隱私計算+區(qū)塊鏈：教育數(shù)據(jù)倫理研究的新視角*

張 君 林小紅 耿雨歌 曹曉明

隱私計算+區(qū)塊鏈：教育數(shù)據(jù)倫理研究的新視角*

張 君 林小紅 耿雨歌 曹曉明[通訊作者]

（深圳大學(xué) 教育學(xué)部，廣東深圳 518060）

隨著教育大數(shù)據(jù)快速發(fā)展，研究者對數(shù)據(jù)倫理問題的關(guān)注日益增加。為有效解決當(dāng)前教育數(shù)據(jù)倫理問題，文章從教育數(shù)據(jù)全生命周期視角，對各數(shù)據(jù)主體及其關(guān)系進行了分析。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前教育數(shù)據(jù)倫理的關(guān)鍵問題是數(shù)據(jù)所有者與數(shù)據(jù)使用者的利益沖突問題。為解決此問題，文章構(gòu)建了“隱私計算+區(qū)塊鏈”技術(shù)體系，并將隱私計算的三個技術(shù)方向——聯(lián)邦學(xué)習(xí)、安全多方計算、可信執(zhí)行環(huán)境分別與區(qū)塊鏈技術(shù)相結(jié)合，介紹了“隱私計算+區(qū)塊鏈”的技術(shù)實現(xiàn)邏輯，并總結(jié)了該技術(shù)體系可解決的教育數(shù)據(jù)倫理問題。這一新研究視角，可應(yīng)對新型的教育數(shù)據(jù)倫理問題，從而促進教育數(shù)據(jù)社會和諧、長久發(fā)展。

教育數(shù)據(jù)倫理；隱私計算；區(qū)塊鏈；教育大數(shù)據(jù)

隨著教育信息化的快速發(fā)展，教育數(shù)據(jù)挖掘成為研究熱點[1]。教育大數(shù)據(jù)作為教育領(lǐng)域的生產(chǎn)要素與基礎(chǔ)戰(zhàn)略性資源，可支持個性化學(xué)習(xí)資源推薦、學(xué)生數(shù)字畫像等智能教育應(yīng)用。教育大數(shù)據(jù)雖然促進了教育數(shù)字化的快速建設(shè)以及人工智能與教育的深度融合，但也引發(fā)了教育數(shù)據(jù)隱私倫理挑戰(zhàn)。由于網(wǎng)絡(luò)的全面覆蓋，教育數(shù)據(jù)隱私范圍擴大，大數(shù)據(jù)技術(shù)打破了數(shù)據(jù)在時間和空間的界限，導(dǎo)致隱私保護變得更加困難[2]。同時，數(shù)據(jù)的公開、共享、挖掘及商業(yè)化可能導(dǎo)致隱私泄露，加劇了數(shù)據(jù)倫理問題的嚴(yán)重性。2022年，聯(lián)合國教科文組織發(fā)布《謹(jǐn)防數(shù)據(jù)泄露：保護學(xué)習(xí)者隱私與安全》報告，強調(diào)在教育數(shù)字化過程中要重視教育數(shù)據(jù)隱私與安全問題[3]。而保護教育數(shù)據(jù)隱私的主要途徑，是制度層面立法保護和技術(shù)層面實施保護[4]：立法可構(gòu)建倫理準(zhǔn)則，落實教育數(shù)據(jù)責(zé)任與權(quán)力邊界，促使數(shù)據(jù)使用者道德自律；技術(shù)則通過加密、匿名等方法保障教育數(shù)據(jù)隱私。不同于立法保護和規(guī)范約束依賴數(shù)據(jù)使用者主觀遵守，技術(shù)解決方案具有中立性，不受個人和社會觀念的影響，可以客觀、獨立地起到隱私保護作用[5]。基于此，本研究通過構(gòu)建新型技術(shù)體系“隱私計算+區(qū)塊鏈”保障教育數(shù)據(jù)隱私安全，解決教育數(shù)據(jù)倫理問題。

一 教育數(shù)據(jù)倫理的研究現(xiàn)狀

本研究的數(shù)據(jù)來源于“中國知網(wǎng)”和“Web of Science”，關(guān)鍵詞為“教育數(shù)據(jù)隱私（Education Data Privacy）”“學(xué)生隱私（Student Privacy）”“教育數(shù)據(jù)倫理（Ethics of Educational Data）”“教育數(shù)據(jù)安全（Education Data Security）”，期刊范圍限定為北大核心、CSSCI、SSCI、SCI期刊，檢索時間設(shè)為2013年1月至2022年12月，共檢索到中文文獻159篇、英文文獻533篇。通過閱讀標(biāo)題、關(guān)鍵詞與摘要，本研究刪除書籍、會議、通知等類型的文章，最終得到符合研究要求的中文文獻98篇、英文文獻199篇。

