俞 犇，張剛要

（南京郵電大學教育科學與技術學院，江蘇南京 210023）

0 引言

當前，我國的“扶貧開發(fā)”正處于以“精準”為指向和原則的攻堅階段。習近平同志曾強調(diào)：“要探索‘區(qū)塊鏈+’在民生領域的運用，積極推動區(qū)塊鏈技術在教育領域的應用，為人民群眾提供更加智能、便捷、優(yōu)質(zhì)的公共服務?！保?］然而，我國當下的“教育扶貧”似乎與“精準”尚有些距離，因此經(jīng)常被詬病。例如，扶貧對象識別模糊［2］、幫扶與需求脫節(jié)［3］等“偏離、脫靶”現(xiàn)象時有發(fā)生，導致教育扶貧“低質(zhì)、低效”［4］，制約了教育扶貧的真正效果［5］。為擺脫這一困境，利用信息化促進教育精準扶貧的呼聲日漸高漲［6］。較為典型的工作有：劉通等［7］提出將區(qū)塊鏈技術與學習評價相結合的方案，全方位地跟蹤學生學習軌跡，從而改善學生學習行為；張忠義等［8］探索通過衛(wèi)星和互聯(lián)網(wǎng)等遠程學習方式進行教育扶貧的應用路徑；魏順平等［9］提出基于云服務的教育精準扶貧實施的3 個落地項目；劉軍等［10］對教育信息化公共服務平臺在民族地區(qū)的應用進行了分析與展望。凡此種種，似乎都在表明，技術和環(huán)境上的突破與創(chuàng)新，或許是提高教育扶貧精準度的有效途徑。近幾年，區(qū)塊鏈技術發(fā)展迅速，并被認為是互聯(lián)網(wǎng)革命之后的又一個“風口”。與以往研究相比，本研究把焦點集中在區(qū)塊鏈技術具有的一些創(chuàng)新性的機制和特征上，如去中心化、開放透明、支持智能合約、數(shù)據(jù)不可篡改且可追溯等，以期為解決教育扶貧實踐中的“脫靶”“失焦”問題提供新思路與技術支持。

1 區(qū)塊鏈基本概念與核心機制

1.1 區(qū)塊鏈基本概念

區(qū)塊鏈最早屬于比特幣應用的底層技術，之后區(qū)塊鏈逐漸脫離比特幣，開始在金融、征信、產(chǎn)品溯源、版權交易等諸多領域嶄露頭角。區(qū)塊鏈是一種用于存儲數(shù)據(jù)的特定數(shù)據(jù)結構，其本質(zhì)上是一個去中心化的分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，并通過基于P2P 的網(wǎng)絡使數(shù)據(jù)存儲在各個節(jié)點上。每個節(jié)點彼此銜接形成鏈條，因而被稱為區(qū)塊鏈［11］。區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)以區(qū)塊形式存儲，每個區(qū)塊由區(qū)塊頭和區(qū)塊體兩部分組成。區(qū)塊體主要用于存儲數(shù)據(jù)信息，其數(shù)據(jù)基于Hash 算法進行加密存儲，并以Merkle 樹的結構逐層反映到區(qū)塊頭中。任何底層數(shù)據(jù)的變動都會通過其父節(jié)點沿著路徑傳到樹根，意味著樹根的值是對所有數(shù)據(jù)內(nèi)容的加密摘要。區(qū)塊頭主要記錄時間戳、哈希值、隨機數(shù)等，以保證區(qū)塊鏈上數(shù)據(jù)的難以篡改與可追溯。每個新產(chǎn)生的區(qū)塊通過匹配出符合規(guī)定的哈希值與前一個區(qū)塊相連接，構成一個線性的數(shù)據(jù)鏈，如圖1 所示。

