基于區塊鏈技術的職業教育國家“學分銀行”建設研究

郭 冰

（北京農業職業學院 現代服務管理系，北京 102442）

2019 年2 月，國務院發布了《國家職業教育改革實施方案》（簡稱《方案》），對新時代職業教育改革提出了全方位規劃。《方案》明確提出“加快推進職業教育國家‘學分銀行’建設”，加強“終身學習服務”的要求[1]。職業教育國家“學分銀行”是在國家層面建立的學習成果與資歷管理制度與體系，旨在打破職業教育、社會培訓和企業之間的壁壘，統一技能學習與培訓成果認定，暢通技能人才成長渠道，是推動職業教育發展和終身教育體系建設的重要途徑，也是國際職業教育發展的趨勢[2-3]。職業教育國家“學分銀行”需要建構跨區域、行業和教育機構的信息化管理平臺，完成認定、存儲和轉換學習者在不同類型職業教育機構獲得的各種學習成果檔案。方便、可信、透明和安全的認證標準體系是對“學分銀行”的基本要求。區塊鏈（blockchain）技術作為一種新興的、革命性的信息管理技術，具有去中心化、自治性、信息不可篡改等特點[4]。探索區塊鏈技術在職業教育國家“學分銀行”建設中的應用，能夠滿足職業教育與培訓領域多元化信息管理、平等存取和高安全性的要求，能夠為職業教育創新發展和構建終身教育體系建設提供支撐。

1 區塊鏈的關鍵技術

1.1 分布式賬本技術

區塊鏈技術也稱為分布式分類帳技術，本質上是一個分布式數據庫[5]，它以安全且不可變的方式將信息打包到封閉的塊中，按時間順序存儲成數據鏈。塊的內容可以由用戶定義或隨機生成。新的區塊被追加到分類帳的末尾，每個新區塊持有對前一個區塊內容的引用，并使用公鑰加密機制確保安全性、一致性和不可逆。在對數據塊進行密封之前，應用一種加密的單向哈希函數（如SHA256），以確保塊的匿名性、不變性和緊湊性。

區塊鏈在P2P 網絡的多個對等點之間實現復制和同步。基于區塊鏈技術的網絡有公共區塊鏈、私有區塊鏈和聯盟式區塊鏈三種類型。公共區塊鏈是開放的，每個人都可以作為網絡節點加入網絡，所有區塊鏈數據都可以被訪問，為了保護參與者的隱私，有部分區塊鏈數據需要加密。私有區塊鏈只允許經過授權的節點加入網絡，訪問數據。聯盟式區塊鏈是共有和私有區塊鏈的混合，只允許選定的節點參與網絡，對于不同的節點分配差異化的權限。根據職業教育國家“學分銀行”平臺的特性，更適合采用聯盟式區塊鏈網絡技術，以此來對不同機構節點和用戶進行分類管理。

1.2 工作量證明

區塊鏈位于P2P 網絡上，網絡的每個節點都擁有已確認的分類賬狀態的復制和未經證實的數據池，數據需要打包成塊并添加到分類賬中[6]。為了使區塊鏈網絡保持一致，使分類賬內容的狀態以及打包成塊的方式達成一致，需要通過分布式共識協議來實現，以此驗證生成數據的時間順序。分布式協商一致協議的基本思想是，商定一個同伴來對仍未確認和未打包的數據塊準備和密封成最新的區塊。分布式共識算法有工作證明（proof of work，PoW）、股權證明（proof of stake，PoS）、委托證明（delegated proof of stake，DPoS）幾種機制。PoW、PoS 和其他技術背后的理念是，被選中的同行必須做出有價值的貢獻。這將導致競爭，最好的節點將獲得獎勵，同時降低了可能被攻擊的機會。這種機制在比特幣的發行、支付和驗證方面都有較好的應用。

DPoS 是委托權益證明，基本思想是每個節點將持有的權益作為選票投票給代表，獲得選票最多的節點作為區塊的創建者，完成記賬[5]。在職業教育國家“學分銀行”網絡中不需要競爭機制，采用DPoS 方式輪流選出記賬節點，能減少驗證和記賬節點數量，降低維護安全費用，提高網絡的效能。

1.3 數據塊

區塊鏈由一個個區塊（block）組成，每個區塊包括兩個部分：區塊頭（head）和區塊體（body）[5]。區塊頭記錄當前區塊的特征值，區塊體記錄實際數據。區塊頭包含了當前區塊的多項特征值，如，生成時間、數據的哈希、上一個區塊的哈希等。所謂“哈希”是計算機對任意內容計算出一個長度相同的特征值。區塊鏈的哈希長度是256 位的二進制數字，只要原始內容不同，對應的哈希一定不同。交易運行的過程是某人發出交易請求，交易請求首先被廣播到 P2P 網絡，然后由網絡的節點記賬，經過驗證確定交易正確性，新的區塊加入到一個已經存在區塊鏈中。