本研究利用折線圖和CiteSpace，分別從時間、內(nèi)容兩個維度對國內(nèi)外有關(guān)“教育數(shù)據(jù)倫理”的研究成果進行整理分析：①時間方面，近10年國內(nèi)外教育數(shù)據(jù)倫理相關(guān)文獻統(tǒng)計如圖1所示。文獻統(tǒng)計結(jié)果顯示，2017年以前，國內(nèi)、國外在教育數(shù)據(jù)倫理方面的研究都比較少；自2017年起，國內(nèi)相關(guān)研究數(shù)量呈上升趨勢，盡管2021年有所下滑，但2022年相關(guān)研究數(shù)量又重新增多，而國外相關(guān)研究數(shù)量自2018年起一直呈上升趨勢。②內(nèi)容方面，國內(nèi)、國外高頻關(guān)鍵詞的共現(xiàn)頻次聚類圖譜分別如圖2、圖3所示。在CiteSpace軟件設(shè)置界面，本研究將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點類型設(shè)為“關(guān)鍵詞”，年度區(qū)間設(shè)為2013～2022年，時間切片設(shè)為1，引用頻次最高值設(shè)為TopN=50，之后按上述數(shù)據(jù)處理條件運行CiteSpace 6.1軟件，繪制了教育數(shù)據(jù)倫理相關(guān)研究高頻關(guān)鍵詞的共現(xiàn)頻次聚類圖譜，關(guān)鍵詞節(jié)點的大小表示對應(yīng)主題出現(xiàn)的頻次高低。據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)、國外關(guān)鍵詞的節(jié)點分別為143個、276個，節(jié)點間連線分別為310條、714條，節(jié)點間密度分別為0.0305、0.0188，可見國內(nèi)外教育數(shù)據(jù)倫理研究的主題范圍較為廣泛，且分支較多。另外，圖2、圖3顯示，國內(nèi)研究以智慧教育、教育數(shù)據(jù)為主，同時關(guān)注隱私保護、安全解決方案等內(nèi)容。例如，劉三女牙等[6]從利益、價值等角度研究教育數(shù)據(jù)倫理問題，張譽元等[7]從教育數(shù)據(jù)生命周期視閾探討數(shù)據(jù)倫理問題的解決方法。而國外研究內(nèi)容相對均衡，學(xué)習(xí)分析比較熱門，精神健康、學(xué)生隱私等亦受重視。例如，Rosenberg等[8]發(fā)現(xiàn)學(xué)生使用社交媒體（Facebook）可能存在學(xué)生隱私信息泄露的倫理問題，Brown等[9]分析了151份與學(xué)生信息隱私相關(guān)的政策。

圖1 2013～2022年國內(nèi)外教育數(shù)據(jù)倫理相關(guān)文獻統(tǒng)計

圖2 國內(nèi)高頻關(guān)鍵詞的共現(xiàn)頻次聚類圖譜（部分）

圖3 國外高頻關(guān)鍵詞的共現(xiàn)頻次聚類圖譜（部分）

二 教育數(shù)據(jù)倫理的關(guān)鍵問題分析

由于倫理問題指的是人與人、人與社會發(fā)生交互時存在的問題，故本研究關(guān)注教育數(shù)據(jù)所有者、教育數(shù)據(jù)使用者、教育數(shù)據(jù)社會三個主體之間的交互關(guān)系，從“教育數(shù)據(jù)所有者—教育數(shù)據(jù)使用者”與“教育數(shù)據(jù)所有者—教育數(shù)據(jù)使用者—教育數(shù)據(jù)社會”兩個關(guān)系角度出發(fā)，研究由數(shù)據(jù)產(chǎn)生、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)使用、數(shù)據(jù)銷毀四個環(huán)節(jié)所構(gòu)成的教育數(shù)據(jù)全生命周期中的關(guān)鍵倫理問題，結(jié)果如表1所示。

