周春天 王利朋 賈志娟 陳舒祥

摘? 要： 學(xué)歷造假不僅破壞了高等教育學(xué)歷制度的公平性和嚴(yán)肅性，也極大地?fù)p害了社會(huì)風(fēng)氣。國(guó)內(nèi)目前學(xué)歷學(xué)位認(rèn)證存在流程復(fù)雜、耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)、認(rèn)證收費(fèi)高等問(wèn)題，難以滿足畢業(yè)生和用人單位快速、公正、準(zhǔn)確地核實(shí)信息的需求。因此，研究一種高效可信的學(xué)歷學(xué)位認(rèn)證機(jī)制變得日益緊迫。文章提出一種基于區(qū)塊鏈技術(shù)的學(xué)位證書(shū)可信認(rèn)證系統(tǒng)，以可信學(xué)位認(rèn)證為研究對(duì)象，以構(gòu)建高效的、透明的、可溯源的認(rèn)證機(jī)制為核心，以區(qū)塊鏈基礎(chǔ)架構(gòu)和實(shí)現(xiàn)原理為基礎(chǔ)，利用可信度量機(jī)制，構(gòu)建一套完整的可溯源認(rèn)證機(jī)制。

關(guān)鍵詞： 區(qū)塊鏈; 學(xué)歷證書(shū)認(rèn)證; 可溯源; 可信計(jì)算

中圖分類號(hào)：TP311.13? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ?文章編號(hào)：1006-8228（2021）02-34-04

Abstract： Fabricating academic credentials not only destroys the fairness and seriousness of higher education academic qualification system， but also greatly damages the social atmosphere. At present， the authentication of academic credentials or academic degree in china has some problems， such as complex process， long time consuming， and high certification fees and so on， which is difficult to meet the needs of graduates and employers to verify information quickly， fairly and accurately. Therefore， it is increasingly urgent to study an efficient and reliable mechanism for authentication of academic credentials and academic degree. In this paper， a trusted academic credentials authentication system based on blockchain technology is proposed， in which taking trusted academic degree authentication as the research object， taking the construction of efficient， transparent and traceable authentication mechanism as the core， taking blockchain infrastructure and implementation principle as the basis， a complete set of traceable authentication mechanism is built by using the trusted measurement mechanism.

Key words： blockchain; academic credentials authentication; traceability; trusted computing

0 引言

高校畢業(yè)生逐年增多，而社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)逐漸加劇，學(xué)歷造假問(wèn)題頻頻出現(xiàn)，不僅破壞了高等教育學(xué)歷制度的公平性和嚴(yán)肅性，也極大地?fù)p害了社會(huì)風(fēng)氣。學(xué)歷學(xué)位證書(shū)是社會(huì)衡量學(xué)生能力的重要標(biāo)準(zhǔn)之一，對(duì)于個(gè)人的求職與深造都會(huì)產(chǎn)生重要影響。目前，只有學(xué)信網(wǎng)、國(guó)（境）外學(xué)位認(rèn)證系統(tǒng)等有限的幾個(gè)機(jī)構(gòu)能提供國(guó)內(nèi)外學(xué)歷學(xué)位證書(shū)認(rèn)證[1-2]。因而，研究一種高效可信的學(xué)歷學(xué)位認(rèn)證機(jī)制變得愈發(fā)重要，相關(guān)的研究將會(huì)對(duì)教育事業(yè)正常有序的發(fā)展具有重要作用。

本文利用區(qū)塊鏈的分布式、溯源性、不可篡改性、不可否認(rèn)性等特性，針對(duì)目前學(xué)歷學(xué)位認(rèn)證及校驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)。將區(qū)塊鏈與學(xué)歷學(xué)位認(rèn)證結(jié)合，可以防止數(shù)據(jù)被惡意篡改，學(xué)歷學(xué)位認(rèn)證判定規(guī)則公開(kāi)透明，能有效地減少數(shù)據(jù)遭到篡改的風(fēng)險(xiǎn)。這種方法能夠有效的解決目前學(xué)歷學(xué)位管理系統(tǒng)存在的集中化數(shù)據(jù)管理導(dǎo)致的單點(diǎn)故障以及數(shù)據(jù)被篡改的風(fēng)險(xiǎn)，并且可以實(shí)現(xiàn)學(xué)歷學(xué)位獲得過(guò)程的溯源。

