融合教育可信身份的電子學(xué)生證方案研究

摘要：本文將針對(duì)家校溝通及信息安全問(wèn)題，提出融合教育可信身份的電子學(xué)生證方案研究，旨在解決學(xué)生智能定位、校內(nèi)通話、身份認(rèn)證等校園生活難題，以提高智慧校園的信息化水平。

關(guān)鍵詞：電子學(xué)生證；可信身份；教育信息化；智能學(xué)生卡

2021年，教育部辦公廳印發(fā)《關(guān)于加強(qiáng)中小學(xué)生手機(jī)管理工作的通知》，要求中小學(xué)生原則上不得將個(gè)人手機(jī)帶入校園，并提出探索使用具備通話功能的電子學(xué)生證。然而，電子學(xué)生證的發(fā)展涉及復(fù)雜的信息技術(shù)，存在個(gè)人信息泄露、偽造、篡改等安全隱患，如果不注重可信身份體系的建設(shè)，則會(huì)影響校園信息化發(fā)展的進(jìn)程。

融合教育可信身份的電子學(xué)生證解決方案配合成熟的終端產(chǎn)品，重新定義了學(xué)生信息安全的可信邊界?；诳尚艛?shù)字身份技術(shù)，以學(xué)生證業(yè)務(wù)平臺(tái)為核心，逐步替換目前傳統(tǒng)2.4G學(xué)生卡，從數(shù)據(jù)庫(kù)安全到終端安全，為教育主管部門和學(xué)校提供了全方位、全覆蓋、全周期的電子學(xué)生證整體方案，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)學(xué)校教育信息化升級(jí)。

一、方案原理

該方案以學(xué)生證設(shè)備、考勤設(shè)備、公話設(shè)備為主要硬件設(shè)備，并通過(guò)數(shù)據(jù)運(yùn)管平臺(tái)來(lái)處理這些設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交互。同時(shí)，通過(guò)業(yè)務(wù)平臺(tái)對(duì)終端、用戶和應(yīng)用的數(shù)據(jù)進(jìn)行全周期的一站式管理。

（一）學(xué)生證設(shè)備

電子學(xué)生證設(shè)備對(duì)應(yīng)唯一的RFID（Radio Frequency Identification）、IMEI（International Mobile Equipment Identity）、ICCID（Integrate Circuit Card Identity）、手機(jī)號(hào)。

RFID用于學(xué)生的日?？记谏矸葑R(shí)別和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。每個(gè)學(xué)生證設(shè)備都有唯一的RFID標(biāo)識(shí)，可以在學(xué)校門禁系統(tǒng)或其他設(shè)備上進(jìn)行掃描并記錄學(xué)生的進(jìn)出校門的時(shí)間。通過(guò)業(yè)務(wù)平臺(tái)，學(xué)校和班級(jí)管理人員可以查看學(xué)生的考勤情況，并及時(shí)通知家長(zhǎng)。

IMEI作為每臺(tái)學(xué)生證設(shè)備的唯一標(biāo)識(shí)，用于識(shí)別用戶設(shè)備并追蹤用戶地理位置。通過(guò)業(yè)務(wù)平臺(tái)，家長(zhǎng)和教學(xué)管理人員可以查看學(xué)生的行動(dòng)軌跡，以便及時(shí)了解學(xué)生的位置和行為。ICCID及學(xué)生手機(jī)號(hào)與學(xué)生的個(gè)人信息和可信身份綁定，用于各種軟件應(yīng)用的可信身份鑒權(quán)和使用。

（二）校園考勤設(shè)備

校園考勤設(shè)備可感應(yīng)接收來(lái)自電子學(xué)生證的數(shù)字信號(hào)并進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。當(dāng)學(xué)生持電子學(xué)生證在考勤設(shè)備感應(yīng)區(qū)經(jīng)過(guò)時(shí)，設(shè)備會(huì)讀取電子學(xué)生證對(duì)應(yīng)的ID和刷卡時(shí)間，并將這些信息記錄和存儲(chǔ)下來(lái)?？记谠O(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接將考勤數(shù)據(jù)傳送至電腦或服務(wù)器，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)運(yùn)管后臺(tái)處理和統(tǒng)計(jì)后，最終生成學(xué)校所需的考勤應(yīng)用管理報(bào)表?？记谠O(shè)備主要可實(shí)現(xiàn)如下功能：