表1 教育數(shù)據(jù)倫理的關(guān)鍵問題

環(huán)節(jié)關(guān)系角度數(shù)據(jù)產(chǎn)生數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)使用數(shù)據(jù)銷毀 ①數(shù)據(jù)采集問題：數(shù)據(jù)是否授權(quán)采集、網(wǎng)頁隱私政策“形式主義”；②設(shè)備信任問題①數(shù)據(jù)存儲問題：數(shù)據(jù)允許存儲時長、存儲條件限制；②管理權(quán)限設(shè)計問題；③數(shù)據(jù)隱私安全問題①數(shù)據(jù)使用問題：數(shù)據(jù)是否可用以及可用場景、可用類型；②“算法歧視”與“算法黑箱”問題；③數(shù)據(jù)過度挖掘問題數(shù)據(jù)合法銷毀問題：是否及時刪除數(shù)據(jù) ①校園反科技；②隱私倦怠①威脅數(shù)字身份；②侵犯人格權(quán)①成為算法囚徒；②人工智能恐懼現(xiàn)象侵犯隱私權(quán)

1 數(shù)據(jù)產(chǎn)生環(huán)節(jié)

數(shù)據(jù)產(chǎn)生環(huán)節(jié)主要涉及新教育數(shù)據(jù)的產(chǎn)生和采集。從“教育數(shù)據(jù)所有者—教育數(shù)據(jù)使用者”關(guān)系角度出發(fā)，存在的關(guān)鍵問題包括：①數(shù)據(jù)采集問題，即本環(huán)節(jié)中數(shù)據(jù)采集是否已獲得授權(quán)同意以及是否侵犯數(shù)據(jù)所有權(quán)。現(xiàn)有教育類APP常常沒有盡到對隱私政策的告知義務(wù)，對于學(xué)生用戶點“同意”隱私政策有較強的誘導(dǎo)性，導(dǎo)致“數(shù)據(jù)授權(quán)”的有效性降低[10]。②設(shè)備信任問題。如果學(xué)生對隱私數(shù)據(jù)收集存在擔(dān)憂，就容易出現(xiàn)非自我披露行為[11]，從而使得所采集的教育數(shù)據(jù)缺乏真實性。從“教育數(shù)據(jù)所有者—教育數(shù)據(jù)使用者—教育數(shù)據(jù)社會”關(guān)系角度來看，若數(shù)據(jù)未經(jīng)授權(quán)使用者就隨意采集，或所有者對數(shù)據(jù)采集的設(shè)備不夠信任，可能會導(dǎo)致反科技現(xiàn)象，即數(shù)據(jù)所有者拒絕使用科技產(chǎn)品，違背現(xiàn)代數(shù)字社會的發(fā)展趨勢；也可能會走向另一個極端，即數(shù)據(jù)所有者產(chǎn)生隱私倦怠[12]，主動放棄隱私保護。

2 數(shù)據(jù)存儲環(huán)節(jié)

數(shù)據(jù)存儲環(huán)節(jié)是對教育各類數(shù)據(jù)信息進行存儲，并根據(jù)存儲的數(shù)據(jù)類型將數(shù)據(jù)分為學(xué)生的個人信息數(shù)據(jù)、學(xué)習(xí)行為痕跡數(shù)據(jù)與機器智能推斷數(shù)據(jù)[13]。從“教育數(shù)據(jù)所有者—教育數(shù)據(jù)使用者”關(guān)系角度出發(fā)，存在的關(guān)鍵問題包括：①數(shù)據(jù)存儲問題。不同類型的數(shù)據(jù)在存儲方式與存儲時長上存在差異，如學(xué)生個人信息數(shù)據(jù)屬于初級隱私信息，允許長期存儲；而學(xué)習(xí)行為痕跡數(shù)據(jù)屬于中級隱私信息，可要求以特征參數(shù)形式存儲，而不是完整數(shù)據(jù)存儲。②管理權(quán)限設(shè)計問題。數(shù)據(jù)存儲中的管理權(quán)限設(shè)計必須科學(xué)合理，否則極易產(chǎn)生倫理風(fēng)險。例如，在2021年珠海“凈網(wǎng)2021”專項行動中，企業(yè)內(nèi)部人員泄露了10萬條學(xué)生信息。③數(shù)據(jù)隱私安全問題。數(shù)據(jù)存儲應(yīng)保障隱私安全，若隱私設(shè)計不充分，將會導(dǎo)致學(xué)生隱私泄露。例如，2022年的“學(xué)習(xí)通事件”超過1.7億用戶的隱私信息被泄露。從“教育數(shù)據(jù)所有者—教育數(shù)據(jù)使用者—教育數(shù)據(jù)社會”關(guān)系角度來看，由于網(wǎng)絡(luò)中學(xué)生專屬的“數(shù)字身份”包含大量個人信息，若隱私數(shù)據(jù)泄露，將嚴(yán)重威脅學(xué)生的數(shù)字身份，甚至侵犯其人格權(quán)[14]。

