單康康 袁書宏 徐鋒 張華 王佶

摘? ?要：區(qū)塊鏈作為比特幣的底層基礎(chǔ)架構(gòu)，已被視為繼蒸汽機、電氣化、計算機之后的第四次工業(yè)革命的重要成果。文章從高?；A(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施安全、學術(shù)資源共享、學分證明信用體制、身份認證管理、知識產(chǎn)權(quán)保護等多視角探索了區(qū)塊鏈技術(shù)在高校信息化建設(shè)中的應用模式和價值重構(gòu)，可為基于區(qū)塊鏈的全面深度融合教育理念和教育模式的創(chuàng)新提供參考。

關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈;高校信息化建設(shè);教育模式創(chuàng)新

中圖分類號：TP309 文獻標志碼：A 文章編號：1673-8454（2021）03-0036-04

習近平總書記在2019年中央政治局第十八次集體學習時強調(diào)，把區(qū)塊鏈作為核心技術(shù)自主創(chuàng)新的重要突破口，加快推進區(qū)塊鏈技術(shù)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，積極推動區(qū)塊鏈技術(shù)在教育等領(lǐng)域的應用，為人民群眾提供更加智能、更加便捷、更加優(yōu)質(zhì)的公共服務。2020年教育部正式印發(fā)《高等學校區(qū)塊鏈技術(shù)創(chuàng)新行動計劃》，該計劃提出到2025年，在高校布局建設(shè)一批區(qū)塊鏈技術(shù)創(chuàng)新基地，推動若干高校成為我國區(qū)塊鏈技術(shù)創(chuàng)新的重要陣地。

區(qū)塊鏈作為比特幣的底層基礎(chǔ)架構(gòu)，已被視為繼蒸汽機、電氣化、計算機之后的第四次工業(yè)革命的重要成果。近年來，區(qū)塊鏈技術(shù)在教育、醫(yī)療、金融、政務、電子存證、數(shù)字身份等各領(lǐng)域應用不斷鋪開，場景的深入化和多元化不斷加深。區(qū)塊鏈技術(shù)可構(gòu)建信任和傳遞價值，通過區(qū)塊鏈技術(shù)的有效利用，可對教育資源進行數(shù)字存證、保護教育用戶信息隱私、推進數(shù)字教育資源流通、實現(xiàn)跨部門教育信息系統(tǒng)互聯(lián)和數(shù)據(jù)可信共享等，進而推動教育技術(shù)創(chuàng)新與治理體系建設(shè)。本文結(jié)合當前教育信息化發(fā)展現(xiàn)狀，融合區(qū)塊鏈技術(shù)和高校信息化建設(shè)實際需求，從高校數(shù)據(jù)共享、教學科研、行政辦公、協(xié)同創(chuàng)新等方面，即從數(shù)據(jù)層面、財務層面、應用層面、體制層面等多層面進行優(yōu)化重構(gòu)，研究區(qū)塊鏈技術(shù)應用于教育中的重要價值，探索數(shù)字教育資源用戶身份認證、知識產(chǎn)權(quán)確權(quán)與權(quán)益保障、教育數(shù)字檔案存證、敏感數(shù)據(jù)隱私保護等多種教育信息化新技術(shù)和新機制，形成基于區(qū)塊鏈的安全可信、穩(wěn)定可靠、高效便捷的應用場景和模式，給未來高校信息化新基建提供發(fā)展趨勢和創(chuàng)新路徑方面的借鑒。

一、區(qū)塊鏈概述

區(qū)塊鏈主要分為數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識層、合約層、應用層，如表1所示。數(shù)據(jù)層利用Merkle樹與鏈式結(jié)構(gòu)保障數(shù)據(jù)不可篡改;網(wǎng)絡(luò)層使用P2P協(xié)議實現(xiàn)去中心化;共識層通過區(qū)塊產(chǎn)生確認機制和激勵機制保障分布式賬本數(shù)據(jù)同步;合約層通過構(gòu)建可編程的智能數(shù)字協(xié)議定義業(yè)務場景交易邏輯;應用層為用戶提供各種場景API接口以自定義、發(fā)起和執(zhí)行智能合約。

