區塊鏈技術在教育數據治理中的應用研究

趙成杰，張峰凡，申世越，楊 成

（江蘇師范大學智慧教育學院，江蘇徐州 221116）

0 引言

智能時代，教育向著數字化、網絡化、智能化方向發展，教學過程中產生了大量的結構化、半結構化與非結構化數據，數據的種類與數量迅速增加，成為一種重要的教育資產。然而由于數據治理意識不足，導致數據質量不高、數據安全不夠、數據開放不足等問題［1］，嚴重阻礙了教育數據資產價值的發揮。

2013 年11 月，《中共中央關于全面深化改革若干重大問題的決定》中提出：全面深化改革的總目標是完善和發展中國特色社會主義制度，推進國家治理體系和治理能力現代化［2］。要深刻認識到推進國家治理體系和治理能力現代化的重要性、緊迫性，分層分類、有序推進，加快提升教育治理體系和治理能力現代化水平［3］。因此，在教育治理現代化中扮演重要角色、為教育治理現代化提供重要保障的教育數據治理的重要性日益凸顯。區塊鏈技術作為去中心化的智能技術，蘊含了極大的治理功能，為教育數據治理提供了新的思路與方法。本文在分析區塊鏈技術應用于教育數據治理邏輯基礎上，借鑒巴西高等教育治理經驗，探討了區塊鏈技術在不同教育場景中的應用路徑。

1 區塊鏈技術促進教育數據治理的邏輯歸因

教育數據治理是教育行政主管部門或教育機構為充分發揮數據價值，圍繞教育數據，在體制與機制、政策與法規、技術與行為等方面的行動集合，它的核心是數據應用［4］。區塊鏈技術是一個去中心化、信息防篡改、透明可追溯、高保密性、自信用的分布式賬本數據庫技術［5］，在教育數據治理中的邏輯包括理念、技術和應用3 個方面。

1.1 區塊鏈技術在教育數據治理中的理念邏輯

區塊鏈技術在教育數據治理中的應用在于兩者理念的洽適性。對教育數據治理而言，治理的關鍵在于促進教育數據的安全、開放與高質，核心在于數據應用［6］，即促進數據應用的協同、民主與高效。數據治理的興起與實踐應用離不開現代信息技術支持［7］，區塊鏈技術是一種蘊含治理理念的智能化技術，其核心思想在于推動某一領域系統由中心化向扁平化轉變，推動領域工作系統走向安全、開放、高效與協同共治，這與教育數據治理的理念相契合，也是區塊鏈技術在教育數據治理中應用的邏輯起點。

1.2 區塊鏈技術在教育數據治理中的技術邏輯

區塊鏈技術的核心技術包括分布式存儲技術、非對稱加密算法、智能合約、共識機制、時間戳等［8］，其技術特征有去中心與分布式存儲、安全防篡改、自動化與高效完成交易、防偽與真實可信任、可追溯可驗證等。其中，分布式存儲技術可以對系統進行適度去中心化，使系統達到最優，提高系統效率與民主程度。非對稱加密算法可使用公鑰和私鑰技術，保證教育數據的安全防篡改。智能合約是一種自動執行的腳本協議，有助于提升數據治理業務效率。共識機制可確保節點間信息的有效性，避免任意節點的異?，F象，使數據治理業務安全穩定運行。被加蓋在區塊頭中的時間戳可保證數據的不可篡改和偽造。

區塊鏈技術在教育數據治理中的技術邏輯如圖1所示。

Fig.1 Technical logic of blockchain technology in education data governance圖1 區塊鏈技術在教育數據治理中的技術邏輯

1.3 區塊鏈技術在教育數據治理中的應用邏輯

區塊鏈技術在教育數據治理中的應用邏輯包含兩方面：①具有較高的技術可用性，可實現教育數據周期的全追溯。區塊鏈的分布式賬本技術可以記錄教育數據從產生到共享應用再到消亡的全過程，解決數據溯源難題。其賦能教育數據的全周期追溯可以保證教育數據的真實透明、安全高質，因而具有極大的應用價值，如大學入學選拔、學習成績單、學習認證、學分轉移、學位證書等都可應用［9］；②區塊鏈技術可以實現教育數據的精準治理。精準性是教育數據治理的內在要求，其關鍵是保障底層教育數據的完整性、正確性。在傳統的教育數據治理中，由于數據篡改、丟失等問題使治理效率、效果大打折扣，盡管在教育數據治理領域引入了大數據技術，但并未很好地解決上述問題。區塊鏈技術的防篡改、可追溯特性可以保障底層數據的精準治理，聚焦解決具體數據問題，并促使基于數據的教育評價、教育管理等實現精準化。