3 數(shù)據(jù)使用環(huán)節(jié)

數(shù)據(jù)使用環(huán)節(jié)是通過交換或運算教育數(shù)據(jù)，來發(fā)揮大數(shù)據(jù)價值，這是教育數(shù)據(jù)倫理中所涉問題最復(fù)雜的環(huán)節(jié)。從“教育數(shù)據(jù)所有者—教育數(shù)據(jù)使用者”關(guān)系角度出發(fā)，存在的關(guān)鍵問題包括：①數(shù)據(jù)使用問題，主要探討“某類教育數(shù)據(jù)是否獲得授權(quán)使用”“可使用場景是僅限學(xué)生本人，或?qū)W校建設(shè)，還是其他校外場景”“可使用的數(shù)據(jù)類型為明文、摘要信息還是特征數(shù)據(jù)”。②“算法歧視”與“算法黑箱”問題。數(shù)據(jù)計算意味著需要運用算法進行公式運算，以學(xué)生綜合評價模型為例，假設(shè)“學(xué)生綜合成績=學(xué)業(yè)成績×50%+品德×25%+體育×10%+勞動×10%+音樂美術(shù)×5%”，可以看出該算法歧視擅長非學(xué)科學(xué)習(xí)的學(xué)生，強調(diào)“學(xué)業(yè)成績論成敗”。另外，不是所有人都了解該算法對“好學(xué)生”的定義，故存在黑箱問題。③數(shù)據(jù)過度挖掘問題。人工智能強大的計算能力可能挖掘出數(shù)據(jù)之間的深層隱私信息[15]，而這類信息很可能侵犯數(shù)據(jù)所有者的隱私權(quán)。對于“教育數(shù)據(jù)社會”，“算法黑箱”易導(dǎo)致社會認(rèn)知被技術(shù)“操控”，成為算法“囚徒”[16]；而數(shù)據(jù)的過度挖掘，易引發(fā)公眾對人工智能的恐懼。

4 數(shù)據(jù)銷毀環(huán)節(jié)

數(shù)據(jù)銷毀環(huán)節(jié)可通過技術(shù)手段使數(shù)據(jù)消失且無法恢復(fù)。從“教育數(shù)據(jù)所有者—教育數(shù)據(jù)使用者”關(guān)系角度出發(fā)，存在數(shù)據(jù)是否合法銷毀的關(guān)鍵問題，即當(dāng)學(xué)生想撤回數(shù)據(jù)授權(quán)同意時，數(shù)據(jù)是否被及時刪除。對于“教育數(shù)據(jù)社會”而言，若數(shù)據(jù)沒有及時被刪除，則侵犯數(shù)據(jù)隱私權(quán)，產(chǎn)生違法行為。

當(dāng)前，教育數(shù)據(jù)倫理問題主要為教育數(shù)據(jù)所有者的數(shù)據(jù)擁有權(quán)與教育數(shù)據(jù)使用者的使用行為之間的利益沖突：在數(shù)據(jù)產(chǎn)生環(huán)節(jié)，表現(xiàn)為數(shù)據(jù)所有者是否開放數(shù)據(jù)采集，而使用者是否惡意引導(dǎo)數(shù)據(jù)開放；在數(shù)據(jù)存儲環(huán)節(jié)，表現(xiàn)為數(shù)據(jù)所有者是否允許存儲數(shù)據(jù)，而使用者是否能安全地存儲管理數(shù)據(jù)；在數(shù)據(jù)使用環(huán)節(jié)，表現(xiàn)為數(shù)據(jù)所有者是否允許數(shù)據(jù)使用，而使用者的數(shù)據(jù)計算是否侵害數(shù)據(jù)所有者的利益或隱私；在數(shù)據(jù)銷毀環(huán)節(jié)，表現(xiàn)為數(shù)據(jù)所有者是否能自主銷毀數(shù)據(jù)，而使用者是否依法刪除數(shù)據(jù)。可見，教育數(shù)據(jù)倫理問題主要為數(shù)據(jù)的權(quán)利與行為問題。目前，權(quán)利問題的解決以法律法規(guī)為主，輔以技術(shù)手段進行隱私保護；同時，政府大力推動教育數(shù)據(jù)開放[17]，力圖打破教育“數(shù)據(jù)孤島”，使權(quán)利問題不再成為教育大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展的主要障礙。但是，行為問題會反向?qū)е聶?quán)利問題出現(xiàn)異常，即學(xué)生的隱私信息如果一直被盜用，學(xué)生可能更傾向于選擇不授權(quán)數(shù)據(jù)。因此，如何正確使用教育數(shù)據(jù)，實現(xiàn)教育數(shù)據(jù)隱私保護與安全共享計算，是當(dāng)前教育數(shù)據(jù)倫理的關(guān)鍵問題，也是限制教育大數(shù)據(jù)進一步發(fā)展的挑戰(zhàn)之一[18]。

