基于區(qū)塊鏈的高校數(shù)字化教育資源開放服務(wù)平臺構(gòu)建研究

李文鋒,李林勇，王 鑫，廖治凱

（1.郴州職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息中心，郴州 423000；2.湖南省直公積金中心信息中心，長沙 410083）

0 引言

隨著數(shù)字化時代的到來，大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、區(qū)塊鏈等新技術(shù)得到了大力發(fā)展與應(yīng)用，在教育信息化2.0背景下通過新興技術(shù)推動高校教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型成為趨勢［1］。教育部2022年工作中明確提出實施教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動，建設(shè)國家智慧教育公共服務(wù)平臺［2］。當(dāng)前，高校在推進教育數(shù)字化的過程中，面臨的困難和挑戰(zhàn)依然不少，主要難題是基礎(chǔ)服務(wù)框架不夠完善，缺乏應(yīng)用創(chuàng)新服務(wù)平臺，已有平臺開放程度不夠、資源質(zhì)量和版權(quán)難以保障［3］。如何應(yīng)用新興技術(shù)構(gòu)建開放、安全、可信的開放式教育資源新框架、新平臺，是高校教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型亟待解決的問題。區(qū)塊鏈技術(shù)具有去中心化、可追溯、信息不可篡改、公開透明等特點［4］。近些年，區(qū)塊鏈發(fā)展迅速，在教育領(lǐng)域的應(yīng)用也逐漸受到關(guān)注，并有了很大的進展。基于以上背景，本文研究將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用到高校數(shù)字化教育資源服務(wù)平臺的構(gòu)建中，構(gòu)建開放、安全、可信的數(shù)字化教育資源管理新框架。

1 數(shù)字化教育資源開放服務(wù)平臺建設(shè)現(xiàn)狀

近年來，隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展和我國高等院校數(shù)字化校園建設(shè)推進，高校數(shù)字教育資源平臺建設(shè)取得了一定的成效。但同時也面臨了諸多挑戰(zhàn)［5］，如平臺開放程度不高、資源版權(quán)保護弱、安全和資源質(zhì)量難以保障等。

1.1 開放程度不高

隨著大數(shù)據(jù)、數(shù)字化及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用普及，數(shù)字資源服務(wù)平臺的搭建在技術(shù)方面越來越成熟，為各類教育資源應(yīng)用平臺的發(fā)展提供了支撐。目前主流教育資源服務(wù)平臺有兩類，一類是各高校獨立建設(shè)的資源共享平臺；另一類是市場化的知識服務(wù)平臺，如知網(wǎng)、萬方、維普等。各高校建設(shè)的數(shù)字化平臺往往只對本校師生免費開放，外部人員無法使用。而市場化的知識服務(wù)平臺不免費開放給機構(gòu)和個人用戶，并且存在收費過高的問題。目前來看，這些平臺與平臺之間難以實現(xiàn)互聯(lián)互通，存在“資源孤島”，資源的開放程度都不高［6］。

1.2 資源版權(quán)確權(quán)難

數(shù)字化教育資源包含學(xué)術(shù)資源、教學(xué)資源、電子圖書資源等，這些資源往往需要大量時間去研究創(chuàng)作?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”大數(shù)據(jù)時代打破了傳統(tǒng)的時空、資源的限制以及部分?jǐn)?shù)字化資源的知識版權(quán)的認(rèn)定障礙［7］。在數(shù)字化資源版權(quán)難以得到保障，資源版權(quán)難以得到保護的情況下，創(chuàng)作者通常不愿意進行資源的主動分享；同時因為缺乏有效的版權(quán)溯源機制，一些平臺在沒有經(jīng)過創(chuàng)作者授權(quán)的前提下任意收錄甚至竊取其資源，創(chuàng)作者對自己資源的版權(quán)確權(quán)、維護存在較大難度。

1.3 安全性和質(zhì)量難以保障

在傳統(tǒng)的服務(wù)平臺中的資源大多是基于集中式的存儲，而采用集中式的資源存儲方式，資源的安全性難以保障，因為一旦平臺停止服務(wù)，整個資源可能丟失。同時，存儲資源的服務(wù)器還可能面臨網(wǎng)絡(luò)安全攻擊，導(dǎo)致資源破壞或者服務(wù)停止。此外，由于大量資源集中存儲在中心節(jié)點上，資源存在大量泄露的風(fēng)險。