2 巴西高等教育學位證書和學分數字化應用案例

2.1 案例介紹

巴西高等教育長期存在學位證書偽造、學位證書頒布方式不透明和過程冗余、學術記錄和管理由高等教育機構負責，存在遺失風險等問題［10］。對此，巴西教育部門提出一種基于區塊鏈技術的解決方案，以保證學生的學業成績安全，并在學生完成學位后自動頒發學位證書。該方案參與者有4 種：①授予本科學位的監管機構（RA）；②向學生頒發學位證書的高等教育機構（HEI）；③參加HEI 提供的課程并獲得學位證書的學生；④檢查學位證書是否有效的驗證者，如圖2 所示。

Fig.2 Four types of participants in the blockchain solution圖2 區塊鏈解決方案中4 種類型參與者

參與者與區塊鏈之間的接口由RA 創建的3 個智能合約實現：①智能合約是“授權”，它負責規范HEI 的權限，保證HEI 只能記錄其提供的學位所涉及的學生，其每次記錄都會創建一個日志供監聽程序使用。為準確識別HEI，由巴西政府簽發公鑰基礎結構，授權機構將區塊鏈中的HEI簽署交易的密鑰與公鑰證書相關聯，一旦HEI 的公鑰證書過期或撤銷，授權機構就會阻止HEI 在區塊鏈中記錄事件。此外，該合約還具有撤銷和檢查功能。撤銷功能，即RA 可以撤銷區塊鏈中的證書，但證書撤銷的同時也會在區塊鏈日志中添加事件。檢查功能是RA 以外的參與者都可以調用，通過輸入機構地址就可以驗證學位證書的有效性；②智能合約詳細列出注冊該學位的學生和他們需要完成的課程，學生只有完成規定的課程數量才能獲得學位。HEI可以在區塊鏈中驗證學生的地址，列出學生已經完成的課程并更新學習歷史，同時也可在區塊鏈中注冊新課程和添加新學生。此外，智能合約會自動識別學生何時完成學位并頒發學位證書，對轉學要求或實習證明等文件信息也可附加到學生記錄中以便查驗；③智能合約是“文憑”，它主要證明學生完成了學位。一旦學分等學生信息發生錯誤，HEI 可以通過清除代碼和數據來禁用智能合約并撤銷學位。此外，學位驗證者可以通過查找區塊鏈中學生地址來驗證學生是否具有學位文憑。區塊鏈智能合約工作流程如圖3 所示。

Fig.3 Participants and workflow of smart contracts in the blockchain圖3 參與者和區塊鏈中智能合約的工作流程

2.2 案例分析

過去巴西高等教育的學分和學位證書的數據治理存在以下問題：①治理理念不強，學位證書偽造；②數據由HEI 單一主體進行存儲，面臨存儲安全風險；③數據監管機制不健全，監管機構缺失，治理主體權責不清；④數據紙質化、可用性不高，導致數據共享不暢；⑤HEI 管理結構冗余，業務流程繁瑣，效率低下，管理成本較高。

基于區塊鏈技術，巴西從4 個方面對學分和學位證書的數據治理流程進行改造：①治理過程由HEI 單一主體變為學生、HEI、RS 和學位驗證者4 類主體共同參與；②學分、學位證書和學生學習記錄的數據數字化，不僅降低了數據存儲風險，還有利于數據的開放共享；③任何數據的操作行為都會生成可監管日志，降低了數據的篡改風險，權責到人；④區塊鏈的智能合約和共識機制簡化了數據處理流程，提高了數據處理效率，數據治理成本降低。

當然，該方案還面臨一些問題：①隱私問題。盡管數據允許不受限制的訪問，使HEI 的學位證書接受公眾審查，但不受限制的訪問學生記錄容易引起隱私問題。如何在數據的開放和隱私之間尋找平衡是區塊鏈技術應用數據治理的關鍵；②數據安全問題。區塊鏈技術可最大程度上保障鏈上數據的安全性，但上鏈之前的數據安全無法保障，如教師可對學生日常課程數據進行篡改、管理人員可在智能合約中添加虛假數據等；③成本問題。盡管區塊鏈技術可以優化業務流程，有效降低治理成本，但區塊鏈技術的基礎設施建設以及使用以太坊網絡運行操作都需要一定的費用。

