區(qū)塊鏈在高校教務(wù)管理中的應(yīng)用研究

田釗 王超 趙軍

摘 要：教務(wù)管理是高校人才培養(yǎng)過(guò)程的重要環(huán)節(jié)，教務(wù)管理信息化為教育工作起到了極大的推動(dòng)作用。隨著數(shù)據(jù)和用戶的不斷增多，高校教務(wù)管理存在數(shù)據(jù)信息易被篡改、資源共享不夠全面、用戶信息可能會(huì)被泄露、教學(xué)人力物力浪費(fèi)、存儲(chǔ)安全防護(hù)性能較低、知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)欠缺等問(wèn)題。本研究將區(qū)塊鏈技術(shù)引入其中，提出高校教務(wù)管理數(shù)據(jù)共識(shí)機(jī)制及共享模型，構(gòu)建基于區(qū)塊鏈的高校教務(wù)管理一體化平臺(tái)，在保證高效完成教務(wù)管理工作的基礎(chǔ)上，能夠確保教務(wù)管理過(guò)程中數(shù)據(jù)的安全可靠和全面共享，最終為實(shí)現(xiàn)智慧校園提供重要支撐。

關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈;教務(wù)管理;數(shù)據(jù)安全

區(qū)塊鏈技術(shù)在產(chǎn)業(yè)變革和科技研發(fā)中起到了重要的作用，并不斷延伸到數(shù)字金融、智能制造、智慧醫(yī)療等多個(gè)領(lǐng)域。2020年，教育部印發(fā)了《高等學(xué)校區(qū)塊鏈技術(shù)創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》，提及落實(shí)區(qū)塊鏈在教育重大戰(zhàn)略中的任務(wù)安排，探索區(qū)塊鏈在高校人才培養(yǎng)、教師授課認(rèn)定等方面的應(yīng)用。借助區(qū)塊鏈技術(shù)，不斷加快智慧校園的前進(jìn)步伐，可以更好地推動(dòng)教育事業(yè)的發(fā)展。

區(qū)塊鏈技術(shù)是把加密數(shù)據(jù)以區(qū)塊的形式按照時(shí)間順序進(jìn)行鏈?zhǔn)竭B接而形成的永久且不可修改的消息記錄。從某種意義上講，我們可以將區(qū)塊鏈技術(shù)看成一種新的可靠的信息傳遞技術(shù)，也可以將其看成一種新的數(shù)據(jù)分布式存儲(chǔ)技術(shù)。區(qū)塊鏈中各節(jié)點(diǎn)利用分布式共識(shí)機(jī)制自主形成一致的決策，不需要中心協(xié)調(diào)和監(jiān)管機(jī)構(gòu)，具有去中心化、防篡改、安全等特點(diǎn)。

教務(wù)管理是高校業(yè)務(wù)工作的重要內(nèi)容。隨著信息化的發(fā)展，我國(guó)已形成較成熟的高校教務(wù)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)用戶繁多，關(guān)系復(fù)雜，層級(jí)較多，主要功能包括培養(yǎng)方案提出、授課計(jì)劃部署、教學(xué)任務(wù)制定、排課選課管理、考試考場(chǎng)安排、成績(jī)管理、畢業(yè)離校審核、學(xué)籍學(xué)位管理、教工學(xué)生管理等，服務(wù)于學(xué)生、一線教師、教務(wù)管理人員，能夠公開(kāi)教學(xué)資源，發(fā)布教學(xué)通知，保障教學(xué)運(yùn)行。

將區(qū)塊鏈技術(shù)引入高校教務(wù)管理，能夠與高校師生管理、學(xué)生升學(xué)就業(yè)管理、教學(xué)資源共享、績(jī)效獎(jiǎng)勵(lì)評(píng)價(jià)等多方面進(jìn)行深度融合，對(duì)高校教務(wù)管理的高效穩(wěn)定發(fā)展具有重要的推動(dòng)意義。2017年，歐盟發(fā)布了《教育中的區(qū)塊鏈》，介紹了區(qū)塊鏈技術(shù)在教育應(yīng)用中的一些基本原則及基于區(qū)塊鏈技術(shù)開(kāi)發(fā)和落地的各種應(yīng)用方案。當(dāng)前，我國(guó)教育部明確提出要積極探索基于區(qū)塊鏈技術(shù)的智能學(xué)習(xí)成效記錄、成果認(rèn)證、轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化等方案。構(gòu)建基于區(qū)塊鏈的高校教務(wù)管理一體化平臺(tái)，能夠確保教務(wù)管理過(guò)程中數(shù)據(jù)的安全可靠和全面共享，不斷提高高校教務(wù)管理水平，為高校的人才培養(yǎng)過(guò)程提供一種新的管理方式。

