區塊鏈技術在高校教育教學管理中的應用與挑戰

許月 張夏晨 高捷

摘? 要：傳統的中心化關系型數據庫由于存在的缺陷較多，已經逐漸無法滿足高校教育教學管理對隱私和安全保護的需求。為此，必須要積極探索建設基于區塊鏈技術的高校教育教學管理系統。該文先簡要介紹了區塊鏈技術，然后分析了區塊鏈技術在高校教育教學管理中的應用優勢，再闡述了區塊鏈技術在高校教育教學管理中的主要應用，最后提出了區塊鏈技術在高校教育教學管理中的應用挑戰，希望能夠給這方面工作帶來一定的參考和助益。

關鍵詞：區塊鏈技術? 高校? 教育教學管理? 應用? 挑戰

中圖分類號：G643? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2020）09（c）-0038-03

Abstract： The traditional centralized relational database has been unable to meet the needs of privacy and security protection in university education and teaching management due to its many defects. Therefore， it is necessary to actively explore the construction of university education and teaching management system based on blockchain technology. This paper first briefly introduces the blockchain technology， then analyzes the application advantages of blockchain technology in university education and teaching management， and then expounds the main application of blockchain technology in university education and teaching management， and finally puts forward the application challenges of blockchain technology in university education and teaching management， hoping to bring some reference and help to this work.

Key Words： Blockchain technology; Universities; Education and teaching management; Application; challenge

當今時代，隨著大數據與互聯網的不斷發展，雖然給高校教育教學領域帶來了巨大的革新，但與此同時，學生教育管理建設也遇到了一些隱私保護與信息安全方面的挑戰。區塊鏈技術作為一種分布式公共儲存技術，在很多領域包括教育教學領域中得到了較為廣泛的應用。不過，目前區塊鏈技術在教育教學領域中的應用尚處于起步階段，所以我們有必要進一步深入研究區塊鏈技術在高校教育教學管理中的應用與挑戰問題。

1? 區塊鏈技術簡介

區塊鏈技術是一種為解決中心化關系型數據庫儲存的效率低、成本高、數據安全性低等問題，而利用去中心化的分布式數據庫儲存信息數據，借助數據加密、工作量證明、時間戳技術等手段對信息進行記錄與傳播，在無信任前提的各儲存節點分布式網絡中進行去中心化信用的點對點傳輸、協作及協調的技術。總體而言，區塊鏈技術主要可分為3種體系：一是可編程數字加密貨幣體系;二是可編程金融體系;三是可編程社會體系。目前，區塊鏈技術已經成為了很多領域的重點研究課題，也已經在部分領域中得到了比較廣泛的應用，如教育教學領域、經濟領域、科技領域等，可以說區塊鏈技術的應用為這些領域帶來了新的技術變革。區塊鏈的基礎模型主要包括以下幾層：（1）數據層。主要任務是借助數據加密、時間戳技術等手段將信息數據封裝在數據區塊中。（2）網絡層。主要任務是借助數據傳播、數據驗證、分布式組網等機制將節點參與進數據校驗過程當中。（3）共識層。主要任務是借助共識算法使去中心化系統中的工作量證明等各個節點達成共識。（4）激勵層。主要任務是借助經濟激勵的發行與分配機制使節點數據驗證時得到利益最大化。（5）合約層。主要任務是對各類腳本、算法及智能合約進行封裝。（6）應用層。主要任務是對技術的相關應用場景和案例進行封裝。并且，在其基礎模型中還包含了三大創新模塊，分別是：鏈式區塊結構（基于時間戳技術）、分布式節點（基于共識機制）、激勵機制（基于共識算法）。

2? 區塊鏈技術在高校教育教學管理中的應用優勢

區塊鏈技術在高校教育教學管理中的應用優勢主要在于以下幾點：（1）公開透明。由于區塊鏈技術具有公開透明的特點，所有資源創建信息都能夠被真實地查詢、追蹤及獲取到，所以在基于區塊鏈技術的高校教育教學管理平臺上，教師可以真實地掌握學生的學習記錄、轉發記錄等信息。（2）去中心化。由于區塊鏈技術采用的是去中心化的分布式結構，所以可以方便學生進行數據共享，并且去中心化的網絡結構還能夠更好地保障數據安全。（3）不可篡改。（4）高冗余度。（5）可編程特性。由于區塊鏈技術具有靈活的可編程性，所以可以幫助拓展高校教育教學管理平臺的應用，以便于探索更加豐富的教育教學場景。

