區(qū)塊鏈技術(shù)在在線學(xué)習(xí)中的影響和應(yīng)用

陳安琪

摘要：區(qū)塊鏈技術(shù)是在云技術(shù)、大數(shù)據(jù)之后的又一項新型技術(shù)，區(qū)塊鏈的去中心化和安全特性更適合解決目前在線學(xué)習(xí)的困擾。區(qū)塊鏈技術(shù)在教育教學(xué)領(lǐng)域中可以協(xié)助入學(xué)選拔、學(xué)習(xí)認(rèn)證、學(xué)位證書等諸多方面。長時間以來，教育教學(xué)活動都以教室為中心開展，這在一定程度上限制學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。傳統(tǒng)的教育缺乏必要的資源和能力，對學(xué)生的學(xué)習(xí)活動、在線學(xué)習(xí)結(jié)果等都不具有較高的管理能力。區(qū)塊鏈技術(shù)可以通過智能合約、共識算法等改變單一的在線學(xué)習(xí)模式，幫助學(xué)生在線完成整個課程的學(xué)習(xí)，并根據(jù)學(xué)習(xí)記錄進(jìn)行成績認(rèn)定。本文首先介紹區(qū)塊鏈的技術(shù)原理，重點(diǎn)關(guān)注區(qū)塊鏈對教育教學(xué)中在線學(xué)習(xí)版塊的影響和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈技術(shù);在線學(xué)習(xí);影響與應(yīng)用

區(qū)塊鏈主要由區(qū)塊頭和區(qū)塊主體構(gòu)成，區(qū)塊頭包含前一區(qū)塊的哈希值、區(qū)塊時間戳、隨機(jī)神奇數(shù)三部分，其統(tǒng)稱為交易數(shù)據(jù)Merkle樹根。區(qū)塊是由交易數(shù)據(jù)列表以及哈希值Merkle樹構(gòu)成的空間，可以用來生成和存儲數(shù)據(jù)[1]。區(qū)塊的生成節(jié)點(diǎn)是由區(qū)塊頭加入時間戳來標(biāo)識，根據(jù)區(qū)塊鏈技術(shù)可以得知，平臺體系結(jié)構(gòu)可以由數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層、智能合約層、共識層、網(wǎng)絡(luò)層五部分組成。數(shù)據(jù)層由數(shù)據(jù)區(qū)塊、鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)模型、文件存儲四個部分。網(wǎng)絡(luò)層由P2P網(wǎng)絡(luò)、傳播機(jī)制和驗證機(jī)制構(gòu)成。共識層由共識算法和激勵機(jī)制構(gòu)成，智能合約層由腳本、虛擬機(jī)、編程語言三部分組成。應(yīng)用層由編程接口、用戶界面和各類應(yīng)用組成。按照區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成和管理，在線學(xué)習(xí)活動也可以根據(jù)區(qū)塊鏈技術(shù)平臺進(jìn)行改良。

一、傳統(tǒng)在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)面臨的問題

目前在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)已形成完整的應(yīng)用流程，學(xué)生和教師可以自由利用不同的在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)進(jìn)行知識傳授和學(xué)習(xí)活動。隨著學(xué)習(xí)環(huán)境的開放化和數(shù)字化，傳統(tǒng)的學(xué)校教育模式缺乏科學(xué)的教育方法、廣泛的教學(xué)資源和專業(yè)的教學(xué)能力。因此，對學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程、學(xué)習(xí)活動、學(xué)習(xí)計劃和學(xué)習(xí)結(jié)果很難管理，教師很難利用在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)去驗證學(xué)生的學(xué)習(xí)成就。傳統(tǒng)的在線學(xué)習(xí)模式采用中心化結(jié)構(gòu)模式，由學(xué)校統(tǒng)一處理教育相關(guān)數(shù)據(jù)以及代碼，存儲在中心化服務(wù)器中，教師和學(xué)生需要通過在線學(xué)習(xí)平臺或各種移動APP與服務(wù)器進(jìn)行相互傳輸，只有在學(xué)生和教師的個人網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與中心服務(wù)器連接成功之后，才能開啟在線學(xué)習(xí)模式。而在線教育系統(tǒng)通常由學(xué)校來建設(shè)和管理，這在一定程度上阻礙學(xué)生和教師開發(fā)自主課程的可能性。隨著在線教育的不斷普及，各行各業(yè)以及社會人士都可以在線接受教育，因此，不同社會人員都需要利用教育系統(tǒng)來修課程學(xué)分、在線驗證學(xué)歷報告、提取學(xué)歷能力證書等，而社會企業(yè)或者政府相關(guān)部門可以通過在線教育平臺查詢應(yīng)聘者相關(guān)的學(xué)歷背景信息，這就需要更加強(qiáng)大的數(shù)字化教育系統(tǒng)。但由于技術(shù)水平有限，很難通過構(gòu)建更大的中心化數(shù)字教育系統(tǒng)來解決當(dāng)前在線學(xué)習(xí)的困境。

二、區(qū)塊鏈的具體特征

區(qū)塊鏈實際上就是包裹著數(shù)據(jù)和鏈接的固定區(qū)域，其中每一塊數(shù)據(jù)都包含著系統(tǒng)在固定時間內(nèi)加密的信息交流數(shù)據(jù)，其中每一條鏈接則是每一區(qū)塊與下一區(qū)塊的鏈接聯(lián)系，數(shù)據(jù)和鏈接共同構(gòu)成區(qū)塊鏈。其可以有效解決信息不對稱、陌生人信任、交易成本高的問題。由于每一區(qū)塊中的信息都是真實的，因此可以相互交叉驗證，這就從另一角度證明區(qū)塊鏈具有去信任性和集體維護(hù)性。