①實(shí)時(shí)考勤查詢：通過(guò)業(yè)務(wù)平臺(tái)可以實(shí)時(shí)查詢學(xué)生的考勤刷卡記錄，并獲取學(xué)生信息、考勤時(shí)間、考勤場(chǎng)所等相關(guān)信息。

②基本出勤處理：根據(jù)預(yù)先設(shè)置的考勤定義，對(duì)各種考勤數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，自動(dòng)判斷學(xué)生的遲到、早退、缺勤情況，并生成相應(yīng)的出勤明細(xì)報(bào)告。

③個(gè)性化刷卡設(shè)置：根據(jù)實(shí)際情況，為各班級(jí)設(shè)置特定的上下學(xué)考勤時(shí)間，以杜絕學(xué)生在考勤時(shí)間內(nèi)擅自打卡，確保學(xué)校管理的合理有序進(jìn)行。

④個(gè)性化考勤設(shè)置：根據(jù)實(shí)際情況，為不同的考勤字段（如：遲到、早退、缺勤等）設(shè)定不同的考核時(shí)間和對(duì)象。

（三）校園公話設(shè)備

校園公話設(shè)備是為了滿足學(xué)生在校內(nèi)的通話需求而設(shè)計(jì)的設(shè)備。它主要通過(guò)學(xué)生的電子學(xué)生證進(jìn)行通話權(quán)限的驗(yàn)證和管理。學(xué)生可以將電子學(xué)生證放在考勤公話設(shè)備的刷卡區(qū)，公話設(shè)備會(huì)讀取學(xué)生證上的RFID信息，并通過(guò)業(yè)務(wù)平臺(tái)進(jìn)行交互鑒權(quán)，以此驗(yàn)證學(xué)生的身份和通話權(quán)限。一旦學(xué)生通過(guò)了后臺(tái)的鑒權(quán)許可，公話設(shè)備會(huì)反饋給學(xué)生證通話權(quán)限和剩余時(shí)長(zhǎng)的信息。學(xué)生可以通過(guò)公話設(shè)備上的按鍵來(lái)?yè)艽螂娫挕?/p>

（四）業(yè)務(wù)平臺(tái)（四）業(yè)務(wù)平臺(tái)

如圖1所示，業(yè)務(wù)平臺(tái)采用4層架構(gòu)設(shè)計(jì)，包括硬件層、平臺(tái)層、業(yè)務(wù)層和應(yīng)用層。其中各層次的主要功能描述如下：

①應(yīng)用層包含電子學(xué)生證的各項(xiàng)軟件應(yīng)用，主要包括安全定位、考勤門禁、消費(fèi)管理、互動(dòng)課堂、親情通話和家?；?dòng)等，用戶通過(guò)電子學(xué)生證操作后觸發(fā)業(yè)務(wù)層接口，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)平臺(tái)層和硬件層的調(diào)用。

②業(yè)務(wù)層包括設(shè)備管理、經(jīng)營(yíng)數(shù)據(jù)、應(yīng)用管理、開(kāi)放接口和安全監(jiān)控等部分，用戶通過(guò)業(yè)務(wù)平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的查看、監(jiān)控和管理。

③平臺(tái)層包括身份認(rèn)證、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、數(shù)據(jù)同步、業(yè)務(wù)訂購(gòu)、短信接口等部分。通過(guò)對(duì)身份數(shù)據(jù)、訂購(gòu)數(shù)據(jù)的融合、脫敏、同步等設(shè)計(jì)，有效地進(jìn)行平臺(tái)側(cè)的數(shù)據(jù)資源整合，向業(yè)務(wù)層提供可信身份核驗(yàn)、應(yīng)用開(kāi)通和服務(wù)管理的平臺(tái)數(shù)據(jù)支撐。