2.3 案例啟示

（1）區塊鏈技術可以促進教育數據的互聯互通。數據共享不暢是當下教育數據治理的難點。由上述案例可知，業務流程的紙質化、業務環節的繁瑣化造成了數據孤島嚴重、數據共享困難。區塊鏈技術作為一個去中心化的分布式賬本數據庫技術，其可以通過對業務數據進行全網公布、共同記賬，打造一個共識數據庫，進而實現各底層數據庫之間的互聯共通，打通數據流通的中間環節，破解數據孤島問題。

（2）區塊鏈技術可以確保教育數據的安全高質。數據面臨的操縱、篡改、偽造等安全風險會影響教育數據的質量及可用性，給教育數據治理帶來挑戰。區塊鏈技術的智能合約和共識機制可以保證數據的不可篡改與偽造。區塊鏈上的智能合約具有不可篡改特性，教育數據嵌入智能合約后可以實現安全高效的信息交換，任何人都不能刪除和篡改。區塊鏈的共識機制也可以確保只要沒有掌握51%以上的算力就無法修改區塊鏈上的任何數據，進一步保證了數據的安全性。

（3）區塊鏈技術可以保護個人隱私。隨著數據挖掘、數據分析技術在教育領域的深入應用，勢必對用戶隱私產生極大威脅。一方面，區塊鏈技術通過采用新型的非對稱加密技術（公鑰和私鑰）對區塊鏈節點間的通信信息進行加密和解密，使數據收集商無法在線監測目標用戶數據［11］，高度保證數據的安全性；另一方面，區塊鏈的時間戳可以對數據的所有使用日志進行記錄，部門機構通過對數據操作行為進行溯源查找、驗證和追責，可以保證數據治理中監管機制的實施，有效保障用戶的數據隱私。

3 區塊鏈技術在教育數據治理中的應用場景

教育數據治理的核心是數據應用，基于巴西高等教育學位證書和學分數字化應用區塊鏈技術分析，對區塊鏈技術在4 個教育場景中數據治理應用進行探討。

3.1 面向教育行政治理，促進各級教育部門協同化

教育管理是一項非常龐大復雜的體系性工作，需要不同部門和人員協同推進，但不論是跨部門還是部門內部，協同性不足尚未引起重視，如針對同級區域協同不足問題，目前只有上海市通過建立“市和區縣民辦教育聯動執法協作組”對此問題進行了探索［12］。區塊鏈技術可從以下3 個方面解決當前教育部門間協同性不高問題：①以區塊鏈技術打破數據共享壁障，促進教育數據資源透明共享。信息透明共享是跨部門協作的基礎和前提，兼容的軟硬件和信息系統、技術能力、信息安全、部門間的信任、領導支持和成本是影響跨部門信息共享的6 個因素［13］。區塊鏈技術在理念和技術層面能最大程度地為上述6 個因素發展提供支持，使需要公開的數據信息在協同部門間流動與共享；②以區塊鏈技術建立協同治理結構。區塊鏈技術的核心理念在于去中心化而不是去管理化，通過分布式特征可建立“1+N”式的治理結構，為教育部門間的協同工作提供有效支持。在縱向結構上，運用區塊鏈技術可對傳統中心化的數據治理體系適度削弱，既可促進協同治理成效提升，又可保留教育治理中的決策和頂層設計功能。在橫向結構上，區塊鏈技術可保障教育部門層級各方的平等權益，避免部門之間不信任、不合作、互相推諉等現象發生，以透明的教育工作數據流推動部門間工作協同；以區塊鏈技術推進教育問責和獎勵制度落實。區塊鏈技術可以對教育項目數據進行記錄和溯源，教育工作者的參與狀況都“有跡可循”，可以最大程度保障問責和獎勵制度的落地實施，落實各方責任，提高執行力，實現教育工作管辦評分離落地。