1 相關(guān)工作

1.1 傳統(tǒng)學(xué)歷學(xué)位認(rèn)證發(fā)展現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)主要使用電子注冊(cè)制度進(jìn)行畢業(yè)生的學(xué)歷學(xué)位認(rèn)證工作，電子注冊(cè)制度實(shí)現(xiàn)了高校學(xué)生從入學(xué)到畢業(yè)全程網(wǎng)絡(luò)化管理，學(xué)生在入學(xué)時(shí)注冊(cè)新生學(xué)籍，每年都進(jìn)行學(xué)年注冊(cè)以確定其學(xué)籍的有效性，當(dāng)學(xué)生在校期間完成學(xué)業(yè)后，就可以獲得電子畢業(yè)證書(shū)的注冊(cè)資格，之后通過(guò)高校上傳證書(shū)數(shù)據(jù)，畢業(yè)生就能利用學(xué)信網(wǎng)查詢到本人畢業(yè)的學(xué)歷學(xué)位證書(shū)的注冊(cè)信息[3]。隨后，為了提供學(xué)生學(xué)歷學(xué)位證書(shū)有效性證明推出了“學(xué)信二維碼”，學(xué)生可將該二維碼嵌入求職簡(jiǎn)歷中。2018年，教育部學(xué)位中心也開(kāi)始提供學(xué)歷學(xué)位認(rèn)證服務(wù)，還可通過(guò)國(guó)外學(xué)歷學(xué)位認(rèn)證系統(tǒng)查詢國(guó)外學(xué)歷證書(shū)的有效性[4]。傳統(tǒng)的認(rèn)證方式普遍是依靠權(quán)威機(jī)構(gòu)的背書(shū)，一定程度上增加了學(xué)位證書(shū)的偽造難度，但是，這種中心化的數(shù)據(jù)管理方式會(huì)出現(xiàn)認(rèn)證流程復(fù)雜低效、成本損耗較高等問(wèn)題，同時(shí)由于網(wǎng)絡(luò)防偽技術(shù)的不完善，目前的中心化數(shù)據(jù)管理方式的發(fā)展面臨著瓶頸。

1.2 基于區(qū)塊鏈的可信認(rèn)證系統(tǒng)現(xiàn)狀

近幾年，眾多學(xué)者積極探索區(qū)塊鏈在各領(lǐng)域的應(yīng)用，“區(qū)塊鏈+教育”就是其中之一，目前已有眾多“區(qū)塊鏈+教育”項(xiàng)目落地。英國(guó)開(kāi)放大學(xué)知識(shí)媒體學(xué)院與英國(guó)電信創(chuàng)建了“OpenBlockchain”，這是一個(gè)基于以太坊的教育認(rèn)證平臺(tái)，主要利用區(qū)塊鏈智能合約對(duì)開(kāi)放大學(xué)的課程證書(shū)進(jìn)行記錄，同時(shí)還會(huì)提供證書(shū)關(guān)聯(lián)信息，如接收方、頒發(fā)方、頒發(fā)標(biāo)準(zhǔn)以及頒發(fā)依據(jù)等。Sharples提出利用區(qū)塊鏈建立一個(gè)研究成果、創(chuàng)意以及聲譽(yù)的記錄系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)可信存證[5]。吳莎莎分析了將數(shù)字徽章認(rèn)證理念與內(nèi)容嵌入?yún)^(qū)塊鏈平臺(tái)可行性，并提出了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的在線學(xué)習(xí)憑證頒布系統(tǒng)的架構(gòu)及應(yīng)用方式[6]。李中振基于Fabric框架開(kāi)發(fā)了一個(gè)學(xué)籍管理系統(tǒng)原型，主要利用區(qū)塊鏈技術(shù)去中心、不可篡改的特點(diǎn)保障了學(xué)籍信息的安全性和真實(shí)性[7]。

當(dāng)前的基于區(qū)塊鏈的可信認(rèn)證系統(tǒng)，主要依賴于區(qū)塊鏈的共識(shí)機(jī)制，共識(shí)機(jī)制能夠有效地增加認(rèn)證的可信度，其學(xué)歷學(xué)位認(rèn)證機(jī)制主要具有以下特點(diǎn)。

一是利用區(qū)塊鏈具有的去中心化、匿名性等主要特性，使其設(shè)計(jì)的基于區(qū)塊鏈的認(rèn)證系統(tǒng)擁有不可篡改、不可抵賴和去中心化的特點(diǎn)。

二是依賴于區(qū)塊鏈中的智能合約機(jī)制，使得認(rèn)證過(guò)程嚴(yán)格按照合約要求執(zhí)行，無(wú)須人工參與，可信機(jī)制具備中立性和安全性。