區(qū)塊鏈作為一種虛擬化公共賬本，任何人在任何地點都可以查看所有賬本。這些賬本在理論上幾乎無法篡改。賬本以區(qū)塊的形式保存，每個區(qū)塊可視為一個文件。在規(guī)定的時間內(nèi)創(chuàng)建一個新的區(qū)塊，區(qū)塊包含了按時間順序發(fā)生的所有歷史交易記錄。區(qū)塊鏈同時是一種基于P2P的分布式數(shù)據(jù)庫，使得其沒有唯一的中央服務器，區(qū)塊處理和交易驗證的每個節(jié)點用戶和機構(gòu)都在本地保存一個賬本副本，每發(fā)生一筆交易業(yè)務，全網(wǎng)節(jié)點會根據(jù)共識算法同時更新本地賬本。如圖1所示，區(qū)塊鏈中每個區(qū)塊都產(chǎn)生一個時間戳以記錄該區(qū)塊的生成時間，區(qū)塊鏈還使用Hash密碼學算法對區(qū)塊數(shù)據(jù)進行加密簽名，每個區(qū)塊的Hash值融合了前一區(qū)塊的Hash值，使得相鄰區(qū)塊之間的Hash環(huán)環(huán)相扣，形成無法篡改的鏈條。同時，交易發(fā)起方會基于其私鑰和交易接收方的公鑰對交易區(qū)塊進行簽名，以保障交易的真實性。

綜上所述，區(qū)塊鏈是一種由多方共同維護，使用密碼學保證傳輸和訪問安全，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)一致、難以篡改、不可抵賴的分布式賬本技術(shù)，主要有以下特性：

（1）去中心化：去中心化是區(qū)塊鏈的最核心特性，區(qū)塊鏈技術(shù)不依賴第三方機構(gòu)，通過分布式節(jié)點實現(xiàn)信息的同步、驗證和管理。

（2）開放性：區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)對所有參與者開放，任何人都可以查詢區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)，整個系統(tǒng)信息高度透明。

（3）安全性：區(qū)塊鏈的51%攻擊機制保證了任何人和機構(gòu)在實際操作中幾乎無法擅自修改鏈上的數(shù)據(jù)。

（4）匿名性：區(qū)塊鏈各節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸遵循點對點的固定加密算法，不需要公開身份信息。

二、基于區(qū)塊鏈的高校信息化應用

1.總體建設(shè)思路

針對高校教育管理與信息化服務在數(shù)字教育資源存儲和共享、教學模式數(shù)據(jù)化、教學分級分類決策精細化管理等方面創(chuàng)新發(fā)展中帶來的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)、數(shù)據(jù)安全、信任監(jiān)管、隱私保障、版權(quán)保護等一系列問題，建設(shè)基于區(qū)塊鏈的高校教育治理與應用創(chuàng)新信息化平臺。探索利用區(qū)塊鏈的教育資源共享、教育成果評價、學生綜合測評、教育檔案存證與追蹤、信息流通控制與隱私保護等技術(shù)，支撐開展智慧校園智能化數(shù)字資源共享平臺建設(shè)、師生各類創(chuàng)新知識產(chǎn)權(quán)的保護與溯源、真實可信的數(shù)字檔案存證與追溯、敏感信息部門流轉(zhuǎn)控制與隱私保護、基于學分虛擬幣的全過程學習記錄等典型應用場景。區(qū)塊鏈在高校的應用場景如圖2所示。

在高?；趨^(qū)塊鏈的信息化應用平臺建設(shè)初期，首先需要判斷哪些應用可以部署到區(qū)塊鏈中。有以下參考因素：①是否可以構(gòu)建鏈上的信任體系;②是否可以區(qū)塊化客觀邏輯來判斷智能合約;③區(qū)塊鏈帶來的優(yōu)點是否能抵消其帶來的代價。