3.2 面向高考綜合素質評價治理，促進評價規范化

綜合素質評價是新高考改革的重要組成部分。國務院發布的《關于深化考試招生制度改革的實施意見》中明確指出，要規范高中學生綜合素質評價［14］。然而現階段的高考綜合素質評價仍存在一些問題，如有學者以上海市綜合素質評價為例進行研究，發現當前的綜合素質評價仍然存在數據效用不高、公正不足、安全不夠和信用不強等問題［15-16］。將區塊鏈技術應用于學生綜合素質評價，能確保評價數據的精準性、規范性、真實性和安全性。①基于區塊鏈技術對學生綜合素質活動數據進行客觀記錄，保證內容真實、評價精準，使評價過程與結果由以往的“粗放”向“精準”轉變。一方面表現為綜合素質評價數據的采集更為精細和豐富，可通過傳感器、數據挖掘、學習分析等技術對學生學習成果進行伴隨式采集；另一方面表現為學生綜合素質評價數據通過“上鏈”，提升評價過程和結果的真實性、安全性、可靠性、可追溯和不可篡改，將促進綜合素質評價真正落地應用；②基于區塊鏈技術開展的綜合素質評價可以促進厘清多元主體的權責。綜合素質數據采集與評價過程需要學校、師生、家長等多元主體參與，可能面臨評價客觀公正不足的問題。而區塊鏈技術和教育大數據的融合應用，將以客觀、真實、可信的評價數據，推動考評過程和結果應用走向規范。

3.3 面向學術研究治理，促進學術研究誠信化

學術不端會影響學術的嚴謹性和公信力，已引起社會各界的廣泛關注。其中，學術抄襲是最主要的學術不端類型［17］，是學術研究治理的關鍵問題。當前，應對學術抄襲的主要措施是同行評審和數據查重，雖然可對學術抄襲行為有所遏制，但并不能徹底杜絕。應用區塊鏈技術可為基于教育數據的學術研究治理提供有效解決途徑。①學術研究成果“上鏈”和保留證據追責。學術不端證據不足時很難判別研究者是否存在論文抄襲行為，而借助區塊鏈技術可將學術論文的名稱、作者姓名、寫作時間、論文內容等信息統一記錄，防止論文被侵權時引起糾紛，可通過鑒定中心迅速維權，保障論文創作者的基本權益。目前，“區塊鏈+版權”應用逐步落地，如“版權云”（國家網絡音像傳播服務平臺）等基于區塊鏈的版權服務平臺已成功上線，可實現版權的快速登記、實時記錄和高效管理［18］；②建立數據平臺以記錄研究過程和輔助數據查重。數據查重是為避免論文抄襲而設置的重要評估方式，區塊鏈技術可以確保上鏈數據的可信度，但是上鏈之前數據的可信度無法保證。借助區塊鏈技術建立數據平臺，論文創作者進行寫作時可將研究過程、研究數據、檢索過程等相關信息一一記錄，待數據查重時將所有信息一并提交，使查重的有效性大大增強?？傊?，借助區塊鏈技術來促進學術研究治理和提升學術研究誠信化不失為一種有效途徑，但還需要解決許多機制制度問題。

3.4 面向在線教育治理，保障在線教育安全性

疫情期間開展的在線教學暴露出師生隱私和教學數據泄露等問題［19］，有關部門針對教育APP 亂象已多次聯合開展專項整治行動，查處了“同學幫”“互動作業”等大量違法違規平臺［20］。在線教育亂象對教育數據治理造成不良影響，區塊鏈技術為在線教育治理提供如下解決途徑：①基于區塊鏈技術實現在線教育數據的安全存儲與共享。以往的在線教育數據大多存儲在中心化數據庫中，一旦數據庫出現黑客或病毒攻擊等問題會帶來非常嚴重的教育數據事故。而將在線教育數據“上鏈”可確保所有數據被保存到各個節點，能避免節點數據庫出現異常帶來的數據安全問題；②利用區塊鏈技術能避免教育數據被惡意篡改。不少學校和教育部門實施的在線教育常使用私有或社會機構的服務器，學習者的個人數據信息和學習證書存在被篡改的風險，嚴重影響在線學習成果認證的可信度。而區塊鏈的防篡改技術可確?！吧湘湣钡脑诰€教學數據和憑證無法篡改，提升了在線教育可靠性；③確保教師和學生的隱私安全。在使用線上教學平臺時，往往需要用戶綁定姓名、學校、專業等個人信息，在學習過程中，教學平臺也會搜集用戶的使用軌跡，帶來了極大的隱私問題。而區塊鏈技術可以讓師生自己設置私碼，未經授權者無法獲取其隱私數據［21］。

4 結語

數據治理是教育治理的重要組成部分，也是我國2035年實現教育治理現代化的重要支撐。本文針對4 個教育場景中的教育數據治理難題，分析了區塊鏈技術的應用路徑和方法。區塊鏈技術作為一個蘊含治理理念的智能技術，在教育數據治理中有著重要價值，但其價值的發揮需要與其它智能技術結合使用。在教育數據治理中，區塊鏈技術研究不應僅僅局限于具體問題解決，更應重點關注區塊鏈技術在促進治理秩序的形成等方面的應用研究。