1.4 多重簽名技術

多簽名協議是公鑰密碼學領域中的概念，它使多方能夠聯合數字簽署商定的消息。在交易中，各方都有自己的私鑰，需要兩個或者兩個以上簽名才能生效，這就是多重簽名技術。多重簽名也叫做M-of-N 交易，M 是交易生效所要求的簽名數量，N 是參與本次交易的各方數量[6-7]。為了保障個人用戶的信息安全，“學分銀行”中的個人用戶將被分配一個2-2 多簽名地址，確保獲得的學分能準確、安全地傳輸到其地址。查詢將通過一個簡單易用的區塊鏈的客戶端來處理，從而使學分平臺的使用盡可能直觀和透明。

2 區塊鏈技術應用于國家“學分銀行”的設計

職業教育國家“學分銀行”建設需要解決信息查詢與共享、數據分布式存儲、學習過程軌跡記錄、數據安全性管理、學習成果認證等方面的問題[8]。區塊鏈作為一個去中心化的底層框架技術，是多種技術的有機整合，安全、透明、信息不可篡改是它最為重要的特點，能夠為“學分銀行”建設提供相應的解決方案。以下從網絡的體系架構、用戶管理及其與之相關的安全性管理和學習成果認證等方面進行分析探索。

2.1 “學分銀行”網絡體系架構

2.1.1 “學分銀行”的網絡結構

基于區塊鏈技術的職業教育國家“學分銀行”平臺需要對學生、教育機構的信息實現分布式的存儲，能根據用戶需求進行深度數據挖掘，滿足不同用戶的信息要求。因此，需要在學校的學籍管理系統、區塊鏈網絡、教育資源管理系統之間形成安全、順暢的數據通道。基于區塊鏈技術的分布式存儲網絡分成數據層、網絡層、區塊鏈層和用戶接口層（平臺層），各層的功能分析如下。

（1）數據層。當前學校已經建立了中心化的學籍管理系統，存儲著學生的學籍和成績等信息。中心化的存儲方式在發生故障時，中心節點的數據就無法讀取，數據的安全性較低。在傳統數據庫與區塊鏈技術的分布式存儲之間建立聯動機制，能夠保障數據的完整性和安全性。

（2）網絡層。區塊鏈技術沒有中心服務器，依靠用戶點對點交換信息，它需要網絡層來實現。主要功能是完成區塊鏈網絡中節點與節點之間的信息交換，主要包括P2P 組網機制、數據傳輸與驗證機制。這種方式的數據傳輸是在各個節點之間進行的，部分節點或網絡遭到破壞對其他部分影響很小。

（3）區塊鏈層。由學分信息區塊鏈組成，主要為用戶平臺層提供服務，工作模式為只讀方式，同時為網絡層的驗證機制提供數據同步服務。

（4）用戶接口層。用戶接口層直接面對用戶，為不同用戶提供客戶端應用程序。學校可以注冊新用戶，為學生生成地址，即“學分包”，能將“學分幣”轉移到學生的“學分包”中。學校、培訓機構等具有學分分發資格的組織用戶只能夠為已經注冊的用戶分發“學分幣”，企業用戶能夠通過學生提供的地址查詢學分信息。區塊鏈網絡節點通過REST API 為區塊鏈生態系統提供安全接口。

2.1.2 節點連接

區塊鏈網絡是一種P2P 網絡，當節點開始連接并與網絡中的其他節點通信時，將節點視為對等節點[8-9]。機構用戶在加入網絡時，必須設置一個網絡節點，這增加了安全性，因為節點越多，網絡就越安全。基于區塊鏈的“學分銀行”主要是用來管理和控制學分，職業院校、社會培訓機構和企業等機構必須至少運行一個網絡節點，向申請人提供“學分包”應用程序，并證明其身份。

機構的網絡節點是安裝了核心區塊鏈的客戶端，并運行分類帳完整副本的計算機，任何經認證的職業教育或培訓機構的網絡節點都可以加入該網絡。加入網絡的新節點將被分配令牌（token），并被要求建立網絡節點。節點的基本任務是，連接到區塊鏈網絡、存儲最新的分類賬、監聽交易、將有效交易傳遞到網絡中、監聽新密封的區塊、驗證新密封區塊確認交易，以及創建和傳遞新區塊。因為區塊鏈平臺將基于DPoS 共識協議，所以機構節點無須挖掘傳輸和計算能力。