④硬件層主要指電子學(xué)生證等智能感知設(shè)備，可細(xì)分為感知層與傳輸層。感知層主要將電子學(xué)生證獲取的信息接入平臺(tái)，傳輸層通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等通信接口傳輸電子學(xué)生證獲取的信息，并傳遞應(yīng)用層向感知層發(fā)送的命令。

二、功能模塊

作為整個(gè)方案的硬件基礎(chǔ)，電子學(xué)生證承載著學(xué)生校內(nèi)數(shù)據(jù)信息的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)交互功能。通過(guò)對(duì)采集匯總后的信息進(jìn)行分析，可以優(yōu)化各項(xiàng)校園服務(wù)的開(kāi)展和推動(dòng)，使學(xué)校的建設(shè)和資源分配更加合理。因此，本文將對(duì)該方案中電子學(xué)生證設(shè)備的設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行重點(diǎn)討論。

融合教育可信身份的電子學(xué)生證設(shè)備采用安卓系統(tǒng)，并基于展銳SL8521E的方案開(kāi)發(fā)。其中功能模塊主要包括以下部分。

（一）TCP通信功能

設(shè)備通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與通信服務(wù)器保持TCP長(zhǎng)連接，每隔固定時(shí)間發(fā)送一次心跳包給平臺(tái)進(jìn)行socket連接?；?，socket發(fā)送數(shù)據(jù)包協(xié)議封裝，socket接收數(shù)據(jù)包后進(jìn)行協(xié)議解析等。

（二）高清通話功能

電子學(xué)生證可基于TDD-LTE＼FDD-LET＼GSM網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)高清通話功能，家長(zhǎng)可通過(guò)平臺(tái)或微信公眾號(hào)設(shè)置按鍵（SOS、1、2、3）對(duì)應(yīng)的親情號(hào)碼，學(xué)生通過(guò)長(zhǎng)按SOS、1、2、3按鍵可以撥打預(yù)先設(shè)定的號(hào)碼。

（三）短信功能

學(xué)校及管理部門可通過(guò)電子學(xué)生證向指定區(qū)域、學(xué)校和班級(jí)下發(fā)通知短信，教師可通過(guò)業(yè)務(wù)平臺(tái)向指定學(xué)校和班級(jí)下發(fā)家庭作業(yè)通知，提高家校溝通的頻率及效率。

（四）可信身份功能

可信數(shù)字身份采用國(guó)產(chǎn)密碼技術(shù)，由行業(yè)統(tǒng)一規(guī)劃、簽發(fā)、認(rèn)證與管理。通過(guò)對(duì)電子學(xué)生證賦碼，可以對(duì)“教育身份、法定身份、網(wǎng)絡(luò)身份”等學(xué)生信息進(jìn)行鑒權(quán)認(rèn)證。具體適用于場(chǎng)景如下：

1.可信身份識(shí)別鑒權(quán)

可信數(shù)字身份可實(shí)現(xiàn)法定身份和教育身份的同步識(shí)別，可應(yīng)用于各類教育信息化系統(tǒng)的實(shí)名實(shí)人注冊(cè)與安全登錄，并支持教育人臉識(shí)別、教育可信二維碼、教育可信數(shù)字身份鑒權(quán)證書(shū)等多種網(wǎng)絡(luò)入口或應(yīng)用接口等應(yīng)用融合集成方式。

2.電子簽名安全保護(hù)

可信數(shù)字身份可提供具有法律效力的電子簽名等安全服務(wù)，可應(yīng)用于各類教育信息化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)與文檔，具備數(shù)據(jù)的真實(shí)性、機(jī)密性、完整性與抗抵賴性。

3.數(shù)據(jù)加密安全共享

可信數(shù)字身份可實(shí)現(xiàn)學(xué)生信息等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)在平臺(tái)軟件應(yīng)用之間的可信加密傳輸與可信安全共享，實(shí)現(xiàn)各類教育業(yè)務(wù)平臺(tái)和應(yīng)用系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)安全共享。

4.個(gè)人隱私安全保護(hù)

可信教育身份的電子學(xué)生證具備基于國(guó)產(chǎn)密碼的數(shù)據(jù)加密、數(shù)字簽名等安全功能，可實(shí)現(xiàn)多元網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的個(gè)人隱私數(shù)據(jù)的完整安全保護(hù)。