作為數(shù)字化教育資源服務(wù)平臺，除了可靠的安全保障，最重要的是資源本身的質(zhì)量。使用者希望通過平臺來快速獲取更多優(yōu)質(zhì)的資源，但是，目前已有平臺資源的質(zhì)量不容樂觀，主要原因在于：對資源缺乏共識認(rèn)證和動態(tài)管理機制；各高校的教育資源分布不均，資源提供者和使用者之間缺乏有效的互動，存在“資源流轉(zhuǎn)不暢”。

2 區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建數(shù)字化資源服務(wù)平臺的優(yōu)勢

針對上述傳統(tǒng)高校數(shù)字教育資源平臺現(xiàn)狀及存在的問題，本文提出應(yīng)用新興區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建高校數(shù)字化教育資源開放服務(wù)平臺，并總結(jié)了區(qū)塊鏈主要技術(shù)特征，從技術(shù)層面分析了其獨特優(yōu)勢，尤其是分布式存儲技術(shù)、多方參與、共識信任、智能合約對促進高校數(shù)字化教育資源共建共用新生態(tài)建設(shè)具有重要意義。

2.1 區(qū)塊鏈概念

區(qū)塊鏈在狹義上是由多個區(qū)塊組成的鏈。廣義上講，區(qū)塊鏈?zhǔn)抢面準(zhǔn)綌?shù)據(jù)區(qū)塊結(jié)構(gòu)驗證和存儲數(shù)據(jù)，利用分布式的共識機制和算法集體生成和更新數(shù)據(jù)，利用密碼學(xué)保證數(shù)據(jù)的傳輸和使用安全，利用自動化腳本代碼（智能合約）來編程和操作數(shù)據(jù)的一種全新的去中心化的基礎(chǔ)架構(gòu)［8］。

2.2 區(qū)塊鏈的主要技術(shù)特征

區(qū)塊鏈?zhǔn)欠植际酱鎯夹g(shù)、P2P網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、共識算法、非對稱加密算法、智能合約等信息技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)時代的創(chuàng)新應(yīng)用模式［9］。區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)由所有節(jié)點共同維護，每個參與維護節(jié)點都能復(fù)制獲得一份完整記錄的拷貝，可以實現(xiàn)在沒有中央權(quán)威機構(gòu)的弱信任環(huán)境下，分布式地建立一套信任機制，保障系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)公開透明、可溯源和難以被非法篡改。區(qū)塊鏈具有去中心化、開放性、信息不可篡改、可追溯和集體維護等特性［9］?；谶@些技術(shù)特征，為構(gòu)建數(shù)字化教育資源開放服務(wù)平臺提供了新思路。

2.2.1 分布式賬本技術(shù)

將數(shù)據(jù)分散存儲到多個地方的數(shù)據(jù)儲存技術(shù)，存儲的數(shù)據(jù)可在多個參與者之間共享，并共同參與記錄數(shù)據(jù)。通過分布式存儲技術(shù)可以實現(xiàn)每個區(qū)塊都是一個獨立的存儲節(jié)點，實現(xiàn)資源去中心化和資源的點對點傳播。

2.2.2 共識機制

區(qū)塊鏈作為一種分布式系統(tǒng)，沒有中央權(quán)威，需通過一種決策機制來促成參與者達成一致，共識機制主要起到了數(shù)據(jù)的維護作用。資源需要平臺用戶達成共識才能上鏈，從而保證了數(shù)據(jù)資源的優(yōu)勝劣汰。

2.2.3 非對稱加密技術(shù)

區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，應(yīng)用了多種多樣的加密技術(shù)，包括哈希算法、公鑰私鑰、數(shù)字簽名等，以此來保證整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全，并且證明了數(shù)據(jù)的歸屬。

2.2.4 時間戳技術(shù)

區(qū)塊鏈中的時間戳是將某一時間內(nèi)發(fā)生的所有事件在區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫中進行唯一的、不可更改的記錄。利用時間戳在用戶創(chuàng)建資源、發(fā)布資源、交易資源時加蓋時間戳保存在鏈上，從而實現(xiàn)資源操作行為的可追溯，確保資源版權(quán)信息和交易行為的不可篡改。

