基于區塊鏈教育管理系統的設計與應用研究

◆朱慶宏 苗澤惠

（1.吉林建筑大學經濟與管理學院 吉林 130000；2.吉林建筑大學經濟與管理學院 吉林 130000）

《“十三五”國家信息化建設》提出加強區塊鏈等新技術基礎研發和前沿布局，故區塊鏈技術又被稱為是繼互聯網、大數據、物聯網、云計算又一顛覆性前沿技術，2019年10月25日，習近平總書記在中央政治局第十八次集體學習時強調：把區塊鏈作為核心技術自主創新的重要突破口，加快推動區塊鏈技術和產業創新發展。作為去中心化的網絡技術框架，區塊鏈已經在金融、公證、數字資產領域獲得廣泛應用。如果把區塊鏈技術應用到教育管理系統領域也是大有可為。教育系統領域層面主要包括在線教育、檔案管理、學歷認證、評教系統、教育投入產出等等，由于互聯網具有數據不安全和隱私泄露的風險，基于區塊鏈技術所具有的去中心化、數據不可篡改、可匿名、自信任、可編程、真數據等特點，通過區塊鏈技術可解決數據真實性和安全問題。

1 區塊鏈的概述

1.1 區塊鏈的概念

區塊鏈技術是繼互聯網又一顛覆性前沿技術，起源于學者“中本聰”發表的奠基性論文《比特幣：一種點對點現金交易系統》，目前尚未形成統一的定義，狹義來講，區塊鏈是一種按照時間順序將數據區塊以鏈條的方式組成的特定數據結構，以密碼學的方式保證的不可篡改、不可偽造的去中心化共享總賬，能存儲簡單的、有時間順序的，能在系統內驗證的數據。

1.2 區塊鏈的特點

從區塊鏈的概念中可總結出：區塊鏈技術具有去中心化、數據不可篡改、可匿名、自信任、可編程、真數據的六大特點

1.2.1 去中心化

區塊鏈以P2P 網絡為支撐，所有節點共同參與、共同監督。不再依賴第三方機構提供的數據服務，各個節點之間在相互信任的基礎上實現點對點交易。

1.2.2 數據不可篡改

區塊鏈采用分布式共享式總賬，記錄著按照時間順序加入的不同的區塊。同時利用哈希算法將所有交易數據的哈希值作為葉子節點構造Merkle 樹，樹根作為Merkle 樹的哈希值被記錄到區塊頭部。當有一個數據區塊發生改變時，將引起整個哈希序列的改變，同時分布式總賬記錄了完整的數據區塊，局部的改變并不影響區塊中記錄的賬簿數據以及區塊數據本身的不可篡改性。

1.2.3 可匿名

區塊鏈系統的信任機制和交易均記錄在哈希非對稱加密算法中，無須第三方的參與，只要用戶掌握了哈希地址和密鑰，就能實現點對點交易和節點間的信息交流，從而保護個人隱私。

1.2.4 自信任

區塊鏈利用哈希算法生成Merkle 樹和區塊鏈地址，采用智能合約和非對稱數據加密技術對數據進行簽名驗證，同時借助PoW 等共識機制構建節點間的相互信任，使各節點能夠自動安全地交易。

1.2.5 可編程

區塊鏈是一個公共開放的平臺，任何人只要通過了簽名驗證信息，就可通過區塊鏈系統的數據區塊和代碼在公鏈或私有鏈中進行編程應用，定義數據區塊，更新數據區塊，編寫相關去中心化腳本代碼。

1.2.6 真數據

區塊鏈具有時間戳的屬性真正實現了數據的不可偽造、有跡可循。每個節點都可以復制一份完整的數據，當少數節點發生故障時并不影響數據的有效性，除非51%以上的算力同時被操控，否則篡改節點上的數據是無效的。

2 通用區塊鏈教育管理系統的設計

通用區塊鏈教育系統主要按照應用層、控制層、感知層、管理層、網絡層五個層次進行設計，應用層主要滿足教育管理、教育資源與學習等需求，具體包括學分銀行、檔案管理、評教系統、教育投入產出系統。控制層主要通過用戶身份信息驗證其是否滿足準入條件。也可以通過監控、大數據來了解用戶的偏向，通過智能技術和推送來滿足用戶所需的教育云和區塊鏈服務。通過區塊鏈服務和互聯網服務的感知層，來獲取用戶的不同需求，以提供教育資源的按需服務和數據區塊封裝，在管理層中通過加密算法、智能合約進行簽名和驗證信息，在P2P 網絡和鏈式存儲的條件下，通過智能合約實現數據區塊的對應鏈接。