一、高校教務(wù)管理中存在的問(wèn)題

我國(guó)高校教務(wù)管理信息化水平越來(lái)越高，已能滿足學(xué)生和教師的大部分需求，不僅有效提高了教學(xué)效率及效果，也較大幅度地提升了學(xué)校整體的管理水平。目前，大部分教務(wù)工作都是以線上半自動(dòng)和線下全人工相結(jié)合的方式完成的，如教師對(duì)學(xué)生期末成績(jī)?cè)u(píng)定的工作。教師在獲取學(xué)生期末考試試卷后，通過(guò)線下試卷批改給出學(xué)生的期末試卷成績(jī)，疊加學(xué)生線下的平時(shí)成績(jī)，登錄教務(wù)管理系統(tǒng)對(duì)學(xué)生的成績(jī)進(jìn)行錄入，線上生成學(xué)生期末成績(jī)單，教師打印后線下簽字提交給院系教務(wù)管理部門，負(fù)責(zé)教務(wù)管理工作的教師對(duì)成績(jī)單進(jìn)行線上線下審核，確認(rèn)無(wú)誤后提交給學(xué)校教務(wù)處審批并存檔，整個(gè)過(guò)程線下線上相結(jié)合完成。由于線下審批流程較多，涉及人員較多，如果成績(jī)出現(xiàn)問(wèn)題很難進(jìn)行人員責(zé)任認(rèn)定，也存在效率低下和人力物力浪費(fèi)的問(wèn)題。

目前高校教務(wù)管理系統(tǒng)存在的問(wèn)題主要包括以下幾個(gè)方面。

第一，數(shù)據(jù)信息易被篡改。教務(wù)管理系統(tǒng)存在較多的線下審批流程，容易出現(xiàn)部分?jǐn)?shù)據(jù)信息被篡改的問(wèn)題，無(wú)法保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性和一致性。

第二，資源共享不夠全面。高校中各院系一般都有各自的教學(xué)資源服務(wù)器，而這些教學(xué)資源一般較少被其他院系的師生知曉，使得教學(xué)資源不能有效共享，從而使得寶貴資源的真正價(jià)值不能有效發(fā)揮。

第三，用戶信息可能會(huì)被泄漏。學(xué)生和教師的個(gè)人信息一般以明文的方式存儲(chǔ)在中心服務(wù)器或分布式服務(wù)器中，如果服務(wù)器遭到惡意攻擊，會(huì)造成大量信息泄露。

第四，教學(xué)人力物力浪費(fèi)。當(dāng)前教務(wù)管理過(guò)程中存在較多的線下工作，在業(yè)務(wù)對(duì)接的過(guò)程中可能因?yàn)闇贤ú粫常斐蓴?shù)據(jù)不斷修改和完善，造成人力物力的嚴(yán)重浪費(fèi)。

第五，存儲(chǔ)安全防護(hù)性能較低。很多高校的教務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)都是中心式存儲(chǔ)方案，網(wǎng)絡(luò)意外或惡意攻擊有可能造成教務(wù)系統(tǒng)癱瘓。

第六，知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)欠缺。高校教務(wù)系統(tǒng)中存在大量教師的教學(xué)大綱和授課內(nèi)容等具有版權(quán)的資源，如果沒(méi)有資源版權(quán)的認(rèn)定，可能造成教師的資源被盜用和濫用，最終影響教師高質(zhì)量教學(xué)資源的共享，造成教學(xué)資源的浪費(fèi)。