2.2.5 智能合約

由事件驅(qū)動的、具有狀態(tài)的、運行在可復(fù)制的共享區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)賬本上的一段計算機代碼程序。該程序代碼是現(xiàn)實世界中合約和規(guī)則的算法實現(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)主動或被動的數(shù)據(jù)處理，控制和管理各類鏈上數(shù)據(jù)資產(chǎn)等功能［10］。利用智能合約、共識機制和虛擬幣可以在沒有第三方權(quán)威機構(gòu)的情況下實現(xiàn)資源的自動審核認(rèn)證、交易流轉(zhuǎn)，從而促進資源的創(chuàng)作和分享。

2.3 區(qū)塊鏈對構(gòu)建數(shù)字化資源服務(wù)平臺的優(yōu)勢

區(qū)塊鏈技術(shù)的特性為解決目前教育資源服務(wù)平臺存在的一系列問題，構(gòu)建開放、安全、可信的數(shù)字化教育資源服務(wù)平臺提供了獨有優(yōu)勢。

2.3.1 加強資源版權(quán)確權(quán)和保護

應(yīng)用區(qū)塊鏈的非對稱加密技術(shù)、時間戳技術(shù)實現(xiàn)對資源版權(quán)的保護，具有高安全性與可靠性。平臺上任何資源的上傳信息、審核信息、發(fā)布信息等相關(guān)信息都全程留痕可追溯，從根本上保障版權(quán)歸屬和版權(quán)保護。資源的版權(quán)信息和交易信息，包括資源創(chuàng)作者、創(chuàng)作時間、資源類型、交易記錄都存儲在區(qū)塊鏈上，可隨時被追蹤和查詢，并被有效證明。

2.3.2 解決“資源孤島”問題

利用區(qū)塊鏈的分布式賬本技術(shù)、P2P技術(shù)和智能合約技術(shù)，不同的平臺通過區(qū)塊鏈接口及智能合約，進行資源調(diào)用與獲取。針對同一平臺不同的區(qū)塊中分散的數(shù)字化資源，用戶可通過點對點的網(wǎng)絡(luò)傳播方式基于授權(quán)管理［11］、智能合約直接進行資源共享和交易，既有利于提高資源創(chuàng)作和流轉(zhuǎn)效率，又能解決“資源孤島”問題。

2.3.3 提高資源質(zhì)量和安全保障

應(yīng)用區(qū)塊鏈的智能合約與共識機制完成數(shù)字化資源審核認(rèn)證。資源上傳后的加密、審核均由區(qū)塊鏈底層的非對稱加密、智能合約技術(shù)自動完成，整個過程公開、留痕、不可篡改，審核通過后再由各節(jié)點上的用戶通過共識機制認(rèn)證資源的質(zhì)量后發(fā)布到各節(jié)點?；趨^(qū)塊鏈技術(shù)的資源審核認(rèn)證機制可以有效提升資源質(zhì)量和安全保障。

3 應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建數(shù)字化資源服務(wù)平臺

區(qū)塊鏈技術(shù)的特性為解決目前教育資源服務(wù)平臺存在的一系列問題，構(gòu)建開放、安全、可信的數(shù)字化教育資源服務(wù)平臺提供了獨有優(yōu)勢。

3.1 基于區(qū)塊鏈的數(shù)字化教育資源服務(wù)框架

根據(jù)區(qū)塊鏈賬本的公開程度，區(qū)塊可以分為私有鏈、聯(lián)盟鏈和公有鏈三種表現(xiàn)形式［12］。高校數(shù)字化資源服務(wù)平臺的服務(wù)主體是各高校師生，因此，數(shù)字化資源的構(gòu)建需要各高校院系及高校師生等形成聯(lián)盟，共同參與維護數(shù)字化資源服務(wù)平臺。根據(jù)區(qū)塊鏈原理，每個高校內(nèi)部各院系建立私有鏈，高校每個院系或者師生可以作為區(qū)塊鏈一個節(jié)點。高校各院系師生負(fù)責(zé)數(shù)字化資源上鏈審核。高校與高校之間通過對校園網(wǎng)絡(luò)改造來搭建高速點對點的分布式區(qū)塊鏈平臺協(xié)議，進行網(wǎng)絡(luò)互連建立聯(lián)盟區(qū)塊鏈，每個高校作為一個節(jié)點可以加入到資源服務(wù)平臺的創(chuàng)建和使用中。平臺總體框架如圖1所示。