3? 區塊鏈技術在高校教育教學管理中的主要應用

3.1 基于區塊鏈技術進行學生成績管理

在目前的高校學生成績管理中，大多是將學生成績檔案儲存于校內集中式數據庫當中，并由該校進行統一管理。不過，近年來隨著學生對學習內容與學習過程的自主管理需求的日益提升，傳統的學生成績管理方式已經不再適用于實際情況，逐漸被淘汰乃是必然趨勢。而基于區塊鏈技術進行學生成績管理，可以有效改進傳統學生成績管理方式的弊端，將學生的學習過程與學習結果全面呈現出來。同時，學生自身在出國留學、人才交流時也可以向各相關高校和科研機構出示自己的區塊鏈成績單，而不必再麻煩地專門向申請學校開具學習證明、成績單等資料。

3.2 基于區塊鏈技術進行學生學習檔案管理

在傳統的高校教育教學管理系統中，主要是由校方對學生的信息數據進行統一錄入和集中保存，因此當學生在進行考研等時，跨學校往往很難獲取到學生的學習檔案信息。如果基于區塊鏈技術進行學生學習檔案管理的話，則可以對這一問題進行有效解決，因為基于區塊鏈技術所搭建出的高校教育教學管理系統具有去中心化的特征，既開放又自主，可以有效解決傳統高校教育教學管理系統無法跨機構、跨系統等問題。具體來說，基于區塊鏈技術的管理是將學生的學習檔案信息儲存在區塊鏈上，并提供一個相應的二維碼作為公開密鑰或身份標識符，這樣其他高校或科研機構即可利用這個二維碼來訪問學生的個人學習檔案。同時，學生也可以利用個人私鑰來實時獲得自己的學習檔案信息，以保證個人數據的安全性與私密性。基于區塊鏈技術的高校教育教學管理系統是一種全新的信息組織形態，它實現了由學生個人掌握自己的信息數據，而無須把數據托管給學校進行集中管理。

3.3 基于區塊鏈技術進行學生學位、學歷認證

無論是在高校招生、用人單位招聘、還是在出國留學與人才交流時，均需要涉及學生學位、學歷的認證。在學生學位、學歷的認證過程中，主要會涉及學校、學生及需要認證方等幾個主體。而就學生學位、學歷認證的現狀來看，主要存在著以下幾點問題：（1）耗時較長，往往會浪費大量的時間。（2）費用較高，成本花費較大。（3）數據維護成本較高，后期的總成本投入較大。在有了區塊鏈技術之后，高校基于區塊鏈技術進行學生學位、學歷認證，可以有效改善上述問題。基于區塊鏈技術進行學生學位、學歷認證是指將學生的學位、學歷等檔案信息儲存在區塊鏈的相應區塊上，對區塊鏈上各項信息的增、刪、改、查等權限進行有效控制。同時，高校根據需要認證方所提供的數字身份信息等授予它們信息查詢權限，需要認證方在進行學生學位、學歷信息查詢時只需通過多重簽名來進行校驗即可，而不必浪費過多的時間或花費過高的成本。另外，學生方面也保存有私鑰，以用于對個人數字文件進行簽名，從而確保自己的信息不會被篡改。由于區塊鏈技術的分布式儲存模式可以將傳統的集中式儲存模式完全替代，而不用如以往一般建立龐大的數據庫，所以可以大大降低數據維護成本。

4? 區塊鏈技術在高校教育教學管理中的應用挑戰

4.1 學生數據儲存空間問題

在傳統的區塊鏈學生信息數據庫系統中，至少需要有60GB的儲存空間才能夠滿足單個節點同步數據的需求，而現有的民用儲存設備雖然可以滿足這一儲存量需求，但仍舊需要盡快開發出能夠推廣至大規模的跨機構學生信息數據庫系統。由于需要保持區塊鏈中各節點的數據完全同步，所以當節點儲存的區塊鏈數據量出現急劇增加時，必然會對高校及學生實時更新數據信息造成一定的影響。