二、高校教務(wù)管理數(shù)據(jù)共識(shí)機(jī)制及共享模型

區(qū)塊鏈作為分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的代表，采用特有的共識(shí)機(jī)制協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)保持一致。將院系、教務(wù)處和教師等以節(jié)點(diǎn)的形式加入?yún)^(qū)塊鏈，網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)都有參與記錄教務(wù)管理數(shù)據(jù)的權(quán)利，通過(guò)共識(shí)機(jī)制選擇符合條件的節(jié)點(diǎn)作為出塊節(jié)點(diǎn)，出塊節(jié)點(diǎn)將需要記錄的教務(wù)管理數(shù)據(jù)打包成區(qū)塊并發(fā)送至其他節(jié)點(diǎn)，所有節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己持有的數(shù)據(jù)對(duì)區(qū)塊中的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證通過(guò)的區(qū)塊被節(jié)點(diǎn)各自存儲(chǔ)一份，保證每個(gè)節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)的教務(wù)管理數(shù)據(jù)都是最新且相同的，共識(shí)完成的區(qū)塊被鏈接在教務(wù)管理區(qū)塊鏈上。

共享模型將高校教務(wù)管理與區(qū)塊鏈相結(jié)合，利用區(qū)塊鏈的去中心化特性對(duì)高校教務(wù)管理數(shù)據(jù)進(jìn)行分布式存儲(chǔ)，并利用智能合約技術(shù)將繁雜的教務(wù)管理工作轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行的代碼，簡(jiǎn)化教務(wù)管理過(guò)程，其主要功能包括數(shù)據(jù)安全存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)處理等。在共享模型中，數(shù)據(jù)上傳的過(guò)程是由教師節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)發(fā)送給院系、教務(wù)處進(jìn)行審核，審核通過(guò)后利用加密技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)的隱私部分進(jìn)行加密并提交到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)共識(shí)機(jī)制，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈中并被所有節(jié)點(diǎn)知道。例如，統(tǒng)計(jì)學(xué)生個(gè)人信息時(shí)，學(xué)生的信息數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)院系審核后擬上傳至區(qū)塊鏈，由于信息包含了身份證、家庭住址等隱私，要對(duì)這些隱私字段進(jìn)行加密后才能提交到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中。查詢區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)時(shí)，一些公開(kāi)的數(shù)據(jù)可直接在網(wǎng)絡(luò)中查詢，而一些被節(jié)點(diǎn)加密、比較私密的數(shù)據(jù)，需要向相應(yīng)節(jié)點(diǎn)申請(qǐng)權(quán)限，得到授權(quán)后才能進(jìn)行查詢。再如，教師個(gè)人教案屬于私人數(shù)據(jù)，當(dāng)其他教師想要查詢某個(gè)教師的個(gè)人教案時(shí)，需要向該教師節(jié)點(diǎn)申請(qǐng)?jiān)L問(wèn)權(quán)限，獲得授權(quán)后才能對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行查詢。經(jīng)各院系協(xié)商后，共享模型將一些常見(jiàn)的業(yè)務(wù)處理流程轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的智能合約代碼，當(dāng)數(shù)據(jù)被提交到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中時(shí)觸發(fā)某種條件，便會(huì)自動(dòng)執(zhí)行對(duì)數(shù)據(jù)的操作，以此代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工操作。例如，計(jì)算學(xué)生期末成績(jī)時(shí)，只需提交學(xué)生的期末考核成績(jī)和學(xué)生平時(shí)成績(jī)到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，觸發(fā)相應(yīng)條件后自動(dòng)執(zhí)行智能合約，智能合約會(huì)根據(jù)成績(jī)占比將兩種成績(jī)相加計(jì)算出學(xué)生的最終成績(jī)。

三、基于區(qū)塊鏈的高校教務(wù)管理一體化平臺(tái)

基于區(qū)塊鏈的高校教務(wù)管理一體化平臺(tái)采用Hyperledger Fabric作為區(qū)塊鏈底層，以聯(lián)盟鏈作為區(qū)塊鏈形式，參與主體包括系統(tǒng)管理員、院系教務(wù)管理部門、教務(wù)處、教師等。系統(tǒng)管理員是系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)人員和維護(hù)人員，主要負(fù)責(zé)常規(guī)的環(huán)境配置、智能合約部署、軟件更新等系統(tǒng)維護(hù)工作，不被允許訪問(wèn)用戶隱私數(shù)據(jù);院系教務(wù)管理部門、教務(wù)處負(fù)責(zé)對(duì)教務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和管理，作為全節(jié)點(diǎn)接入?yún)^(qū)塊鏈，具備數(shù)據(jù)讀取權(quán)限、數(shù)據(jù)寫入權(quán)限、授權(quán)權(quán)限;每位教師都是一個(gè)教師節(jié)點(diǎn)，教師節(jié)點(diǎn)通常作為數(shù)據(jù)的源頭，具備提供數(shù)據(jù)和讀取數(shù)據(jù)權(quán)限、授權(quán)權(quán)限。