每個節(jié)點的主體可以是高校教師、高校學(xué)生。高校師生上傳到平臺的數(shù)字化資源通過區(qū)塊鏈智能合約、共識機制等底層技術(shù)實現(xiàn)資源自動審核、認(rèn)證、上鏈，具體流程如圖2所示。

各高校院系的認(rèn)證用戶（高校師生）通過高校聯(lián)盟區(qū)塊鏈中的“每個高校的私有鏈”將其創(chuàng)作的數(shù)字化教育資源按照一定格式上傳到服務(wù)平臺，進行資源加密后存儲到區(qū)塊，利用智能合約完成自動審核后將資源傳播給所有節(jié)點，有資源認(rèn)證權(quán)限的人員對資源進行認(rèn)證，按照共識算法認(rèn)證通過后應(yīng)用智能合約機制生成證明，并將資源信息進行數(shù)字簽名，加蓋時間戳確權(quán)后再發(fā)布到區(qū)塊鏈上流通。

3.2 基于區(qū)塊鏈的數(shù)字化教育資源服務(wù)平臺功能設(shè)計

數(shù)字化教育資源開放服務(wù)平臺是以區(qū)塊鏈的分布式賬本、共識機制、非對稱加密技術(shù)、智能合約等底層技術(shù)建設(shè)的去中心化的開放式服務(wù)平臺，如圖3所示，由用戶層、應(yīng)用層和區(qū)塊層構(gòu)成。

本文數(shù)字化教育資源開放服務(wù)平臺應(yīng)用層有平臺用戶管理、資源發(fā)布管理、資源交易管理、運營管理、平臺接口管理五大功能。

3.2.1 平臺用戶管理

運用區(qū)塊鏈的非對稱加密算法、留痕可追溯等技術(shù)構(gòu)建平臺的用戶管理功能，實現(xiàn)對數(shù)字化資源服務(wù)平臺使用者的身份、操作權(quán)限管理，對用戶發(fā)布、下載、訪問數(shù)字化資源的行為進行管理。

（1）用戶權(quán)限管理：平臺的主要用戶為資源創(chuàng)作和使用者，高校平臺管理員通過權(quán)限管理實現(xiàn)對這些用戶身份合法性認(rèn)證，確保平臺使用主體的安全性，對合法性的用戶賦予相應(yīng)資源的上傳、發(fā)布、下載、查閱等權(quán)限。高校平臺管理員具有身份管理和版權(quán)服務(wù)管理功能，高校教師和學(xué)生具有資源發(fā)布、獲取、授權(quán)查閱等資源交易功能。

（2）用戶行為管理：對高校師生認(rèn)證用戶通過平臺進行資源創(chuàng)建發(fā)布、資源下載、資源查閱、資源撤回等行為進行記錄。對用戶的所有行為加蓋時間戳來實現(xiàn)數(shù)字化資源的版權(quán)保護、資源交易留痕和可追溯，并利用區(qū)塊鏈分布式賬本技術(shù)將用戶行為等實時發(fā)生的事件按順序記錄下來，并分散存儲在區(qū)塊鏈節(jié)點，實現(xiàn)資源交易的不可篡改。

（3）資源檢索：提供高校師生用戶資源檢索功能，對平臺上資源的上傳、下載、查閱等交易查詢，方便各類型用戶進行資源獲取及查看資源學(xué)習(xí)記錄。

3.2.2 資源發(fā)布管理

運用區(qū)塊鏈的共識算法、智能合約、激勵機制等技術(shù)構(gòu)建平臺資源發(fā)布管理，用戶將自己創(chuàng)作的數(shù)字化資源上傳到平臺，上傳后通過共識機制來完成對資源自動審核、資源認(rèn)證，從而篩選出優(yōu)質(zhì)資源發(fā)布，通過智能合約和激勵機制根據(jù)用戶發(fā)布資源情況和創(chuàng)作資源的查閱下載量來給予相應(yīng)數(shù)字資產(chǎn)（虛擬幣等），從而激勵用戶維持資源創(chuàng)作、審核、發(fā)布等活動。

（1）資源上傳審核：資源創(chuàng)作者將資源上傳區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，平臺生成哈希值，然后用戶按照一定的格式填寫資源名稱、資源描述、資源查閱所需數(shù)字虛擬幣，平臺自動對用戶上傳進行初步審核，推送至相關(guān)用戶進行資源認(rèn)證。