三 “隱私計算+區(qū)塊鏈”技術(shù)體系的構(gòu)建

1 隱私計算與區(qū)塊鏈技術(shù)的結(jié)合

傳統(tǒng)的教育數(shù)據(jù)隱私保護常采用信息安全技術(shù)（如差分隱私、加密技術(shù)等[19][20]），難以適應(yīng)教育大數(shù)據(jù)和智能教育階段對教育數(shù)據(jù)保護與倫理安全的要求[21]。2021年教育部等六部門印發(fā)《關(guān)于推進教育新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)構(gòu)建高質(zhì)量教育支撐體系的指導(dǎo)意見》，提出將區(qū)塊鏈技術(shù)與教育基礎(chǔ)設(shè)施深度融合，發(fā)揮教育數(shù)據(jù)價值，推動教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型[22]。作為新型的教育數(shù)據(jù)管理方式，區(qū)塊鏈技術(shù)可以重構(gòu)教育數(shù)據(jù)隱私安全與倫理范式。區(qū)塊鏈起源于比特幣[23]，通過分布式結(jié)構(gòu)和相關(guān)輔助技術(shù)，構(gòu)建可信的基礎(chǔ)設(shè)施，具有去中心化、不可篡改、可追溯、公開透明等特點。當(dāng)前，教育區(qū)塊鏈可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)可信存儲，保障數(shù)據(jù)的真實性，常應(yīng)用于學(xué)分銀行、教育評價等場景[24][25]。然而，教育數(shù)據(jù)在區(qū)塊鏈中需以公開、透明的形式存儲，面臨數(shù)據(jù)隱私安全問題[26]。此外，隨著教育數(shù)據(jù)的增多與區(qū)塊鏈技術(shù)的普及，教育區(qū)塊鏈數(shù)量逐漸上升，但不同區(qū)塊鏈之間難以實現(xiàn)安全的教育數(shù)據(jù)共享與計算，從而限制了大數(shù)據(jù)價值的發(fā)揮[27]。

隱私計算是指在數(shù)據(jù)計算的同時保障數(shù)據(jù)隱私安全的技術(shù)集合[28]，實現(xiàn)“數(shù)據(jù)可用不可見”，從而解決“數(shù)據(jù)孤島”問題。例如，李默妍[29]提出將聯(lián)邦學(xué)習(xí)與教育數(shù)據(jù)挖掘相結(jié)合，以解決多方數(shù)據(jù)挖掘的隱私問題；郭利明等[30]利用聯(lián)邦學(xué)習(xí)構(gòu)建學(xué)生綜合素質(zhì)評價的數(shù)據(jù)共享機制，打破教育數(shù)據(jù)壁壘。隱私計算可實現(xiàn)數(shù)據(jù)隱私安全交換與計算，最大程度地發(fā)揮教育數(shù)據(jù)價值，解決當(dāng)前教育數(shù)據(jù)倫理的關(guān)鍵問題——如何在共享與計算教育數(shù)據(jù)時，保護數(shù)據(jù)隱私與安全[31]。