（一）區(qū)塊鏈的分類

目前按照區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建管理、去中心化程度等應(yīng)用模式，區(qū)塊鏈可以分為公有鏈：以比特幣和以太坊為代表，無官方管理機(jī)構(gòu)和服務(wù)器，節(jié)點(diǎn)可以按照區(qū)塊鏈的系統(tǒng)規(guī)則，不需要相互信任，基于共識機(jī)制自由加入或退出網(wǎng)絡(luò)，各節(jié)點(diǎn)具有平等的存儲數(shù)據(jù)的權(quán)限[2]。公有鏈去中心化的程度比較高。私有鏈：由個體組織構(gòu)建和管理，節(jié)點(diǎn)需要通過組織的授權(quán)才能加入?yún)^(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，而且節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)記錄和讀寫權(quán)限不平等，部分高性能節(jié)點(diǎn)有統(tǒng)攬全局的權(quán)限，運(yùn)行規(guī)則可以由個體組織更改或調(diào)整。雖然私有鏈只能做到部分去中心化，但其有安全性能高的特點(diǎn)。

（二）共識算法

區(qū)塊鏈中的每一個節(jié)點(diǎn)都具有確認(rèn)后賬簿狀態(tài)的未確認(rèn)數(shù)據(jù)，因此，為保證區(qū)域鏈網(wǎng)絡(luò)的功能，節(jié)點(diǎn)需要在賬簿的狀態(tài)和數(shù)據(jù)打包進(jìn)入會的方式上取得共識。通過分布式共識算法實現(xiàn)確認(rèn)后的賬簿狀態(tài)和一系列等待打包進(jìn)區(qū)塊的賬簿數(shù)據(jù)。共識算法由選擇記賬節(jié)點(diǎn)、排序造塊、驗證和新區(qū)塊添加到鏈四部分構(gòu)成，。其不僅可以用于驗證節(jié)點(diǎn)，也可以按照網(wǎng)絡(luò)時間的交易順序生成新區(qū)塊。

（三）智能合約

智能合約是一種共享的資源，其可以執(zhí)行合約條款的計算機(jī)化交易協(xié)議，智能合約可以將網(wǎng)絡(luò)中的復(fù)雜關(guān)系，如法律協(xié)議、應(yīng)用邏輯程序化。智能合約具有較強(qiáng)的法律效應(yīng)，在區(qū)塊鏈上下區(qū)塊結(jié)構(gòu)中智能合約的形式是具有唯一地址的存儲，在區(qū)塊鏈中的程序可以被外部事件觸發(fā)，通過數(shù)字簽名和時間戳自動執(zhí)行合約內(nèi)容的追溯和不可篡改。智能合約中所有條款的執(zhí)行過程都會預(yù)先確定，各節(jié)點(diǎn)需要驗證合約的準(zhǔn)確性才能執(zhí)行，這就需要聯(lián)系共識算法。而且智能合約最大的好處是無法擅自修改內(nèi)容，也無法干預(yù)合約的執(zhí)行，區(qū)塊鏈中智能合約可以通過區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)達(dá)成共識，隱藏各個區(qū)塊節(jié)點(diǎn)間的負(fù)載運(yùn)行過程。通過應(yīng)用層的接口實現(xiàn)通用目的，構(gòu)建各類可編程的智能資產(chǎn)，基于區(qū)塊鏈服務(wù)。

三、區(qū)塊鏈技術(shù)在教育中的應(yīng)用

（一）學(xué)習(xí)者教育信息的多方共享

利用聯(lián)盟鏈或公共鏈無縫銜接教育和社會，其中，區(qū)塊鏈的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建會因不同的需要產(chǎn)生不同的選擇，最早期的區(qū)塊鏈教育網(wǎng)絡(luò)主要針對證書和學(xué)位認(rèn)證，因此，其大多采用公共區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)。在具有跨學(xué)習(xí)領(lǐng)域的需求時，通常會采用聯(lián)盟鏈的形式。全球化趨勢下，無法建立由一個機(jī)構(gòu)管理的私有鏈形式，而教育網(wǎng)絡(luò)下，學(xué)校和學(xué)生以及互聯(lián)網(wǎng)的地位不相同，聯(lián)盟鏈可以根據(jù)每一個國家、每一個地區(qū)、每一個學(xué)校的具體需求，共同協(xié)商共享的數(shù)據(jù)。學(xué)?？梢愿鶕?jù)區(qū)塊鏈技術(shù)建立個體學(xué)信大數(shù)據(jù)、開發(fā)區(qū)中心化的教育系統(tǒng)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)社區(qū)的真正自運(yùn)行和在線社區(qū)運(yùn)行。在優(yōu)化和構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)生態(tài)的基礎(chǔ)上，讓區(qū)塊鏈發(fā)揮最大價值，實現(xiàn)在線學(xué)習(xí)社區(qū)的自組織[3]。利用分布式學(xué)習(xí)記錄與存儲，允許學(xué)習(xí)組織跨系統(tǒng)和跨平臺記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)行為和學(xué)習(xí)結(jié)果，并永久保存在服務(wù)器中。在教育就業(yè)板塊，學(xué)校和相關(guān)企業(yè)單位可以根據(jù)學(xué)生的個體學(xué)信大數(shù)據(jù)，判斷學(xué)生是否符合工作崗位需求。在教育服務(wù)板塊，教師可以根據(jù)學(xué)生的個體學(xué)信大數(shù)據(jù)，判斷學(xué)生的在線學(xué)習(xí)掌握情況并構(gòu)建檔案。