4.2 學生數據大規模處理效率問題

目前高校中正在使用的基于區塊鏈技術的高校教育教學管理系統大多網絡節點規模較小，而未來如果要想大規模應用區塊鏈技術的話，則必然需要面對網絡中包含的數十億個節點，這對于學生信息數據的大規模高效處理來說是一個不小的挑戰。就現狀來看，學生數據大規模處理效率問題是限制區塊鏈技術在高校教育教學管理高頻讀寫場景中應用的主要因素之一。再者，確認時間也是一個難點問題，在目前的區塊鏈高校教育教學管理系統中，單個區塊的生成時間一般是10min，這顯然給系統在頻繁提交學生數據和儲存時間敏感數據等方面造成了較大限制，影響了系統管理的實時性與高響應。

4.3 學生數據隱私和安全問題

雖然區塊鏈技術支持多簽名復雜權限管理、自帶信任化、可防篡改，但是從整個區塊鏈網絡的角度上來看，其中仍舊存在著一些數據隱私和安全問題。以往學生是通過公鑰地址來實現數據的傳輸與儲存，雖然個人身份信息是匿名的，然而數據交換記錄卻是公開、可查的，所以一旦學生的身份標識與真實身份被聯系起來的話，那么其個人信息即會遭到泄露，隱私性和安全性無法得到有效保障。而區塊鏈技術在數據加密與解密方面所采用的則是公鑰與私鑰的非對稱密鑰機制，其可以有效保證數據儲存過程的安全性與可靠性。不過，對于私鑰的保存和使用問題，仍舊值得關注。因此在區塊鏈技術的研究中，安全性威脅一直是一項重點研究的問題。據已有研究表明，基于工作量證明共識過程的區塊鏈面臨著51%攻擊問題，也就是說，若區塊鏈網絡節點擁有全網51%以上的算力的話，即可對區塊鏈中儲存的數據進行篡改和偽造。基于股權證明的共識過程雖然能夠解決51%攻擊問題，但同時也會產生一些新的N@S攻擊問題。未來，隨著數學、密碼學以及各種新計算技術的不斷發展，區塊鏈技術的非對稱加密機制必然會變得越來越脆弱，甚至存在一定的被破解可能性。所以，區塊鏈技術在高校教育教學管理中應用之時，學生數據隱私和安全問題始終是一項潛在風險問題。

5? 結語

綜上所述，區塊鏈技術在高校教育教學管理中的應用主要體現在基于區塊鏈技術進行學生成績管理、進行學生學習檔案管理以及進行學生學位、學歷認證等。但目前在區塊鏈技術的實際應用中，仍舊面臨著學生數據儲存空間問題、學生數據大規模處理效率問題、學生數據隱私和安全問題等挑戰，所以未來的研究重點主要在于解決這些問題。

參考文獻

[1] 李倩舒.區塊鏈助力社區教育發展的路徑研究——基于常州市“互聯網+社區教育”的現狀調查[J].成人教育，2020，40（7）：32-36.

[2] 姜瑜.“互聯網+教育”課程學習平臺教學管理研究[D].青海師范大學，2018.

[3] 王夢豪，曹蕾，羅皓月.基于區塊鏈技術的職業教育體系應用研究[J].成人教育，2020，40（6）：28-34.

[4] 朱祎.熱技術下的冷思考：區塊鏈在教育領域應用的理性審視[J].終身教育研究，2020，31（3）：34-40.

[5] 孫樹文.現代遠程開放教育教學管理問題的研究[D].新疆農業大學，2016.

[6] 吳玲燕.區塊鏈技術在研究生教育教學管理中的應用與挑戰[J].天津科技，2019，46（3）：6-10.

[7] 肖建宏.基于區塊鏈技術的高校企業實踐教學管理系統[J].現代計算機，2019（20）：96-100.

[8] 李倩舒.區塊鏈技術與社區教育教師工作創新深度融合的策略研究——以常州開放大學為例[J].廣州廣播電視大學學報，2020，20（2）：1-4，12，107.