綜上，盡管通過“隱私計算”可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)隱私保護與安全共享計算，但如果共享交換的數(shù)據(jù)本身為假數(shù)據(jù)或低價值數(shù)據(jù)，那么就無法保障計算可信、不能發(fā)揮數(shù)據(jù)價值。另外，盡管區(qū)塊鏈可以保障數(shù)據(jù)可信，且存儲常為高價值數(shù)據(jù)。但在數(shù)據(jù)存儲方面，區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)皆為明文，而當(dāng)前匿名存儲技術(shù)發(fā)展還不成熟，存在隱私泄露風(fēng)險[32]；在數(shù)據(jù)計算方面，由于區(qū)塊鏈存儲空間有限，在鏈上進行大規(guī)模計算會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)共識性能和虛擬執(zhí)行空間不足，故單純依靠區(qū)塊鏈無法實現(xiàn)實時高效的計算。而將隱私計算與區(qū)塊鏈技術(shù)相結(jié)合，可以實現(xiàn)鏈上鏈下同步計算，既可提高區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)計算能力，又可實現(xiàn)高價值數(shù)據(jù)的安全交換，從而發(fā)揮“1+1>2”的效果，有效解決教育數(shù)據(jù)倫理問題。

2 “隱私計算+區(qū)塊鏈”技術(shù)體系的設(shè)計

“隱私計算+區(qū)塊鏈”技術(shù)體系以區(qū)塊鏈為教育數(shù)據(jù)庫的技術(shù)基礎(chǔ)，存儲與共享交換教育數(shù)據(jù)，保障數(shù)據(jù)的真實性與價值；同時，以隱私計算邏輯為計算方法，保障教育數(shù)據(jù)隱私的安全，有效發(fā)揮教育大數(shù)據(jù)的價值。“隱私計算+區(qū)塊鏈”技術(shù)體系的架構(gòu)設(shè)計如圖4所示，其中數(shù)據(jù)產(chǎn)生層與數(shù)據(jù)存儲層主要解決數(shù)據(jù)可信問題，保障數(shù)據(jù)不被竊取或篡改，且通過數(shù)據(jù)審計防止低價值數(shù)據(jù)上傳至區(qū)塊鏈，是有效發(fā)揮教育數(shù)據(jù)價值的前提；數(shù)據(jù)使用層通過隱私計算（聯(lián)邦學(xué)習(xí)和安全多方計算）解決“數(shù)據(jù)孤島”問題，是實現(xiàn)教育數(shù)據(jù)共享、發(fā)揮其價值的關(guān)鍵；數(shù)據(jù)應(yīng)用層實現(xiàn)教育數(shù)據(jù)應(yīng)用與銷毀，是發(fā)揮數(shù)據(jù)價值、實現(xiàn)成果輸出的最終環(huán)節(jié)。

圖4 “隱私計算+區(qū)塊鏈”技術(shù)體系的架構(gòu)設(shè)計

圖5 “聯(lián)邦學(xué)習(xí)+區(qū)塊鏈”的實現(xiàn)流程（以構(gòu)建學(xué)生數(shù)據(jù)模型為例）

3 “隱私計算+區(qū)塊鏈”的技術(shù)實現(xiàn)邏輯

由于隱私計算常被分為聯(lián)邦學(xué)習(xí)、安全多方計算與可信執(zhí)行環(huán)境三個技術(shù)方向[33]，因此本研究將從教育應(yīng)用案例的角度，介紹“隱私計算+區(qū)塊鏈”的技術(shù)實現(xiàn)邏輯。

（1）基于聯(lián)邦學(xué)習(xí)與區(qū)塊鏈的學(xué)生數(shù)據(jù)模型構(gòu)建

“聯(lián)邦學(xué)習(xí)”由Google提出[34]，通過機器學(xué)習(xí)的分布式框架，各教育數(shù)據(jù)方無需交換原始數(shù)據(jù)，只需提供數(shù)據(jù)特征與模型相關(guān)參數(shù)，就能構(gòu)建人工智能模型，打破“數(shù)據(jù)孤島”，發(fā)揮教育數(shù)據(jù)價值。區(qū)塊鏈也是分布式結(jié)構(gòu)，其通過多節(jié)點間的“共識算法”保障教育數(shù)據(jù)的一致性，從而保證教育數(shù)據(jù)的真實性。聯(lián)邦學(xué)習(xí)與區(qū)塊鏈相輔相成[35]，助力構(gòu)建高價值教育數(shù)據(jù)模型。

