所有發(fā)生內(nèi)容變化的區(qū)塊、變化發(fā)生的時間點，以及檢查所有區(qū)塊內(nèi)容的完整性加以實現(xiàn)。

第二個應(yīng)用領(lǐng)域是跟蹤在線學習組織中的知識來源、所有權(quán)和關(guān)系。資源區(qū)塊鏈不僅以可靠的方式分析在線學習資源的知識結(jié)構(gòu)，還可以通過其中各塊所獲得的數(shù)字簽名，驗證誰進行了哪些更改，以及誰授權(quán)該人員進行這些更改（授權(quán)委托方案），這也就實現(xiàn)了“知道誰”和“知道為什么”。

第三個應(yīng)用領(lǐng)域是證明某些資源內(nèi)容模型是否包含在資源區(qū)塊鏈的某個塊中，亦即該模型表示的資源內(nèi)容屬于某個企業(yè)或組織。通過計算給定資源內(nèi)容模型的哈希值并應(yīng)用相應(yīng)的Merkle 證明，可以驗證該資源內(nèi)容是否包含在區(qū)塊鏈表述或管理的資源中。這種證明方式針對單個塊中的內(nèi)容模型，可以在不揭示模型具體內(nèi)容的情況下實現(xiàn)，體現(xiàn)了區(qū)塊鏈技術(shù)的亮點——零知識證明，可以作為支持潛在的更復雜的資源遵從性檢查的一部分。通過這種方式可以證明，向外部權(quán)威機構(gòu)證明，相應(yīng)的資源內(nèi)容屬于相應(yīng)組織，并且以規(guī)定方式被使用。例如，可以作為資源審核專家對相關(guān)資源進行審核的一部分內(nèi)容。

Fig.8 Mining execution process圖8 挖掘執(zhí)行過程

3 資源區(qū)塊鏈原型實現(xiàn)

在明確資源區(qū)塊鏈基本概念、塊結(jié)構(gòu)、權(quán)限設(shè)置及分配、事務(wù)處理等各類概念和規(guī)則后，為了驗證其有效性，并證明依據(jù)資源區(qū)塊鏈概念和規(guī)則建立的在線學習資源系統(tǒng)在實際應(yīng)用中可以實現(xiàn)資源有效管理，本文創(chuàng)建了一個原型實現(xiàn)。該原型并沒有涵蓋資源區(qū)塊鏈定義的所有功能，而是作為資源區(qū)塊鏈概念的一個測試和模擬環(huán)境?；谠蛯崿F(xiàn)，討論了資源區(qū)塊鏈的實現(xiàn)要素、功能性和局限性，以及進一步研究方向。

基于在許多行業(yè)和研究項目中的成功應(yīng)用，本文選擇了ADOxx 元建模平臺［12］作為實現(xiàn)的基礎(chǔ)環(huán)境。實現(xiàn)環(huán)境的核心組件是一個ADOxx 庫，由3 個模型類型組成，分別是特定的資源區(qū)塊鏈Source Blocks、業(yè)務(wù)流程（資源組成和使用）模型BPMN（業(yè)務(wù)流程建模符號，Business Process Mod?eling Notation）Model 和權(quán)限模型Permission Model。為了便于說明，所有模型類型都通過圖形符號表示。原型實現(xiàn)通過三類算法對ADOxx 庫進行了擴展，主要包括：以事務(wù)形式發(fā)送塊處理請求、挖掘產(chǎn)生新塊和驗證現(xiàn)有塊。本文自定義了一個動態(tài)鏈接庫（DLL），用以生成UUID 值、計算SHA-256 哈希值［6］，同時作為與基于橢圓加密算法（ECC）的公鑰密碼系統(tǒng)開放SSL（安全套接層，Secure Socket Lay?er）庫的接口［13］。

通過包含3 個模型類型的ADOxx 庫，使用一組配對的公共—私有密匙對指定和標識區(qū)塊鏈所有者，就可以創(chuàng)建新的資源區(qū)塊鏈。在本文原型實現(xiàn)中，基本業(yè)務(wù)流程（資源組成和使用）可以使用BPMN 的任務(wù)和網(wǎng)關(guān)元素，通過順序流連接進行構(gòu)建；一旦有人發(fā)送塊處理請求時，就可以形成業(yè)務(wù)流程模型。通過創(chuàng)建公鑰和私鑰，可進行權(quán)限詳細說明并分配給特定身份者，形成權(quán)限模型。兩個模型都存儲在Merkle 樹中并給予數(shù)字簽名，挖掘過程通常由指定礦工發(fā)起。

作為原型實現(xiàn)，本文在單機版環(huán)境中實現(xiàn)了一個帶有權(quán)限許可的私有資源區(qū)塊鏈。該區(qū)塊鏈只在特定范圍內(nèi)可用，只由一個礦工集中管理。資源區(qū)塊鏈原型實現(xiàn)界面掃OSID 碼可見，界面左上角是整個資源區(qū)塊鏈的結(jié)構(gòu)，包括塊的構(gòu)造和前后塊之間屬性的聯(lián)系；左下角是基于BPMN 實現(xiàn)的添加了一個資源塊的基本業(yè)務(wù)流程，塊中的內(nèi)容包括資源的各類屬性及指向具體資源的指針或鏈接；右邊是權(quán)限模型。