（2）資源共識認(rèn)證：利用區(qū)塊鏈技術(shù)的共識機制原理，對上傳后平臺自動審核通過的數(shù)字化資源，由平臺有資格參與資源認(rèn)證的用戶進行資源認(rèn)證，超過51%用戶認(rèn)證通過后，資源才被允許發(fā)布到鏈上。

（3）資源發(fā)布上鏈：資源審核、認(rèn)證通過后，平臺會自動調(diào)用區(qū)塊鏈智能合約方法將用戶上傳的資源發(fā)布，并將資源相關(guān)信息打包成區(qū)塊上鏈存儲，用戶獲得相應(yīng)的資源版權(quán)證明。

3.2.3 資源交易管理

應(yīng)用區(qū)塊鏈的分布式賬本技術(shù)和智能合約技術(shù)來實現(xiàn)資源的購買、資源分享、資源下載等交易，并對所有資源交易上鏈留痕。用戶通過資源檢索功能查詢到所需的數(shù)字化資源，在支付資源的所需虛擬幣數(shù)量后可以查閱和下載資源，同時也可以通過點對點的方式向資源的創(chuàng)作者或版權(quán)歸屬人發(fā)起資源獲取的請求，資源的創(chuàng)作者或版權(quán)歸屬人可以授權(quán)特定的人查看自己的資源。

3.2.4 運營管理

運用區(qū)塊鏈可追溯、智能合約技術(shù)來實現(xiàn)對資源使用的授權(quán)管理、資源流轉(zhuǎn)監(jiān)控、虛擬幣管理、版權(quán)管理。通過資源的免費授權(quán)使用來促進資源的開放，擴大資源的流轉(zhuǎn)，應(yīng)用區(qū)塊鏈的智能合約技術(shù)構(gòu)建資源流轉(zhuǎn)監(jiān)控體系，自動監(jiān)控平臺中資源的使用下載等流轉(zhuǎn)，從而評價資源的質(zhì)量。應(yīng)用區(qū)塊鏈的可追溯性以及非對稱加密算法技術(shù)來加強資源的版權(quán)保護，包括資源版權(quán)信息的追蹤、查詢和鑒定。同時引入市場化的虛擬幣管理，激勵平臺用戶積極參與資源的創(chuàng)建、分享并從中獲取相應(yīng)的數(shù)字化資產(chǎn)。

3.2.5 接口管理

平臺是以各高校為節(jié)點建立的聯(lián)盟，每所高校都存儲了整個高校生成的數(shù)字化資源庫的區(qū)塊鏈。作為開放式的資源服務(wù)平臺，平臺允許非高校的一些第三方機構(gòu)、學(xué)習(xí)人員等作為節(jié)點加入到數(shù)字化資源服務(wù)平臺中來。第三方用戶基于高校VPN專用網(wǎng)絡(luò)和統(tǒng)一開放的API接入平臺，提供區(qū)塊鏈準(zhǔn)入審核及數(shù)據(jù)的調(diào)用與訪問權(quán)限授權(quán)等管理。

4 結(jié)語

區(qū)塊鏈技術(shù)的快速發(fā)展和教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的機遇，加速了區(qū)塊鏈技術(shù)在教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型中的創(chuàng)新應(yīng)用，為高校教育教學(xué)服務(wù)體系的構(gòu)建提供了新的技術(shù)基礎(chǔ)。本文應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)和數(shù)字化理念構(gòu)建高校數(shù)字化教育資源開放服務(wù)平臺，解決目前存在的開放式數(shù)字化資源平臺少，高?，F(xiàn)有平臺存在“資源孤島”，數(shù)字化資源質(zhì)量難以保障，資源版權(quán)難以確權(quán)等方面存在的諸多問題。當(dāng)然，目前基于區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建的數(shù)字化資源服務(wù)平臺仍面臨一些挑戰(zhàn)，如平臺推廣、大文件存儲效率問題等。為此，基于區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建的高校數(shù)字化教育資源服務(wù)平臺還需在實踐中不斷優(yōu)化和深入研究，從而通過推進新信息技術(shù)與數(shù)字化教育的深度融合，促進高校數(shù)字化資源應(yīng)用新模式的發(fā)展，打造更加開放、平等、可持續(xù)的教育新生態(tài)。