以構(gòu)建學(xué)生數(shù)據(jù)模型為例，“聯(lián)邦學(xué)習(xí)+區(qū)塊鏈”的實現(xiàn)流程如圖5所示。首先，將某學(xué)生小學(xué)、初中、高中的教育數(shù)據(jù)都加入同一條區(qū)塊鏈中，利用區(qū)塊鏈的共識算法保障學(xué)生數(shù)據(jù)不可篡改。然后，從區(qū)塊鏈中分別提取該學(xué)生小學(xué)、初中、高中的在校數(shù)據(jù)模型。為保障數(shù)據(jù)隱私，將在加密狀態(tài)下對齊學(xué)生用戶樣本，確認(rèn)共有用戶，同時不暴露其他學(xué)生的信息。該學(xué)生的三個階段數(shù)據(jù)模型并不是直接融合，而是以“模型特征參數(shù)”的密文形式參與模型運算，構(gòu)建“學(xué)生數(shù)據(jù)模型”。最后，模型對密文參數(shù)解密后進行聯(lián)合計算，將產(chǎn)生的新模型參數(shù)返回給各方數(shù)據(jù)模型，各模型根據(jù)得到的參數(shù)更新自身模型。因此，聯(lián)邦學(xué)習(xí)不僅可實現(xiàn)多方數(shù)據(jù)模型構(gòu)建，還可更新各教育數(shù)據(jù)方本地的數(shù)據(jù)模型參數(shù)，實現(xiàn)多方教育數(shù)據(jù)交換的價值。

（2）基于安全多方計算與區(qū)塊鏈的教育政務(wù)數(shù)據(jù)報表輸出

“安全多方計算”是由姚期智院士[36]提出的概念，是指通過聯(lián)合多方數(shù)據(jù)庫共同計算目標(biāo)函數(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)本地計算，數(shù)據(jù)擁有方對數(shù)據(jù)的使用具有控制權(quán)，從而保障數(shù)據(jù)安全。但該技術(shù)只能保障計算過程的數(shù)據(jù)隱私安全，無法保障數(shù)據(jù)的真實性。而通過將安全多方計算與區(qū)塊鏈技術(shù)相結(jié)合，可以保障數(shù)據(jù)的真實性。該技術(shù)可應(yīng)用于多參與方且對數(shù)據(jù)真實性要求高的場景，如構(gòu)建終身評價體系、教育政務(wù)數(shù)據(jù)報表輸出等。

以教育政務(wù)數(shù)據(jù)報表輸出為例，“安全多方計算+區(qū)塊鏈”的實現(xiàn)流程如圖6所示。在無可信第三方、數(shù)據(jù)存儲不發(fā)生遷移的情況下，想要輸出教育政務(wù)數(shù)據(jù)報表，需要各教育單位分別從區(qū)塊鏈節(jié)點中獲取數(shù)據(jù)，并參與目標(biāo)函數(shù)f(x)計算，計算過程中更新的教育政務(wù)數(shù)據(jù)和相關(guān)數(shù)據(jù)存儲于區(qū)塊節(jié)點。每個節(jié)點只能獲取函數(shù)的計算結(jié)果（如教育單位A只能獲取綜合的教育政務(wù)數(shù)據(jù)報表，而不能直接獲取教育單位B的明文政務(wù)數(shù)據(jù)），以保障多教育數(shù)據(jù)參與方的數(shù)據(jù)隱私安全。安全多方計算在一定程度上可以解決各數(shù)據(jù)方由于擔(dān)憂數(shù)據(jù)或計算結(jié)果被竊取而不參與數(shù)據(jù)聯(lián)合計算的問題，有助于實現(xiàn)教育數(shù)據(jù)互聯(lián)互通。而區(qū)塊鏈可以保障在安全多方計算的全過程中實時進行節(jié)點的數(shù)據(jù)存證與計算存證，從而保障數(shù)據(jù)不被篡改。

圖6 “安全多方計算+區(qū)塊鏈”的實現(xiàn)流程（以教育政務(wù)數(shù)據(jù)報表輸出為例）

（3）基于可信執(zhí)行環(huán)境與區(qū)塊鏈的教育數(shù)據(jù)商業(yè)交易

可信執(zhí)行環(huán)境常通過可信硬件（如ARM TrustZone、Intel SGX等）構(gòu)建可信安全的硬件環(huán)境[37]，其環(huán)境內(nèi)部分為可信執(zhí)行環(huán)境和普通執(zhí)行環(huán)境。這兩個環(huán)境是獨立分開的，擁有各自的硬件設(shè)備和計算空間，無授權(quán)不能訪問，以從硬件隔離層面保證數(shù)據(jù)的隱私和安全。由于可信硬件的成本相較于普通硬件更昂貴，因此僅建議在隱私風(fēng)險較高的教育數(shù)據(jù)場景中使用可信執(zhí)行環(huán)境。可信執(zhí)行環(huán)境同樣無法保障數(shù)據(jù)來源真實可信，僅能保障數(shù)據(jù)在硬件環(huán)境中不被竊取與篡改，而將其與區(qū)塊鏈技術(shù)相結(jié)合，可有效解決這一問題。其中，區(qū)塊鏈主要負責(zé)數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)認(rèn)證等工作，而可信執(zhí)行環(huán)境負責(zé)隱私風(fēng)險高、易被攻擊的數(shù)據(jù)交易或數(shù)據(jù)計算工作。