在平臺(tái)中，對(duì)于學(xué)生信息、學(xué)生成績(jī)、教師教學(xué)安排等需要經(jīng)過(guò)學(xué)校審核才能公開(kāi)的教務(wù)數(shù)據(jù)，教師節(jié)點(diǎn)將其通過(guò)平臺(tái)提交到院系教務(wù)管理部門或教務(wù)處，院系教務(wù)管理部門或教務(wù)處審核數(shù)據(jù)是否合規(guī)，審核通過(guò)就可以提交到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中。對(duì)于教師個(gè)人教案、教師個(gè)人教學(xué)方法等可以由教師節(jié)點(diǎn)自行處理的教務(wù)數(shù)據(jù)，教師節(jié)點(diǎn)可以選擇以加密或不加密的方式將這些數(shù)據(jù)提交到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中。其他教師節(jié)點(diǎn)可以在平臺(tái)上隨時(shí)查詢區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中公開(kāi)的數(shù)據(jù)，當(dāng)需要查詢某位教師的個(gè)人教案時(shí)，需要得到該教師的授權(quán)。教師節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)授權(quán)決定誰(shuí)有訪問(wèn)自己個(gè)人教案等私人數(shù)據(jù)的權(quán)利。對(duì)于一些原始數(shù)據(jù)，需要被計(jì)算整理后才能公布。例如，已經(jīng)得到學(xué)生期末考核成績(jī)和學(xué)生平時(shí)成績(jī)，需要按比例計(jì)算得到學(xué)生的最終成績(jī)，平臺(tái)將成績(jī)計(jì)算過(guò)程轉(zhuǎn)換為智能合約代碼部署在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，一旦有能夠觸發(fā)計(jì)算的事件發(fā)生，智能合約就會(huì)自動(dòng)執(zhí)行，完成學(xué)生最終成績(jī)計(jì)算，其間不需要人為參與。

基于區(qū)塊鏈的高校教務(wù)管理一體化平臺(tái)具有以下特點(diǎn)：

第一，保證教務(wù)數(shù)據(jù)的安全性、不可篡改性。教務(wù)管理數(shù)據(jù)由所有節(jié)點(diǎn)共同維護(hù)，平臺(tái)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都存有區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)，保證了教務(wù)數(shù)據(jù)的安全。教務(wù)數(shù)據(jù)的變化都被記錄并公開(kāi)，保證了數(shù)據(jù)的不可篡改性。

第二，保證教務(wù)資源得以有效共享和充分利用。教師將自己的教育資源數(shù)據(jù)公開(kāi)分享至網(wǎng)絡(luò)中，其他用戶可以對(duì)區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，實(shí)現(xiàn)教育資源互通，消除了院系與院系之間的界限，使優(yōu)秀的教學(xué)資源被所有人知曉。

第三，保證節(jié)點(diǎn)的匿名性，防止被攻擊，保護(hù)隱私信息。所有節(jié)點(diǎn)均使用公鑰地址與區(qū)塊鏈交互，彼此的真實(shí)身份無(wú)法探知。節(jié)點(diǎn)擁有很強(qiáng)的匿名性，使得通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)特定節(jié)點(diǎn)進(jìn)行攻擊的難度增大。節(jié)點(diǎn)通過(guò)私鑰對(duì)涉及隱私的信息進(jìn)行加密，其他節(jié)點(diǎn)無(wú)法獲知經(jīng)過(guò)該節(jié)點(diǎn)私鑰加密過(guò)的內(nèi)容，從而可以保護(hù)教務(wù)數(shù)據(jù)中用戶信息的隱私。