但是，現(xiàn)有的基于區(qū)塊鏈的學(xué)歷學(xué)位認(rèn)證系統(tǒng)中也存在著不少問(wèn)題。

⑴ 由于區(qū)塊鏈本質(zhì)上是基于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的分布式系統(tǒng)，節(jié)點(diǎn)和通信信道安全防護(hù)措施參差不齊，不少針對(duì)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的攻擊邏輯無(wú)法完全抵御，導(dǎo)致了其安全缺陷不可避免。

⑵ 為了統(tǒng)計(jì)信息及追蹤惡意行為，需要實(shí)現(xiàn)一套高效透明的可溯源認(rèn)證系統(tǒng)，而當(dāng)前基于區(qū)塊鏈的學(xué)歷學(xué)位認(rèn)證系統(tǒng)，尚缺乏相應(yīng)功能。

⑶ 當(dāng)前大部分的基于區(qū)塊鏈的學(xué)歷學(xué)位認(rèn)證平臺(tái)，用戶身份等敏感信息仍由第三方代理平臺(tái)進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，而代理節(jié)點(diǎn)的可信度無(wú)法得到保證。

綜上所述，學(xué)歷學(xué)位認(rèn)證校驗(yàn)的前提是安全可信，研究基于區(qū)塊鏈的可信學(xué)歷學(xué)位認(rèn)證機(jī)制，實(shí)現(xiàn)一種透明可溯源的可信認(rèn)證系統(tǒng)，對(duì)促進(jìn)誠(chéng)信社會(huì)建設(shè)具有非常重要的理論意義和巨大價(jià)值。

2 區(qū)塊鏈技術(shù)簡(jiǎn)介

區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N用于數(shù)據(jù)可信管理的分布式賬本技術(shù)，它提供了一種無(wú)需第三方可信中心協(xié)助，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)或資源溯源的功能。區(qū)塊鏈實(shí)質(zhì)上是一種去中心化的分布式網(wǎng)絡(luò)，允許用戶在P2P網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和交換資源，區(qū)塊鏈決策并不是由一個(gè)權(quán)威中心決定的，而是由區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)通過(guò)一定策略來(lái)共同商定的，因此可以有效抵御針對(duì)中心節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)攻擊行為，同時(shí)能夠避免單點(diǎn)故障等問(wèn)題[8]。雖然區(qū)塊鏈可以作為一種數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)共享數(shù)據(jù)，但其引入的主要目的是為了實(shí)現(xiàn)資源可信傳遞，我們可以對(duì)有價(jià)值的資源，例如金銀貨幣、汽車、房屋、土地、數(shù)字貨幣、音頻、圖像等，通過(guò)一定手段進(jìn)行數(shù)字化，并將其存儲(chǔ)到區(qū)塊鏈中[9-11]，之后就可以利用區(qū)塊鏈不可篡改、去中心化、可溯源等特性，實(shí)現(xiàn)低風(fēng)險(xiǎn)、低成本的資源監(jiān)管方案。

3 學(xué)歷學(xué)位證書(shū)可信認(rèn)證系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

本文基于區(qū)塊鏈技術(shù)，對(duì)學(xué)歷學(xué)位證書(shū)認(rèn)證過(guò)程中相關(guān)操作進(jìn)行抽象，通過(guò)為用戶生成區(qū)塊鏈賬號(hào)，模擬區(qū)塊鏈交易流程，將認(rèn)證活動(dòng)轉(zhuǎn)化為交易行為。認(rèn)證過(guò)程視為用戶將自己的貨幣轉(zhuǎn)賬給認(rèn)證系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)的區(qū)塊鏈賬號(hào)的活動(dòng)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)其貨幣收益，進(jìn)而得到選票的票數(shù)，并公示。為了更好地闡述提出的系統(tǒng)架構(gòu)，本方案的學(xué)歷學(xué)位證書(shū)可信認(rèn)證系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

視圖層主要分為用戶系統(tǒng)視圖和管理系統(tǒng)視圖兩個(gè)子模塊。在本文中，視圖層并不存儲(chǔ)用戶身份信息等敏感數(shù)據(jù)，該層主要用于非核心業(yè)務(wù)邏輯處理以及界面展示，所有核心數(shù)據(jù)需要從區(qū)塊鏈中提取。因此本文在設(shè)計(jì)視圖層時(shí)，為了提高效率，做了兩方面的優(yōu)化，一方面是數(shù)據(jù)持久化，采用緩存來(lái)短暫地持有數(shù)據(jù)，另一方面是在授權(quán)節(jié)點(diǎn)集篩選時(shí)，選擇性能較高的可信節(jié)點(diǎn)，以達(dá)到快速向視圖層提供數(shù)據(jù)的目的。