Fig.1 Structure of blockchain圖1 區(qū)塊鏈結構

1.2 區(qū)塊鏈核心機制

區(qū)塊鏈隨著比特幣的興起而進入公眾視野，隨后受到前所未有的關注，并廣泛應用于各個領域，被認為是“未來世界發(fā)展的關鍵性技術”，其核心機制和特征主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）去中心化的共識機制。從本質(zhì)上看，區(qū)塊鏈是一個分布式的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，意味著其沒有一個明確的中心對每個節(jié)點進行俯瞰式的全面管理。具體來看，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡中的所有節(jié)點擁有對等的權限，均有權利對網(wǎng)絡中的區(qū)塊進行維護。而且只要所有節(jié)點達成共識，節(jié)點的更新或少數(shù)節(jié)點的過失，不會影響整個區(qū)塊鏈網(wǎng)絡的正常運作。

（2）智能合約機制。傳統(tǒng)契約必須由人手動執(zhí)行，所以執(zhí)行過程中不可避免地滲透著人的主觀思想。但是智能合約不同，尼克·薩博最早提出智能合約的概念，他認為“智能合約是一套數(shù)字形式定義的承諾，包括合約參與方可以在上面執(zhí)行這些承諾的協(xié)議”［12］。也即是說，智能合約本質(zhì)上是一種預先由代碼編寫好的數(shù)字化合同，當滿足觸發(fā)條件時，就會通過網(wǎng)絡節(jié)點自動執(zhí)行，不需要他人操縱。由此，智能合約既避免了手動過程，又可保障違法違約現(xiàn)象不會發(fā)生。

（3）可追溯機制。在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡中，數(shù)據(jù)以區(qū)塊方式進行存儲，并且采取哈希算法，將前后兩個相互獨立的區(qū)塊連接起來，進而形成一條鏈條，為信息的有效傳遞提供便利。因此，區(qū)塊鏈上的每一個區(qū)塊均可進行實時追蹤，一旦出現(xiàn)節(jié)點被篡改的情況，可以順著鏈條進行精準地定位與分析。

（4）安全機制。根據(jù)區(qū)塊鏈去中心化的共識機制，任何節(jié)點的更新需要得到所有節(jié)點共識。這促進了信息在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡中的流通，降低了信息在各個節(jié)點之間的不對稱性?？勺匪輽C制使得區(qū)塊鏈中的每一條數(shù)據(jù)都可得到查證，確保數(shù)據(jù)安全、有序。從技術原理上講，區(qū)塊鏈采用了Merkle 樹、哈希算法、時間戳與非對稱加密等安全強度較高的技術，提升了系統(tǒng)的安全性。

2 基于MC+nSC 架構的教育精準扶貧區(qū)塊鏈模型構建

2.1 模型構建原則

針對當前教育扶貧實踐中存在的扶貧對象識別模糊、幫扶與需求脫節(jié)等“精準偏離”問題，根據(jù)前文對區(qū)塊鏈基本概念與核心機制的分析，本文提出構建教育精準扶貧區(qū)塊鏈模型的幾個基本原則：

（1）扶貧對象精準識別、扶貧項目（資金）與扶貧對象精準匹配等環(huán)節(jié)無需可信第三方背書（與區(qū)塊鏈去中心化的共識機制高度契合），系統(tǒng)能夠在透明的環(huán)境下自動進行智能處理（與區(qū)塊鏈智能合約機制高度契合），各種記錄不僅難以篡改，而且支持追溯、查詢與申訴（與區(qū)塊鏈去中心化的共識機制及可追溯機制契合度較高）。

（2）教育精準扶貧區(qū)塊鏈上的用戶必須實名制，入鏈前必須經(jīng)過相關部門的嚴格審核。同時，還必須設法保護用戶隱私。因此，除充分利用區(qū)塊鏈的安全機制外，還需要從區(qū)塊鏈架構方面考慮數(shù)據(jù)安全和隱私問題。