系統將為每個學生建立職業教育與培訓個人學習賬號，也就是每個用戶將持有一個專門的區塊鏈“學分包”，用來存儲他的“學分幣”（token），即他完成的課程學分。個人用戶完成課程學習后，教育機構（職業院校、培訓機構、具有培訓資質的企業）會將“學分幣”轉移到他的區塊鏈地址，也就是存到他的“學分包”中。區塊數據信息包括提交信息的機構名稱或編號、“學分幣”（課程學分）、課程標識等。系統中的個人用戶作為接收者，只需提供其區塊鏈地址，“學分幣”就能存入其區塊鏈地址。

2.2 國家“學分銀行”的用戶管理

2.2.1 具有學分分發權限的機構用戶

區塊鏈網絡中的機構用戶包括職業院校、技能培訓機構和企業的培訓部門等。所有經過認證、能夠進行職業技能教育與培訓的組織，在網絡上具有平等的地位和相互信任的關系。一個新的機構加入職業教育國家“學分銀行”網絡，首先需要設置一個區塊鏈網絡節點，并由系統生成包含其公共密鑰和私有密鑰的區塊鏈“包”和地址，與區塊鏈網絡已有機構成員建立聯系。區塊鏈網絡接收到新機構的注冊請求后，首先驗證新機構的信息，然后將一個令牌傳輸到其區塊鏈地址，通過區塊鏈網絡處理該交易。當事務被確認后，區塊鏈網絡通過一個私有通道向新機構的節點發送一個隨機令牌的償還請求，經過驗證后，新機構節點加入區塊鏈網絡。

各個組織機構通過智能合約（smart contracts）[10-11]技術，能夠獲得對個人用戶進行學分“交易”的權利。也就是說，學生用戶在任何一個機構中完成學習任務后，該機構按照智能合約條款要求就能自動實現“學分幣”的分發，而不需要各個機構之間單獨簽訂合約。這種模式在互信的基礎上實現了權利分配，打破了以往職業院校對學分的壟斷。

2.2.2 學習者個人用戶

職業教育國家“學分銀行”對學習者管理的重點，是學習者的身份管理和學習記錄管理，要能夠識別所學的課程、實訓和實習、崗位培訓和工作經歷等。因此，信息安全、信息的有效性和學習時間認定是面臨的主要挑戰。在這種情況下，對數據進行加密，保障數據完整性是“學分銀行”平臺管理的重點。

個人用戶在機構的網絡節點進行注冊時，系統會生成一個“學分包”用來存放“學分幣”，以及一個包含公鑰和私鑰區塊鏈地址，用來對“學分包”進行管理。教育機構使用它的私鑰通過區塊鏈網絡，能夠將“學分幣”儲存到學生的區塊鏈地址上。學生使用收到的公鑰，并通過專用通道對區塊鏈“學分包”進行管理。學生在完成課程學習以后，教育或培訓機構查找學生的區塊鏈地址，設置學分，將區塊鏈“學分幣”轉賬到學生的“學分包”。

2.2.3 作為終端查詢的用戶

當一個組織機構，如企業、學校等想要核實學生的課程完成情況時，個人用戶必須將區塊鏈地址、簽名區塊鏈地址和兌換腳本發送給機構，機構要求個人用戶在地址上簽名，以驗證身份。當學生使用區塊鏈接口用地址和私鑰在消息上簽名時，會通知機構，由機構檢查簽名的消息。如果驗證了簽名消息，機構可以相信所提供的區塊鏈地址及其“學分幣”確實是學生的。機構使用區塊鏈網絡接口訪問區塊鏈數據，檢查地址中“學分幣”的數量，獲得的途徑和分發的機構等詳細信息。

3 國家“學分銀行”對職業教育發展的影響

3.1 分布式終身職業教育成為未來發展的方向

我國的職業教育體系屬于中央集權模式，它的特點是較高的社會承諾和較低的企業參與。職業教育一直以來都是一個封閉的領域，具有壟斷性，外部資源很難進入，即使是合作，也面臨著責、權、利難分的問題。內部機制僵化是職業教育改革的難點。基于區塊鏈技術建立的職業教育國家“學分銀行”，打破了職業教育的院校壟斷，職業院校不再是唯一的學分分發主體[12]，經過認證的組織機構都能分發，職業院校的壟斷地位被打破了。使權利分割、學分“交易”成為可能，學生利用手中的學分可以和任何一個組織或機構，通過網絡學習、崗位學徒等方式進行“交易”，形成分布式職業技術教育體系。