（五）終端定位

電子學(xué)生證支持GPS+Wi-Fi+LBS等多重定位技術(shù)，設(shè)備每10分鐘定時(shí)上報(bào)一次地理位置，家長(zhǎng)及教師可通過(guò)業(yè)務(wù)平臺(tái)或微信公眾號(hào)實(shí)時(shí)查看學(xué)生所在位置。

其中，GPS多適用于室外定位，在天氣不好或者被遮擋位置（如室內(nèi)、車庫(kù)等）時(shí)會(huì)出現(xiàn)位置偏差；LBS定位通過(guò)SIM卡接收基站的型號(hào)，通過(guò)計(jì)算基站的信號(hào)差確定學(xué)生所在位置；WiFi定位通過(guò)偵測(cè)附近所有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)基站的MAC Address，將該MAC地址與數(shù)據(jù)庫(kù)中的坐標(biāo)進(jìn)行比較，通過(guò)三角定位計(jì)算其位置。

（六）電子圍欄

家長(zhǎng)可以通過(guò)電子圍欄功能，將池塘、網(wǎng)吧等設(shè)置成危險(xiǎn)區(qū)域，通過(guò)設(shè)備上的地理位置判斷學(xué)生是否出現(xiàn)越界行為，如出現(xiàn)越界行為，則會(huì)通過(guò)微信公眾號(hào)向家長(zhǎng)發(fā)送提醒信息。

（七）應(yīng)用升級(jí)

電子學(xué)生證設(shè)備可通過(guò)TDD-LTE＼FDD-LET網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程應(yīng)用升級(jí)，當(dāng)電子學(xué)生證接收平臺(tái)發(fā)送的升級(jí)命令后，會(huì)對(duì)比當(dāng)前設(shè)備的版本號(hào)，下載升級(jí)程序并進(jìn)行MD5校驗(yàn)，校驗(yàn)成功后自動(dòng)進(jìn)行應(yīng)用升級(jí)。

三、方案優(yōu)勢(shì)

針對(duì)學(xué)生、家長(zhǎng)、教師等用戶群體在校園生活中的剛性需求，融合教育可信身份的電子學(xué)生證的方案優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下方面：

（一）功能集成度高，支持校園軟件應(yīng)用

該方案具備高度集成的功能和廣泛的應(yīng)用支持，具體包含無(wú)感考勤、智能定位、二維碼消費(fèi)、4G通話、課堂互動(dòng)答題等。此外，它還提供開(kāi)放接口，可以與管理部門指定的平臺(tái)直接對(duì)接，適合于各省地市的落地推廣。方案內(nèi)的軟件應(yīng)用兼容平板、手機(jī)等多種智能設(shè)備，支持教師與家長(zhǎng)使用不同的移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行家校溝通和教學(xué)評(píng)價(jià)。

（二）融合可信身份，保障學(xué)生信息安全

通過(guò)電子學(xué)生證終端上報(bào)終端信息，并將其與學(xué)生信息在可信身份平臺(tái)進(jìn)行綁定，可以實(shí)現(xiàn)可信身份認(rèn)證。在不同的使用場(chǎng)景下，可以觸發(fā)可信身份認(rèn)證，確保只有經(jīng)過(guò)身份驗(yàn)證的學(xué)生才能獲得相應(yīng)的權(quán)限。這種認(rèn)證機(jī)制可以與業(yè)務(wù)平臺(tái)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)根據(jù)用戶權(quán)限下發(fā)軟件資源的功能。通過(guò)建立融合可信教育身份的應(yīng)用生態(tài)圈，可以保障以可信身份為核心的學(xué)生信息安全。