在校園網(wǎng)中，首先基于開源和去中心化架構(gòu)對校園網(wǎng)進行基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)改造，搭建高速點對點的分布式區(qū)塊鏈平臺協(xié)議，與校內(nèi)各院系單位及科研機構(gòu)等進行數(shù)據(jù)庫對接，形成區(qū)塊鏈聯(lián)盟基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，同步學院信息、科研信息、學術(shù)信息、在線教學課程信息、身份信息、學籍信息、學分信息、學位證書信息等，應用于身份認證、在線教學、辦事審批、師生個人知識產(chǎn)權(quán)保護、校園網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施等多種場景。

2.區(qū)塊鏈典型應用場景研究

（1）校園基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施安全

域名解析系統(tǒng)DNS、路由交換系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)地址自動分配管理系統(tǒng)等是互聯(lián)網(wǎng)及校園網(wǎng)中重要的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，是網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通、服務有效可達、通訊安全可信的基礎(chǔ)。這些基礎(chǔ)設(shè)施因依賴傳統(tǒng)的中心化可信架構(gòu)模型，導致其具有局限性，存在中心節(jié)點權(quán)利過度集中、數(shù)據(jù)易被中間人篡改、單點故障等問題。利用區(qū)塊鏈技術(shù)的可信互聯(lián)特性可構(gòu)建更安全的去中心化校園網(wǎng)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)公共服務設(shè)施。針對傳統(tǒng)校園網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在可信計算方面的局限與不足，構(gòu)建新型信任機制，支持網(wǎng)絡(luò)日志的安全管理與安全風險的可回溯追蹤，利用分布式記賬技術(shù)構(gòu)建底層的分布式數(shù)據(jù)存儲讀寫能力，基于加密技術(shù)構(gòu)建域名與IP地址的去中心化可信可控管理機制。

以互聯(lián)網(wǎng)核心基礎(chǔ)應用“域名解析服務DNS”為例。在高?；A(chǔ)網(wǎng)絡(luò)應用設(shè)施建設(shè)中，利用區(qū)塊鏈技術(shù)能很好地解決部分校園網(wǎng)絡(luò)安全問題。例如：區(qū)塊鏈技術(shù)能解決核心網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施DNS系統(tǒng)的易受攻擊問題，利用其不可篡改特性，將域名和IP地址對應關(guān)系的“增”“刪”“改”記錄在區(qū)塊鏈中，可以在全網(wǎng)達成共識，不可篡改，形成交易記錄層。解析地址和真實IP地址的對應關(guān)系就是客觀存在的智能合約，記錄在數(shù)據(jù)庫中?；趨^(qū)塊鏈的DNS域名基礎(chǔ)設(shè)施如圖3所示。

（2）學術(shù)資源共享

高校擁有眾多優(yōu)質(zhì)的在線教育與學術(shù)科研資源，不能跨校跨聯(lián)盟分享。利用區(qū)塊鏈的智能合約，可以簡化認證過程，將校內(nèi)和校外優(yōu)質(zhì)資源進行整合，形成學術(shù)資源區(qū)塊鏈聯(lián)盟。師生可以跨區(qū)域在任一區(qū)塊鏈資源節(jié)點獲取聯(lián)盟內(nèi)共享學術(shù)資源。同時，區(qū)塊鏈的分布式結(jié)構(gòu)，使得所有共享的學術(shù)資源不會因為某一個區(qū)塊鏈節(jié)點故障而無法提供服務?！跋龁为毠收稀北ＷC了整個學術(shù)區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)資源的安全性與完整性。基于區(qū)塊鏈的學術(shù)資源共享架構(gòu)如圖4所示。

區(qū)塊鏈技術(shù)可以重塑和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)在線學習與學術(shù)資源共享社區(qū)生態(tài)，實現(xiàn)學術(shù)資源共享自組織、自運行的良性循環(huán)聯(lián)盟區(qū)塊鏈。在學術(shù)資源共享社區(qū)中，可以使用虛擬學習幣提高全網(wǎng)成員參與的積極性，形成智能流轉(zhuǎn)學術(shù)聯(lián)盟。利用區(qū)塊鏈技術(shù)建立虛擬學習幣創(chuàng)建與流轉(zhuǎn)機制，老師和學生可以通過上傳學習資料、傳授課程知識、提問學習難點、回答學習難點等互動行為的發(fā)生自動獲取學習幣。同時可以使用虛擬學習幣購買學習材料與服務，激發(fā)全網(wǎng)用戶師生的參與度，形成以虛擬學習幣為核心激勵制度與評價學術(shù)貢獻度重要指標的全網(wǎng)學術(shù)資源智慧形成與資源自由流通生態(tài)系統(tǒng)?；趨^(qū)塊鏈的分布式賬本技術(shù)，可將師生用戶基于某個知識點的學術(shù)觀點分布存儲在區(qū)塊鏈中，并在各個不同觀點之間進行語義關(guān)聯(lián)，形成可視化的知識圖譜。