（3）目前較為流行的幾種共識算法尚存在弊端，如PoW 具有低效、耗能的缺陷，PBFT 網(wǎng)絡開銷特別大等［13］。因此，教育精準扶貧區(qū)塊鏈必須根據(jù)實際情況進行綜合考慮，選擇或設計一種較為優(yōu)化的共識算法，以提高系統(tǒng)運行效率。

2.2 模型架構設計

傳統(tǒng)區(qū)塊鏈應用的數(shù)據(jù)鏈架構基本都是單鏈結構，即所有數(shù)據(jù)都存儲在一條通用鏈上。但該方式存在如下弊端：一是鏈上所有節(jié)點都能訪問這些數(shù)據(jù)（包括用戶信息），使得用戶隱私得不到有效保護；二是日益增多的數(shù)據(jù)使得區(qū)塊鏈節(jié)點臃腫、笨重，極其消耗資源，導致執(zhí)行速度慢，達不到高并發(fā)、快速響應的要求。基于此，本文設計了一種MC+nSC 的數(shù)據(jù)鏈架構，其中MC（Main Chain）是主鏈，即精準匹配鏈，nSC（Secondary Chain）是多條次鏈，這里是扶貧項目（資金）鏈和扶貧對象鏈，三鏈有機結合形成了教育精準扶貧區(qū)塊鏈模型，如圖2 所示。

Fig.2 Blockchain model of educational precision poverty alleviation based on MC+nSC圖2 基于MC+nSC 架構的教育精準扶貧區(qū)塊鏈模型

為保證3 條鏈中的原始數(shù)據(jù)可信、不可篡改，提高系統(tǒng)執(zhí)行效率，模型通過Hash 運算記錄各類數(shù)據(jù)摘要，并采用Merkle 樹的方式進行存儲。也即是說，扶貧對象數(shù)據(jù)、扶貧項目（資金）數(shù)據(jù)和匹配數(shù)據(jù)存儲在分布式數(shù)據(jù)庫中，并不納入?yún)^(qū)塊鏈，而3 條鏈中的區(qū)塊數(shù)據(jù)分別采用Merkle 樹存儲來自數(shù)據(jù)庫中相應數(shù)據(jù)的Hash 值。3 條鏈中區(qū)塊數(shù)據(jù)記錄結構如表1 所示。

Table 1 Structure of data recorded in three chains表1 3 條鏈中區(qū)塊數(shù)據(jù)記錄結構

該架構具有如下優(yōu)勢：①扶貧對象是作為一條單鏈存在的，因此利用區(qū)塊鏈的智能合約與共識機制對其進行精準識別，既能保證公平、公正及不可篡改，又能保證用戶的隱私安全；②扶貧項目（資金）鏈和扶貧對象鏈的最新Hash值作為精準匹配鏈的數(shù)據(jù)項嵌入其塊頭，使得3 條鏈能夠有機結合起來，進而實現(xiàn)3 鏈協(xié)同工作，提高精準匹配效率；③通過3 條鏈將扶貧對象信息、扶貧項目（資金）信息與匹配數(shù)據(jù)分離，可減少區(qū)塊信息的冗余量，提高系統(tǒng)吞吐率與共識速度。

3 模型主要功能實現(xiàn)機理

3.1 區(qū)塊鏈上節(jié)點數(shù)據(jù)共識算法

根據(jù)區(qū)塊鏈去中心化的共識機制，當有新節(jié)點入鏈時，需要得到所有節(jié)點認可，這就涉及到共識算法問題。目前較為流行的共識算法主要有POW、POS、DPOS 和PBFT，其差別主要體現(xiàn)在去中心化程度和計算機資源消耗兩方面。本文根據(jù)教育精準扶貧的現(xiàn)實需要，兼顧安全性和效率，將DPOS 與PBFT 結合起來進行折中及優(yōu)化處理［14］，即無需全網(wǎng)所有節(jié)點都進行數(shù)據(jù)共識，而是選取幾個代表負責共識工作，并將共識結果向全網(wǎng)所有節(jié)點廣播。這樣既避免了POW 效率低及耗能高的不足，又避免了PBFT 對帶寬要求過高的缺陷。具體算法流程如下：