（三）信息動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)，業(yè)務(wù)一站式管理

在傳統(tǒng)學(xué)生信息管理過(guò)程中，多孩家庭、升學(xué)轉(zhuǎn)校等信息的變更常常是管理的一大難題。在升學(xué)轉(zhuǎn)校時(shí)，往往是通過(guò)手動(dòng)更正信息，這容易造成數(shù)據(jù)混亂和丟失，同時(shí)也很難有效地將學(xué)生信息與學(xué)生證終端進(jìn)行綁定。但融合可信身份的電子學(xué)生證可以解決這些問(wèn)題。融合可信身份的電子學(xué)生證通過(guò)深度綁定學(xué)生身份、學(xué)生證終端和軟件應(yīng)用，基于可信教育身份進(jìn)行認(rèn)證。這樣一來(lái)，可以方便地對(duì)學(xué)生信息、終端信息和應(yīng)用信息進(jìn)行認(rèn)證和管理。當(dāng)學(xué)生發(fā)生信息變更或升學(xué)轉(zhuǎn)校時(shí)，只需在可信身份系統(tǒng)中更新相應(yīng)的信息，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)與學(xué)生證終端進(jìn)行同步，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性。融合可信身份的電子學(xué)生證提供了一站式的管理服務(wù)，為學(xué)生和管理部門提供方便快捷的管理體驗(yàn)。

四、應(yīng)用案例及效果

基于展銳SL8521E的電子學(xué)生證目前已在全國(guó)范圍內(nèi)落地推廣，滿足了學(xué)校用戶對(duì)于親情號(hào)碼、多重定位、歷史軌跡、電子圍欄等方面的需求。

以貴州省都勻市都勻三小實(shí)驗(yàn)校區(qū)為例，全校約2000名學(xué)生均佩戴電子學(xué)生證進(jìn)行日常學(xué)習(xí)和生活。學(xué)校可批量設(shè)置電子圍欄和越界告警，實(shí)時(shí)查看和管理學(xué)生定位情況，時(shí)刻保障學(xué)生在校園內(nèi)的安全。家長(zhǎng)可隨時(shí)了解學(xué)生在校內(nèi)外的實(shí)時(shí)定位與行動(dòng)軌跡，可與學(xué)生進(jìn)行親情通話及發(fā)送信息，全面增強(qiáng)了家?；?dòng)的體驗(yàn)。

五、結(jié)束語(yǔ)

融合可信身份的電子學(xué)生證為學(xué)生、家長(zhǎng)和管理部門提供了平安校園、家校溝通、終端認(rèn)證、可信身份認(rèn)證等多項(xiàng)服務(wù)。這些服務(wù)有助于保護(hù)學(xué)生水平考試、綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)、職業(yè)教育和終身學(xué)習(xí)等成長(zhǎng)檔案的完整性，防止個(gè)人信息和學(xué)習(xí)檔案被篡改或偽造，加強(qiáng)了誠(chéng)信教育體系的建設(shè)。同時(shí)，融合可信身份的電子學(xué)生證為“教育精準(zhǔn)扶貧、精準(zhǔn)助學(xué)”提供了“法定實(shí)名+教育身份”的信息鑒權(quán)，有助于規(guī)范和提升教育治理能力。教育管理部門可以通過(guò)該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)學(xué)生K12教育階段的信息統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)教育大數(shù)據(jù)的“跨校園、跨系統(tǒng)、跨地區(qū)、跨學(xué)習(xí)階段”的一致性采集與可信共享，為開(kāi)展跨區(qū)域的教育合作提供有效的載體。此外，融合可信身份的電子學(xué)生證還可以為其他行業(yè)提供教育可信身份的鑒權(quán)服務(wù)，促進(jìn)教育行業(yè)與其他行業(yè)的合作。

作者單位：趙帥 中移（成都）信息通信科技有限公司

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]李文翔，林丹楠.智慧校園綜合業(yè)務(wù)平臺(tái)的ESB架構(gòu)分析與研究[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2018（02）：64-65.

[2]胡先智，梁艷，馬文濤，等.“人工智能 + 物聯(lián)網(wǎng)”背景下的智慧校園一卡通建設(shè)研究[J].中國(guó)教育信息化，2021（03）：62-63.

[3]韓佳峰.智慧校園環(huán)境下的校園一卡通建設(shè)[J].數(shù)字通信世界，2022（02）：141-142.

[4]吳國(guó)英，楊林，邱旭華.可信身份認(rèn)證平臺(tái)的構(gòu)建[J].信息安全研究，2022（09）：890-892.