功能層主要負(fù)責(zé)執(zhí)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，將認(rèn)證相關(guān)的動(dòng)作轉(zhuǎn)換為交易相關(guān)動(dòng)作，本層包括了區(qū)塊生成、區(qū)塊查詢、簽名認(rèn)證三個(gè)子模塊。簽名認(rèn)證模塊通過(guò)調(diào)用區(qū)塊生成和區(qū)塊查詢兩個(gè)子模塊，基于門(mén)限簽名機(jī)制，封裝區(qū)塊鏈相關(guān)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)一套認(rèn)證接口。這種層次化的設(shè)計(jì)模式，可以避免用戶直接訪問(wèn)底層敏感數(shù)據(jù)，同時(shí)方便進(jìn)行權(quán)限控制。

區(qū)塊鏈層是整個(gè)認(rèn)證系統(tǒng)核心所在，本文通過(guò)修改原始區(qū)塊鏈完全分布式系統(tǒng)架構(gòu)，增加動(dòng)態(tài)和靜態(tài)信任度量模塊，篩選出授權(quán)節(jié)點(diǎn)集，用于門(mén)限簽名，同時(shí)存儲(chǔ)用戶身份等敏感信息。

本文方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：

⑴ 基于區(qū)塊鏈技術(shù)特性，可以保護(hù)認(rèn)證人身份信息的隱私性和認(rèn)證信息的不可篡改性;

⑵ 能夠快速高效地進(jìn)行認(rèn)證校驗(yàn)，并確保認(rèn)證校驗(yàn)結(jié)果是準(zhǔn)確的;

⑶ 能夠驗(yàn)證校驗(yàn)歷史認(rèn)證信息，可以溯源惡意認(rèn)證行為。

3.2 可信度量機(jī)制

本文采用了一種與時(shí)間因素關(guān)聯(lián)的可信度量模型[12-13]，通過(guò)引入歷史交互窗口、時(shí)效因子和懲罰因子，將直接可信度和間接可信度進(jìn)行聚合，形成一套動(dòng)態(tài)自適應(yīng)的可信度量機(jī)制，當(dāng)節(jié)點(diǎn)可信度降低到指定閥值時(shí)，重新執(zhí)行篩選授權(quán)節(jié)點(diǎn)集的可信度量機(jī)制，快速高效地選擇出可信的授權(quán)節(jié)點(diǎn)集用于本文的區(qū)塊鏈認(rèn)證系統(tǒng)中。

本文采用的可信度量機(jī)制在對(duì)節(jié)點(diǎn)可信性進(jìn)行度量時(shí)，采取了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)行為相結(jié)合、客觀與主觀因素綜合考量的策略進(jìn)行可信度量，在最大化節(jié)省區(qū)塊鏈計(jì)算資源前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)可信度量的目的。

靜態(tài)可信度量模塊是本文可信度量模型的基礎(chǔ)，主要評(píng)價(jià)指標(biāo)包括了操作系統(tǒng)完整性、內(nèi)核完整性、安全防護(hù)功能、安全防護(hù)軟件、物理硬件性能等眾多方面。如果區(qū)塊鏈中某一節(jié)點(diǎn)計(jì)算能力較強(qiáng)，能承擔(dān)較重的計(jì)算任務(wù)，則賦予其較高的可信度。

節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)行為為本文可信度量模型提供了細(xì)粒度的量化指標(biāo)，通過(guò)監(jiān)控區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，及時(shí)將可信度反饋給網(wǎng)絡(luò)其他節(jié)點(diǎn)，保證授權(quán)節(jié)點(diǎn)集的實(shí)時(shí)可信。動(dòng)態(tài)行為度量指標(biāo)主要包括挖礦效率、異常連接行為等。區(qū)塊鏈為了維護(hù)節(jié)點(diǎn)在線狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)之間需要以一定時(shí)間間隔進(jìn)行通信，動(dòng)態(tài)可信度量模塊依賴區(qū)塊鏈這種特性，在區(qū)塊鏈通信邏輯上，建立了動(dòng)態(tài)行為評(píng)估機(jī)制，有效地增加系統(tǒng)資源利用率。

3.3 系統(tǒng)運(yùn)行流程

本文方案以學(xué)生學(xué)歷認(rèn)證和就業(yè)單位校驗(yàn)流程為例，詳細(xì)介紹了本文方案具體流程，本方案的學(xué)歷學(xué)位證書(shū)可信認(rèn)證校驗(yàn)系統(tǒng)流程圖如圖2所示。