構(gòu)建資源區(qū)塊鏈的第一步是決定使用哪種建模語言，并進行鏈的初始化。鏈所有者決定用BPMN 建模語言收集所有在線學習資源相關(guān)知識。在資源區(qū)塊鏈創(chuàng)建之初，所有的創(chuàng)建、刪除和轉(zhuǎn)移權(quán)限都分配給鏈所有者。初始區(qū)塊鏈創(chuàng)建后，以其公鑰形式作為身份標識的鏈所有者在權(quán)限模型中分配所有權(quán)限，此信息在計算權(quán)限模型的Merkle 樹后，被存儲在起始塊中，起始塊由此建立并由礦工數(shù)字簽名。在該原型實現(xiàn)中，鏈所有者將創(chuàng)建BPMN 模型的權(quán)利授權(quán)委托給員工A（Staff A）。因此，以相應(yīng)的公鑰作為身份標識的員工A，與其BPMN 模型創(chuàng)建權(quán)限一起，被添加到從前塊（起始塊）中獲得的權(quán)限模型副本中。更新的權(quán)限模型作為一個新的事務(wù)提交給礦工，鏈所有者用其私鑰對其發(fā)起的這個事務(wù)進行數(shù)字簽名；礦工檢查簽名，并依據(jù)前塊的權(quán)限模型決定是否可執(zhí)行更改。由于是鏈所有者的簽署，塊更改被接受，新的權(quán)限模型增加成為區(qū)塊鏈的一部分。擁有了新的權(quán)限后，員工A 可以創(chuàng)建BPMN 模型元素，并將它們作為新的塊處理事務(wù)提交給礦工。在收到新的事務(wù)請求后，礦工驗證提交人的身份標識和權(quán)限，驗證通過后接受更改，建立新的內(nèi)容模型。新的內(nèi)容模型和權(quán)限模型，結(jié)合塊結(jié)構(gòu)（如圖6 所示）中的其他信息，將構(gòu)成新的塊，添加到區(qū)塊鏈，形成后續(xù)塊。依此步驟，逐步完成資源區(qū)塊鏈構(gòu)建。

本文提出在線學習資源區(qū)塊鏈原型實現(xiàn)基本步驟和基本做法。實現(xiàn)的資源區(qū)塊鏈應(yīng)該具備以下功能：①依據(jù)其中所存儲的信息，對于該區(qū)塊鏈具有訪問權(quán)限的所有各方都可以公開透明地監(jiān)控資源區(qū)塊鏈的具體演變過程，包括：所關(guān)聯(lián)管理的資源如何演變、新的內(nèi)容和權(quán)限如何添加，以及添加事務(wù)的發(fā)起者身份等；②除對資源來源進行識別外，資源區(qū)塊鏈背后的授權(quán)委托方案也變得可見。例如，當區(qū)塊鏈所有者委托授權(quán)創(chuàng)建許可給某個員工時，該過程可以被精確地跟蹤；③對于通過業(yè)務(wù)流程實現(xiàn)的添加到區(qū)塊鏈中的資源相關(guān)內(nèi)容，可以在不需要揭示相關(guān)BPMN 模型具體內(nèi)容的情況下對其進行驗證。只需計算相應(yīng)內(nèi)容部分的屬性哈希值，并與存儲在最近區(qū)塊的Merkle樹進行比較，即可驗證其存在。這就是區(qū)塊鏈中的零知識證明。

本文原型實現(xiàn)著重于業(yè)務(wù)流程創(chuàng)建、塊和區(qū)塊鏈的總體構(gòu)建、創(chuàng)建權(quán)限和相關(guān)權(quán)限的授權(quán)委托等主要功能實現(xiàn)，其他更多功能將在今后逐步添加實現(xiàn)。

4 區(qū)塊鏈對在線學習資源管理模式變革展望

區(qū)塊鏈依據(jù)訪問及管理權(quán)限可分為公有鏈、私有鏈、聯(lián)盟鏈（混合鏈）［14］。公有鏈是任何人都可讀取的，任何人都能發(fā)送交易且交易能獲得有效確認，其共識驗證過程是任何人都能參與其中，共識過程決定哪個區(qū)塊可以被添加到區(qū)塊鏈中并明確當前狀態(tài)。私有鏈的讀取和修改權(quán)限僅限于少數(shù)用戶，雖然說私有鏈背離了區(qū)塊鏈完全去中心化的初衷，但在某些不需要完全去中心化的應(yīng)用中，私有鏈的效率更高，即在滿足應(yīng)用要求的前提下，其實現(xiàn)速度比公有鏈快得多。聯(lián)盟鏈是指其共識過程受到預(yù)選節(jié)點控制的區(qū)塊鏈，可以看成是私有鏈的一種，只是私有程度不同，而且其權(quán)限設(shè)計要求比私有鏈更復雜［15］。