第四，簡(jiǎn)化教務(wù)管理過(guò)程中的工作流程，減少資源浪費(fèi)。院系、教務(wù)處和教師等通過(guò)協(xié)商制定智能合約，將繁雜的教務(wù)管理工作形成可執(zhí)行的合約代碼部署在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)事件觸發(fā)的形式自動(dòng)執(zhí)行。執(zhí)行過(guò)程不需要人員參與，減少了人力物力的消耗，也避免了因?yàn)闇贤ú粫硨?dǎo)致的操作不統(tǒng)一和數(shù)據(jù)頻繁被修改。

第五，保護(hù)教育資源的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。區(qū)塊的時(shí)間戳既保證了區(qū)塊的順序，也為每一筆交易數(shù)據(jù)提供了獨(dú)一無(wú)二的身份證明。這種鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)和時(shí)間戳屬性，使得教師教學(xué)資源很容易查找和認(rèn)證，極大保護(hù)了教師教學(xué)資源的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

下面以高校教務(wù)管理一體化平臺(tái)中教師對(duì)學(xué)生期末成績(jī)?cè)u(píng)定的業(yè)務(wù)為例，來(lái)說(shuō)明教務(wù)數(shù)據(jù)信息的無(wú)法篡改和管理高效等特點(diǎn)。

第一步：教師登錄高校教務(wù)管理一體化平臺(tái)，將各科期末試卷成績(jī)和學(xué)生本學(xué)期的平時(shí)成績(jī)錄入平臺(tái)中，并使用私鑰對(duì)錄入的數(shù)據(jù)進(jìn)行簽名，成績(jī)錄入完成后觸發(fā)部署在區(qū)塊鏈上的智能合約，合約執(zhí)行將期末試卷成績(jī)疊加學(xué)生本學(xué)期平時(shí)成績(jī)計(jì)算出學(xué)生最終成績(jī)，生成學(xué)生期末成績(jī)單。第二步：院系教務(wù)管理部門通過(guò)高校教務(wù)管理一體化平臺(tái)獲取學(xué)生成績(jī)單，教務(wù)管理教師對(duì)成績(jī)單進(jìn)行審核，確認(rèn)無(wú)誤后將審核通過(guò)的成績(jī)單使用私鑰進(jìn)行簽名并發(fā)送到平臺(tái)中。第三步：學(xué)校教務(wù)處通過(guò)高校教務(wù)管理一體化平臺(tái)獲取教務(wù)管理教師審核通過(guò)的學(xué)生成績(jī)單并進(jìn)行審批，審批完成后通過(guò)私鑰簽名公布至平臺(tái)。

以上過(guò)程包括數(shù)據(jù)共識(shí)、身份認(rèn)證、智能合約自動(dòng)執(zhí)行等。具體來(lái)說(shuō)，利用加密技術(shù)對(duì)學(xué)生成績(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，有效保護(hù)數(shù)據(jù)隱私;在區(qū)塊鏈中對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行簽名，便于進(jìn)行數(shù)據(jù)認(rèn)證操作;通過(guò)觸發(fā)條件執(zhí)行智能合約計(jì)算學(xué)生成績(jī)，簡(jiǎn)化教師操作。整個(gè)成績(jī)?cè)u(píng)定過(guò)程（包括數(shù)據(jù)上傳、成績(jī)計(jì)算、成績(jī)單審核和審批等驗(yàn)證傳輸操作）都在區(qū)塊鏈上通過(guò)節(jié)點(diǎn)來(lái)完成，保證數(shù)據(jù)不會(huì)被篡改，也可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確的追溯。

區(qū)塊鏈作為一種新興的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，因其去中心化、安全、可靠的優(yōu)勢(shì)與高校教務(wù)管理需求相匹配，為高校的教務(wù)管理模式改革提供了技術(shù)更新的新契機(jī)。課題組將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用到高校教務(wù)管理系統(tǒng)，提出基于區(qū)塊鏈的高校教務(wù)管理一體化平臺(tái)構(gòu)建，并通過(guò)學(xué)生期末成績(jī)?cè)u(píng)定工作分析了一體化平臺(tái)的具體流程和優(yōu)勢(shì)，從而有效解決當(dāng)前教務(wù)管理系統(tǒng)存在的一些問(wèn)題。

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責(zé)編：瀚 海