步驟1：從全網(wǎng)節(jié)點中選取代表，其中總代表一個，普通代表若干個。

步驟2：扶貧對象節(jié)點與扶貧項目（資金）節(jié)點分別向全網(wǎng)廣播扶貧對象信息和扶貧項目（資金）信息，總代表負責收集這些信息，并將其排序后生成信息列表，之后廣播給所有普通代表。

步驟3：每個普通代表均對信息列表中的信息進行驗證，驗證通過后向所有其他普通代表廣播準備消息。

步驟4：當一個普通代表收到不少于三分之二其他普通代表的準備消息時，便向總代表廣播預確認消息。

步驟5：當總代表收到不少于三分之二普通代表的預確認消息時，則可向全網(wǎng)廣播確認消息，即信息列表中的信息得到全網(wǎng)認可，可將其添加到區(qū)塊鏈中生成一個新區(qū)塊。

3.2 扶貧對象精準識別實現(xiàn)機理

扶貧對象的精準識別主要在扶貧對象鏈中完成，其實現(xiàn)機理如下：

步驟1：貧困戶入鏈時，需要向扶貧系統(tǒng)提供貧困對象屬性信息，主要包括：姓名、年齡、家庭所屬區(qū)域、家庭收入、家庭住房、家庭成員身心健康情況、未成年子女上學情況、目前從事職業(yè)及職業(yè)技能掌握情況、已受教育程度、是否有受教育的能力、是否有受教育的意愿等，且這些信息必須經(jīng)過相關部門的嚴格審核，確保其真實、有效。

步驟2：扶貧系統(tǒng)自動啟動貧困對象識別智能合約對用戶屬性進行分析，精準識別其致貧原因、貧困等級及幫扶需求等信息，進而生成注冊記錄并打上生效時間戳。

步驟3：利用共識算法驗證上述注冊記錄，若通過驗證則生成一個區(qū)塊。即總代表節(jié)點將這些注冊記錄打包成區(qū)塊，向全網(wǎng)的普通代表節(jié)點廣播，從而進行審核與共識。全網(wǎng)確認后，總代表節(jié)點將新區(qū)塊添加到扶貧對象鏈尾端。

3.3 扶貧項目（資金）與扶貧對象智能匹配實現(xiàn)機理

扶貧項目（資金）與扶貧對象的自適應精準匹配主要在精準匹配鏈中完成，具體過程如圖3 所示。

在精準匹配鏈運行過程中，扶貧項目（資金）與扶貧對象精準匹配實現(xiàn)機理如下：

步驟1：扶貧系統(tǒng)（以下簡寫為PAS）生成自己的公鑰和私鑰，扶貧項目（資金）節(jié)點（以下簡寫為PAP）和扶貧對象節(jié)點（以下簡寫為PAT）生成各自的公鑰、私鑰與地址。

Fig.3 Intelligent matching process of poverty alleviation projects（funds）and poverty alleviation objects圖3 扶貧項目（資金）與扶貧對象智能匹配流程

步驟2：PAP和PAT分別向全網(wǎng)廣播自己的消息。其中，PAP 廣播的消息主要包括身份以及項目（資金）的類別、用途與目的、使用條件與范圍（含禁止使用的情況）等，PAT 廣播的消息主要包括身份、致貧原因、貧困等級、幫扶需求等。

步驟3：PAS 自動啟動精準匹配智能合約，對PAP 與PAT 進行自適應精準匹配，生成具體的智能合約，并用PAS的私鑰進行加密。

步驟4：根據(jù)具體的智能合約，PAP 首先到PAT 地址上尋找與之匹配的PAT 公鑰，并與PAT 自己提供的公鑰進行對比，以驗證其身份。一旦身份確認，則向PAT 回傳消息（與之匹配的扶貧項目、資金等信息），并用PAT 的公鑰進行加密。