聯(lián)盟鏈比純粹的私有鏈更具可信度。例如，一個由多個機構(gòu)組成的聯(lián)盟，每個機構(gòu)都運行一個節(jié)點，規(guī)則規(guī)定每個區(qū)塊生效需要獲得其中半數(shù)以上機構(gòu)的確認。聯(lián)盟鏈或者允許任何人都可讀取，或者只受限于聯(lián)盟參與者，或走混合型路線。例如，區(qū)塊的根Hash 及其API（應(yīng)用程序接口）對外公開，API 可允許外界對區(qū)塊鏈狀態(tài)信息做有限次數(shù)的查詢和獲取。聯(lián)盟鏈可視為“部分去中心化”，所有加入的節(jié)點都在聯(lián)盟內(nèi)以有效或者有限的去中心化形式運行。

當前，隨著在線教育的蓬勃發(fā)展，眾多教學單位和專業(yè)資源開發(fā)機構(gòu)都著力于在線學習資源開發(fā)。為了避免重復建設(shè)所耗費的人力、物力，促進精品教育資源共建共享，各層面的在線資源聯(lián)盟應(yīng)運而生。其中，有政府機構(gòu)主導成立的，如國家精品課程資源中心主持建立的全國高校課程資源聯(lián)盟等；有主流在線教育服務(wù)機構(gòu)成立的，如奧鵬教育的MOOC 中國聯(lián)盟、網(wǎng)梯科技的百校千課共享聯(lián)盟和弘成教育的互聯(lián)時代教育資源共建共享聯(lián)盟等；有知名網(wǎng)站發(fā)起組織的，如中國教研網(wǎng)發(fā)起的全國“互聯(lián)網(wǎng)+教育教學”資源聯(lián)盟等；也有個人發(fā)起組織的，如中國網(wǎng)絡(luò)資源共享聯(lián)盟等。

在線資源聯(lián)盟通常是由一家或多家單位或個人發(fā)起，聯(lián)合國內(nèi)具有品牌影響力的資源研究部門、資源建設(shè)機構(gòu)和各類學校等教學、教研單位，共同組成的服務(wù)于學校教學和某一領(lǐng)域在線資源開發(fā)的優(yōu)質(zhì)資源共研、共建和開放共享的協(xié)作組織。在線資源聯(lián)盟的作用是，在統(tǒng)一的資源建設(shè)標準下，各聯(lián)盟成員分別提供各具特色的優(yōu)質(zhì)資源，大家在聯(lián)盟內(nèi)部可實現(xiàn)資源共享，即聯(lián)盟成員可以瀏覽和使用所有資源，取長補短。同時，聯(lián)盟在統(tǒng)一管理系統(tǒng)下，各成員負責對自己提供的資源進行維護和更新；還可以是，某一成員在獲得許可的前提下，憑借本方優(yōu)勢，對其他聯(lián)盟成員提供的資源進行更新和修正。非常明顯，聯(lián)盟鏈的模式很適合應(yīng)用于在線資源聯(lián)盟的資源管理。

5 結(jié)語

在充分研究和理解區(qū)塊鏈技術(shù)的概念、核心技術(shù)和工作原理基礎(chǔ)上，本文提出了資源區(qū)塊鏈的概念，將可以通過概念模型表達的知識的具體形式——在線學習資源，以一種不可變、防篡改的方式表達出來。本文討論了資源區(qū)塊鏈總體結(jié)構(gòu)、構(gòu)建要素和基本功能，在充分考慮并選擇建模實現(xiàn)環(huán)境的基礎(chǔ)上，給出一個企業(yè)或組織內(nèi)部在線學習資源區(qū)塊鏈的原型實現(xiàn)，討論其所具備的資源管理基本功能。在知識管理背景下，通過資源區(qū)塊鏈對在線學習資源管理模式可能帶來的變革進行初步探討。

本文研究還存在一些不足：例如，還沒有真正實現(xiàn)基于建模語言，并使用UUID 標識模型構(gòu)成元素的模型構(gòu)建實例化，當前本文僅假定使用的建模實現(xiàn)環(huán)境默認地處理了該問題；在ADOxx 平臺上的原型實現(xiàn)也僅包含了在挖掘過程中檢查塊一致性所需的規(guī)則，僅著力于構(gòu)建資源區(qū)塊鏈基本過程；完成的資源區(qū)塊鏈的原型實現(xiàn)是基于私有鏈類型，僅能滿足于一個企業(yè)或組織內(nèi)部的資源管理需求。

本文資源區(qū)塊鏈原型實現(xiàn)是基于單機版的私有鏈類型，僅適合單個組織內(nèi)部的資源管理應(yīng)用。下一步研究目標是如何在分布式環(huán)境下進行一個基于聯(lián)盟鏈類型的、共識過程受到預(yù)選節(jié)點控制的資源區(qū)塊鏈的原型實現(xiàn)，為逐漸興起的在線教育資源聯(lián)盟資源管理模式提供有效借鑒。