所謂分布式職業教育是指圍繞國家“學分銀行”，整合職業教育院校、社會培訓機構和企業教育等多個系統的資源，相互配合，完成職業教育和培訓這一核心業務。與傳統的以職業院校為本的教育系統相比，系統不再有中心，而是需要各個子系統根據自身的價值特長組合和聯接，完成業務邏輯。這種分布式職業教育實現了性能擴展和可靠性提升。所謂性能擴展是指系統負載高，單臺機器無法承載，希望通過使用多方力量來提高系統的負載能力。對應職業教育，指職業教育院校資源和能力與社會需求不匹配情況下，通過整合各方面的優質教育資源來滿足高質量、情境化的職業教育與培訓需求。在學習“場景”被打破后，通過5 G 網絡技術，學習者可以利用任何機構的優質學習資源和服務，獲得學分認證。對于教育機構來說，教育與培訓能力的擴展，不僅能夠獲得利益收入，其服務價值也在不斷增值。在這種背景下，更多主體將進入職業教育體系，任何組織、機構、甚至個人（大師工作室）都可以進行職業技能培訓，學生的學習成果都能被寫入“學分銀行”，其價值由市場來評價，打破了職業院校作為唯一評價主體的弊端。

3.2 需求驅動職業教育內容改革

需求驅動是指，職業教育與培訓是滿足勞動力市場的需求，也是滿足個人技術技能學習的需求。但是，由于職業院校與企業聯系較少，企業需求與職業院校之間缺少信息“傳導”機制，造成信息不對稱，同時職業院校在變革方面的靈活性不足，需求驅動機制失去了作用[13]。不可避免地導致供給滯后、不精確、無效供給等問題。

基于區塊鏈技術的國家“學分銀行”是基于自動分發技術，不以中心去確權。系統中的每個節點都有機會改變業務價值，從而能快速對社會需求做出響應。也就是說，職業院校、培訓機構和行業組織等只要能夠對需求作出有效的、高品質的響應，就能夠寫入到區塊鏈，增加了整個系統的靈活性。靈活性增加一方面是指職業教育對市場反應的靈活性，另一個方面是指職業教育對于學生需求的靈活性。傳統的職業教育很難滿足學生個體發展需求，主要原因是不愿意或沒有能力深入了解學生的需求，只能提供標準化的教育。而區塊鏈“學分銀行”不僅在架構上去中心化，權利上也去中心化。企業和個人用戶可以“廣播”自己的需求，通過若干條開放路徑，到達更多服務節點，再由某個平臺的中心化服務器提供服務。這樣用戶擁有更多的自主權，他們可以選擇、支付能夠提供高質量服務的節點，滿足自己的需求。這種背景下，教育和培訓機構就能更全面地了解學生學習的需求，提供設計顆粒更小、質量更高的資源，規劃更有個性的學習路徑，滿足學生的發展需求。

3.3 創造新的價值鏈

基于區塊鏈技術建立職業教育國家“學分銀行”使分布式的職業教育成為可能。這種背景下，作為教育與培訓機構的節點所創造的核心價值是不同的，也就是說職業院校、培訓機構、企業培訓部門等在整個系統的一個或幾個業務中是創造價值的，但不是創造所有的價值。這就要求各機構子系統進行價值鏈沉淀，即在整個系統中定位出使業務增值和升值的環節。各個子系統也只有通過高水平的設計，才能分發更多高附加值的“學分幣”，提升服務的價值。

當前職業教育中的校企合作面臨“校熱企冷”的局面[14]，針對高技能人才培養，還未形成一條完整的業務鏈。職業教育的產業要素不彰，產業的教育要素不顯，兩個系統難以合作融合。基于區塊鏈技術建立的職業教育國家“學分銀行”，使得各方的權利分散了，學生和企業可以根據自己的需求，借助“互聯網+”，整合學校、企業、行業、網絡教育等各方面的資源建立起新業務鏈，使職業教育從封閉走向開放。用人企業可通過“學分銀行”，規劃新的價值鏈，制定新的用人標準。無論是學生個人規劃的價值鏈，還是企業規劃的價值鏈，都能通過市場的手段迅速建立起來，其效率高于當前的校企合作機制，靈活性也會提升。

4 結語

職業教育國家“學分銀行”是建立終生教育體系的基礎。本研究利用區塊鏈技術，基于P2P 分布式網絡系統構建了“學分銀行”的原型，針對機構節點連入網絡、個人用戶管理、學分分發與管理、信息查詢進行了規劃設計。未來隨著5 G 網絡技術的發展，圍繞職業教育國家“學分銀行”，學校與企業在職業教育與培訓方面將進一步深度融合，相互之間的邊界將越來越模糊，分布式、需求導向的職業教育與培訓將成為發展方向，新的價值鏈將會重新構建。