（3）學分證明信用體制建設(shè)

利用區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化、可驗證、防篡改特性，將學生學習過程中產(chǎn)生的各種成績和證書存放在區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫中，可保障學生課程學分、學業(yè)成績、教育經(jīng)歷、綜合素質(zhì)檔案等記錄真實可靠和不可偽造篡改。建立完整可追溯的教育數(shù)字檔案記錄鏈，形成全過程、全方位的學業(yè)評價信用體系，為實現(xiàn)更加公正公平的教育評價提供支持，使得學習成績的驗證變得安全簡單。同時，區(qū)塊鏈技術(shù)還可以為高校和校外相關(guān)機構(gòu)節(jié)省人工授予學習證明和驗證學歷材料的時間成本和人力成本，減少學校搭建應用系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫的預算費用。區(qū)塊鏈技術(shù)具備分布式記錄與存儲的特征，若此種特征能夠在教育領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應用，將允許任何教育機構(gòu)和平臺開展跨系統(tǒng)、跨平臺的學習行為和學習結(jié)果記錄。

基于區(qū)塊鏈的學分證明流程如圖5所示。在校學生的課程成績、學分、項目、科研等各種學習數(shù)據(jù)經(jīng)過標注時間戳標簽，然后分布式存儲在學分證明區(qū)塊鏈節(jié)點中，經(jīng)授權(quán)的第三方機構(gòu)或用人單位可以在任意區(qū)塊鏈節(jié)點中查看學生的學習情況。一方面，可以保證學生履歷的權(quán)威性;另一方面，利用分布式結(jié)構(gòu)可以降低各高校信息化建設(shè)的成本，同時可以保障數(shù)據(jù)的安全性。在學分證明區(qū)塊鏈中，首先利用區(qū)塊鏈和非對稱加密技術(shù)創(chuàng)建一個可以存儲和查看成績學分和項目實踐記錄的完整認證基礎(chǔ)設(shè)施，包含證書相關(guān)基本信息的電子數(shù)據(jù)文件，包括姓名、學院單位、課程老師、認證時間等內(nèi)容。然后使用私鑰對證書進行加密和簽名，創(chuàng)建關(guān)聯(lián)Hash值，以用來校驗頒發(fā)的證書內(nèi)容是否真實有效無篡改。最后使用私鑰在學分區(qū)塊鏈中創(chuàng)建一個新區(qū)塊紀錄，可查詢該證書的有效性。

（4）身份認證管理

基于區(qū)塊鏈的身份認證方式具有身份校驗模塊化、多業(yè)務聯(lián)動認證模型、數(shù)據(jù)真實可信、用戶隱私安全等特性。區(qū)別于目前傳統(tǒng)的身份認證方式，區(qū)塊鏈身份認證可通過安全分發(fā)通道將數(shù)據(jù)傳輸給身份認證方進行校驗，身份認證方不需要直接對接身份依賴方系統(tǒng)，只需要為身份認證申請者校驗簽發(fā)證書。身份依賴方可在不需要對接各認證方的情況下，實現(xiàn)多業(yè)務、多場景聯(lián)動的用戶身份信息訪問和真實性驗證。校園網(wǎng)可利用區(qū)塊鏈技術(shù)對教師、學生等身份主體認證過程中產(chǎn)生的敏感信息，進行可靠、可信、高效的隱私保護、數(shù)據(jù)防護和訪問控制，減少信息泄露的風險。