步驟5：PAT 收到消息后，首先用自己的私鑰解密，查看PAP 的消息，然后通過PAP 提供的地址找到其公鑰，確認PAP 身份。對于PAP 的信息內(nèi)容，如果沒有異議，則生成注冊記錄（即具體匹配計劃或方案）并打上生效時間戳。

步驟6：利用共識算法驗證上述注冊記錄，若通過驗證則生成一個區(qū)塊。即總代表節(jié)點將這些記錄打包成區(qū)塊，向全網(wǎng)的普通代表節(jié)點廣播，從而進行審核、共識與監(jiān)督。全網(wǎng)確認后，總代表節(jié)點將新區(qū)塊添加到精準匹配鏈的末端。

步驟7：PAP 向PAT 進行自動或半自動的點對點資金劃撥，或傳送具體的扶貧項目實施方案。

3.4 安全與隱私保護

本模型實現(xiàn)機理為數(shù)據(jù)安全提供了保障。首先，通過去中心化共識機制，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡中的所有節(jié)點形成合力，共同維護節(jié)點的更新。其次，精準匹配鏈中的匹配記錄都利用了非對稱加密技術，與傳統(tǒng)加密方法不同，其通過使用公鑰和私鑰，進一步增強數(shù)據(jù)的安全性。另外，對扶貧對象的精準識別、貧困對象與扶貧項目（資金）的精準匹配，都是基于智能合約自動執(zhí)行的，不需要人為干預，所以匹配過程不受人價值判斷的影響。最后，本模型使用多鏈架構，將貧困對象數(shù)據(jù)放在一條單獨的次鏈上，扶貧項目（資金）數(shù)據(jù)放在另一條單獨的次鏈上，實現(xiàn)了在主鏈上進行私密的精準匹配，有效保障了兩條次鏈數(shù)據(jù)的隱私性。

4 結語

為解決教育扶貧實踐中的“脫靶”“失焦”問題，本文在區(qū)塊鏈核心機制的基礎上，提出構建教育精準扶貧區(qū)塊鏈模型的3 個基本原則，設計了一種MC+nSC 的數(shù)據(jù)鏈架構，并從理論上深入剖析3 鏈協(xié)同工作的機理。具體來看：①區(qū)塊鏈技術的共識機制和智能合約機制保證了數(shù)據(jù)的開放性與透明性，從技術層面消除了社會成員之間的不對稱性，將無關信息資源轉化為“可信任的價值資源”［15］，從而精準識別出最需要幫助的人并加以幫扶［16］；②可追溯機制與安全機制確保參與者能誠實地工作［17］，并且通過對扶貧過程的全面審視與追溯［18］，有效保證了數(shù)據(jù)的客觀性與真實性。因此，該模型能夠提供扶貧對象精準識別機制以及扶貧項目（資金）與貧困對象的自適應精準匹配機制，同時保證數(shù)據(jù)信息的透明性、安全性和隱私性，具有很好的應用前景。

中共十九屆四中全會明確提出“堅決打贏脫貧攻堅戰(zhàn)，鞏固脫貧攻堅成果，建立解決相對貧困的長效機制，將扶貧工作持續(xù)嵌入至中國特色社會主義現(xiàn)代化建設中?！保?9］無疑，區(qū)塊鏈能為實現(xiàn)鞏固與拓展脫貧攻堅成果的戰(zhàn)略目標提供技術支持。但同時也要看到，區(qū)塊鏈技術仍處于理論階段，在很多方面尚存不足。如何破解當前的技術瓶頸［20］、信息孤島、資源不均衡等問題，是利用信息化促進教育精準扶貧面臨的挑戰(zhàn)。希望同行及相關機構加大對區(qū)塊鏈應用于教育精準扶貧的研究力度，同時提高其在實際扶貧應用中的可操作性。