本文的學(xué)歷學(xué)位證書(shū)可信認(rèn)證系統(tǒng)主要采用了門(mén)限簽名方案，具體步驟如下。

⑴ 區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)基于前文所述的可信度量機(jī)制調(diào)整區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)，從而選擇出授權(quán)節(jié)點(diǎn)集。

⑵ 證書(shū)注冊(cè)單位注冊(cè)區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)并加入?yún)^(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)時(shí)，授權(quán)節(jié)點(diǎn)集需要對(duì)其進(jìn)行認(rèn)證。注冊(cè)單位生成自己的密鑰信息，然后執(zhí)行身份和密鑰的雙向認(rèn)證。

⑶ 認(rèn)證系統(tǒng)根據(jù)注冊(cè)單位提供的密鑰信息和盲化后的身份信息生成對(duì)應(yīng)賬戶的份額簽名，并發(fā)送至區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)。

⑷ 授權(quán)節(jié)點(diǎn)集對(duì)份額簽名進(jìn)行驗(yàn)證后，將其和節(jié)點(diǎn)中的其他份額簽名進(jìn)行合成，生成新的合成簽名。

⑸ 授權(quán)節(jié)點(diǎn)集利用合成的簽名生成簽名信息并對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。

⑹ 授權(quán)節(jié)點(diǎn)集將簽名信息公開(kāi)到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中并存儲(chǔ)到授權(quán)節(jié)點(diǎn)集，區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)加入和撤銷時(shí)，歷史簽名信息仍然能夠被校驗(yàn)。

⑺ 注冊(cè)單位通過(guò)自己的密鑰信息，生成對(duì)應(yīng)的認(rèn)證校驗(yàn)憑證，作為證書(shū)認(rèn)證依據(jù)，用人單位和學(xué)生可以通過(guò)憑證確認(rèn)證書(shū)的認(rèn)證情況。

⑻ 用人單位利用認(rèn)證校驗(yàn)憑證向區(qū)塊鏈發(fā)起學(xué)歷證書(shū)校驗(yàn)請(qǐng)求，區(qū)塊鏈?zhǔn)跈?quán)節(jié)點(diǎn)集在接收到請(qǐng)求后，確認(rèn)區(qū)塊鏈中的認(rèn)證信息，并將校驗(yàn)結(jié)果發(fā)送給用人單位。

⑼ 當(dāng)注冊(cè)單位請(qǐng)求查看認(rèn)證時(shí)，授權(quán)節(jié)點(diǎn)集在對(duì)授權(quán)用戶身份信息進(jìn)行驗(yàn)證成功之后，授權(quán)用戶才能查看認(rèn)證信息。

⑽ 當(dāng)注冊(cè)單位請(qǐng)求撤銷認(rèn)證時(shí)，授權(quán)節(jié)點(diǎn)集驗(yàn)證請(qǐng)求的有效性后，更新密鑰信息，并發(fā)布到其它節(jié)點(diǎn)。

需要說(shuō)明的是，典型的區(qū)塊鏈實(shí)現(xiàn)架構(gòu)是一種完全分布式系統(tǒng)，本文需要對(duì)區(qū)塊鏈架構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，以對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行動(dòng)態(tài)度量以選出授權(quán)節(jié)點(diǎn)集。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文基于區(qū)塊鏈去中心化、數(shù)據(jù)完整性等特征，對(duì)學(xué)歷學(xué)位證書(shū)認(rèn)證過(guò)程中相關(guān)操作進(jìn)行抽象，通過(guò)為用戶生成對(duì)應(yīng)的區(qū)塊鏈賬號(hào)，模擬區(qū)塊鏈交易流程，將認(rèn)證活動(dòng)轉(zhuǎn)化為交易行為。認(rèn)證過(guò)程視為用戶將自己的貨幣轉(zhuǎn)賬給認(rèn)證系統(tǒng)對(duì)應(yīng)區(qū)塊鏈賬號(hào)的活動(dòng)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)其貨幣收益，進(jìn)而得到選票票數(shù)，并進(jìn)行公示。通過(guò)本文方案可以保證認(rèn)證人的身份信息不可篡改、運(yùn)行校驗(yàn)認(rèn)證結(jié)果的準(zhǔn)確性、能夠校驗(yàn)歷史認(rèn)證消息也可以追溯惡意認(rèn)證行為。未來(lái)可以根據(jù)高校實(shí)際的需求，進(jìn)一步豐富各類功能，使區(qū)塊鏈及智能合約相關(guān)技術(shù)為高校學(xué)歷學(xué)位可信認(rèn)證溯源或其他需求提供更多的實(shí)際應(yīng)用和技術(shù)支撐。

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