將高校各種應用平臺組成應用聯(lián)盟區(qū)塊鏈，各平臺之間通過在線協(xié)作共同維護聯(lián)盟區(qū)塊鏈，如圖6所示。每個平臺成員自身數(shù)據(jù)變動時，通過區(qū)塊鏈分布式結(jié)構(gòu)自動通知和同步其他應用平臺成員。當高校師生用戶在某平臺登錄成功后，其他平臺同步信用授權(quán)認證數(shù)據(jù);當用戶訪問聯(lián)盟區(qū)塊鏈內(nèi)其他平臺時，不需要重復認證。

（5）高校知識產(chǎn)權(quán)保護

隨著信息化教學應用的推進，教師教學活動中形成了大量需要進行知識產(chǎn)權(quán)保護的專利、著作、論文、課件、教學過程視頻等資源。利用區(qū)塊鏈技術(shù)可實現(xiàn)數(shù)字教育資源的知識產(chǎn)權(quán)確權(quán)，以及數(shù)字教育資源分享或交易過程中的有效權(quán)益保護，激勵教師創(chuàng)作更多高質(zhì)量的資源，形成良性循環(huán)。

知識產(chǎn)權(quán)保護由于傳統(tǒng)登記方式的局限性，存在確權(quán)難、盜版嚴重、公開性差等諸多問題。利用區(qū)塊鏈的數(shù)字簽名在原著與所有權(quán)信息之間建立無法篡改的對應關(guān)系。高校作者把專利、軟件等作品發(fā)布到知識產(chǎn)權(quán)區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫時，生成唯一私鑰作為作品所有權(quán)的證明，并在區(qū)塊鏈上生成唯一真實且不可篡改的存在性證明，從作品的產(chǎn)生、版權(quán)轉(zhuǎn)讓等每一步都能自動記錄保存且不可篡改。利用區(qū)塊鏈的可追溯性，能對全網(wǎng)師生用戶發(fā)表的論文和專利進行自動追蹤、查詢和獲取，從源頭上保護用戶的知識產(chǎn)權(quán)，防止知識成果被抄襲。圖7為基于區(qū)塊鏈技術(shù)的知識產(chǎn)權(quán)保護體系。

三、結(jié)語

本文通過探索基于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)共享模式，實現(xiàn)高校應用數(shù)據(jù)跨部門、跨校區(qū)、跨區(qū)域的共同維護和利用，促進業(yè)務協(xié)同辦理，有利于深化高校管理“最多跑一次”改革，為廣大師生帶來更好的在線辦事服務體驗。

參考文獻：

[1]教科技函[2020]17號.教育部關(guān)于印發(fā)《高等學校區(qū)塊鏈技術(shù)創(chuàng)新行動計劃》的通知[Z].

[2]教技[2018]6號.教育部關(guān)于印發(fā)《教育信息化2.0行動計劃》的通知[Z].

[3]工業(yè)和信息化部.2016中國區(qū)塊鏈技術(shù)和應用發(fā)展白皮書[R].2016.10.

[4]Tapscott， Don and Alex Tapscott.THE BLOCK-CHAIN REVOLUTION&Higher Education[J].Education Review，2017（2）：24-25.

[5]Gromovs， Genadijs and Mika Lammi.Blockchain and Internet of Things Require Innovative Approach to Logistics Education[J].Transport Problems：An International Scientific Journal，2017（12）：29-32.

[6]Fenwick， M.， Kaal， W.A.， &Vermeulen， E.M.Legal Education in the Blockchain Revolution[J].Vanderbilt Journal Of Entertainment&Technology Law，2017（2）：351-353.

[7]邵奇峰，金澈清，張召，錢衛(wèi)寧，周傲英.區(qū)塊鏈技術(shù)：架構(gòu)及進展[J].計算機學報，2018，41（5）：969-988.

[8]袁勇，王飛躍.區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].自動化學報，2016，42（4）：481-494.

[9]賈曉波.教育與區(qū)塊鏈技術(shù)的應用淺析[J].科技與創(chuàng)新，2019（20）：142-143.

[10]陳露璐.區(qū)塊鏈技術(shù)及其在高等教育中的應用[J].世界教育信息，2019（19）：7-11.

（編輯：王曉明）