圖1 通用區塊鏈教育管理系統的設計

3 區塊鏈在教育系統中的應用

3.1 區塊鏈技術應用于學分銀行

區塊鏈技術運用到金融領域最早起源于中本聰創造的比特幣協議，人們通過電腦以挖礦的形式開采屬于自己的數字資產。如果把區塊鏈技術運用到在線教育領域，借助前人思維，把線上課程作為一個個“小礦機”，學生通過電腦或手機進行在線學習，我們把此過程稱之為“采礦”或“挖礦”，學生就充當了“礦工”的角色，當完成一門課程之后，學生獲得了屬于自己的學分和學習貨幣，而這些“小礦機”就是屬于老師的教學成果。當老師錄制完課程打包成數據區塊并上傳至區塊鏈教育系統中供學生進行“挖礦”，老師依據學生的開采量獲得一定的教學貨幣和教工分。教學貨幣可以作為教師評獎、評職稱的加分項，學生獲得的學習貨幣可以在區塊鏈教育系統中購買自己所需的課程進行學習。學生也可以發布自己的學習資源、學習心得，當有需求的時候，學生可通過區塊鏈教育系統中智能合約技術用學習貨幣進行支付交易。

3.2 區塊鏈技術應用于檔案管理

區塊鏈技術具有真數據、可編程的特點，如果能把區塊鏈技術應用到學生的檔案管理中，將大大減少煩瑣的人力、精力。從學生踏入學堂的那一刻起，以私有鏈的方式來記錄每個人的學歷、獲獎證書等信息，通過區塊鏈服務，封裝成具有時間節點的數據區塊。隨著個人成長經歷的豐富，由學校的檔案管理部門記錄著每位學生的學歷信息、獎懲記錄、個人技能，當發生變動時由專人負責區塊更新。當學生畢業，用人單位需要對學生的檔案信息進行查詢時，由檔案管理員和學生本人進行在線簽名，通過密鑰的形式進行驗證查詢。這不僅保護了學生信息的完整性和真實性，同時節省了用人單位在選拔人才方面所花費的時間和精力，節省了資質證明、學歷證明的煩瑣流程，有效打擊了學歷造假、資質造假等不誠信行為。

3.3 區塊鏈技術應用于評教系統

區塊鏈技術具有匿名性、真數據的特點，可將區塊鏈技術運用到教務管理的評教系統中。學生對老師的評價內容主要包括課前準備（備課筆記、教案、教具）、課堂教學規范（教學大綱、教學計劃進度表、記分冊、點名冊和教材）、授課能力（板書設計、語言表達、互動教學）、教學效果、教學態度等等，可以把評價內容分為五大模塊，學生登錄教學評教系統，管理員驗證其簽名信息，并根據其選課情況，對應任課教師的評價數據模塊，管理員根據每位學生的評價結果和留言進行統計整理，并根據其評價分數分為優、良、一般、差等級別，對評價優、良的老師進行教工分獎勵，對評價差的老師進行警示并作出扣除一定教工分的懲罰，之后上傳至區塊鏈教育系統中，供全校師生進行監督。

3.4 區塊鏈應用于教育投入產出系統

在高校內部建立一條基于教育內部管理的教育投入產出公有鏈，整合財務管理系統、學生資助管理中心系統、校友捐贈系統。建立資助經費收支區塊鏈，由資助經費來源單位通過智能合約簽名驗證受助人信息，并根據往來賬目計入資助區塊鏈，由資助負責人直接把資助金打入受助人賬戶，從而簡化審批流程。建立財務報銷區塊鏈，可將帶有時間戳的報銷憑據以圖片的格式上傳至財務報銷區塊鏈中，由財務報銷系統管理員通過加密算法、智能合約的方式驗證其報銷憑據，核實無誤后可直接將報銷費用打入報銷人的賬戶，從而簡化了簽名、蓋章等流程，提高了報銷效率。建立校友捐贈區塊鏈，用于投資建設母校，以促進母校發展。基于區塊鏈技術不可篡改和具有時間順序的特點，可以把校友捐贈的每一筆資金實時記錄到校友捐贈區塊鏈中，同時對資金去向進行追溯，保證校友捐贈資金的透明性。

圖2 教育投入產出公有鏈

4 總結

區塊鏈運用到學分銀行，在保護創作者的知識產權的同時，調動了老師的工作積極性和學生的學習主動性。大大提高教學質量和學習效率。區塊鏈運用到檔案管理中，減少了檔案管理工作者的工作量，提高了檔案管理工作效率，更重要的是保證了學生檔案的安全性和私密性，打擊了學歷造假，資質造假、學術造假等不誠信行為，同時對企業來說，節約了企業人才雇傭的成本。區塊鏈運用到評教系統中，基于區塊鏈的匿名性，打破了傳統評教系統的形式主義，更真實地反映老師的教學水平，從而促使教學質量提高。區塊鏈運用到教育投入產出系統，使校園財務管理和資金往來更加透明化、簡潔化。區塊鏈技術是21世紀繼互聯網又一顛覆性前沿技術，去中心化的網絡架構打破了傳統教育系統的種種束縛，將區塊鏈技術運用到教育管理系統中具有重要意義。