以教育數(shù)據(jù)商業(yè)交易為例，“可信執(zhí)行環(huán)境+區(qū)塊鏈”的實現(xiàn)流程如圖7所示。首先，由教育數(shù)據(jù)使用方提出數(shù)據(jù)需求，并請求交易。在找到教育數(shù)據(jù)提供方后，數(shù)據(jù)需經(jīng)過區(qū)塊鏈認(rèn)證是否真實。之后，在可信執(zhí)行環(huán)境完成教育數(shù)據(jù)交易，以防止數(shù)據(jù)泄露侵犯隱私權(quán)，或外泄教育數(shù)據(jù)提供方的數(shù)據(jù)商業(yè)機密。最后，經(jīng)過區(qū)塊鏈認(rèn)證數(shù)據(jù)的真實性后，教育數(shù)據(jù)提供方將交易數(shù)據(jù)加密，并上傳至可信執(zhí)行環(huán)境等待交易；數(shù)據(jù)使用方需在限定時間內(nèi)支付費用，完成交易，并將交易記錄上傳區(qū)塊鏈存證，數(shù)據(jù)使用方便可獲得密鑰，獲取其所購買的教育數(shù)據(jù)。

四 “隱私計算+區(qū)塊鏈”技術(shù)體系支持教育數(shù)據(jù)倫理問題的解決

“隱私計算+區(qū)塊鏈”技術(shù)體系的主要功能，是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可信計算與隱私計算。為梳理該技術(shù)體系可解決的教育數(shù)據(jù)倫理問題，本研究從教育數(shù)據(jù)全生命周期（數(shù)據(jù)產(chǎn)生→數(shù)據(jù)存儲→數(shù)據(jù)使用→數(shù)據(jù)銷毀）角度，呈現(xiàn)“隱私計算+區(qū)塊鏈”技術(shù)體系的運行機制，如圖8所示。依托此運行機制，“隱私計算+區(qū)塊鏈”技術(shù)體系可解決的教育數(shù)據(jù)倫理問題如表2所示。

表2 “隱私計算+區(qū)塊鏈”技術(shù)體系可解決的教育數(shù)據(jù)倫理問題

環(huán)節(jié)運行步驟可解決的教育數(shù)據(jù)倫理問題 數(shù)據(jù)產(chǎn)生①建立教育區(qū)塊鏈構(gòu)建教育數(shù)據(jù)共同體，保障數(shù)據(jù)可信，從源頭解決教育數(shù)據(jù)產(chǎn)生與存儲的倫理問題，從而緩解校園反科技、隱私倦怠等極端現(xiàn)象 ②數(shù)據(jù)采集保證教育數(shù)據(jù)采集過程隱私安全，數(shù)據(jù)不受竊取或篡改 ③數(shù)據(jù)脫敏教育數(shù)據(jù)隱私存儲，解決數(shù)據(jù)隱私安全問題 數(shù)據(jù)存儲④數(shù)據(jù)審計實現(xiàn)教育數(shù)據(jù)計算價值第一步，不存儲低價值數(shù)據(jù) ⑤數(shù)據(jù)上鏈實現(xiàn)教育數(shù)據(jù)計算價值第二步，保障教育數(shù)據(jù)可信、不被篡改 數(shù)據(jù)使用⑥鏈上計算（可信交易）保障教育數(shù)據(jù)在交換、計算過程中全過程信息的真實可信 ⑦鏈下計算（隱私計算）實現(xiàn)多教育數(shù)據(jù)方之間安全交換與隱私計算，發(fā)揮教育數(shù)據(jù)價值 數(shù)據(jù)銷毀⑧數(shù)據(jù)資產(chǎn)轉(zhuǎn)移尊重教育數(shù)據(jù)所有者的權(quán)利，及時刪除需要銷毀的數(shù)據(jù)

教育大數(shù)據(jù)常來源于各類智能教學(xué)終端設(shè)備，如電腦、攝像頭、麥克風(fēng)等。不同的設(shè)備可獲取不同類型的教育數(shù)據(jù)，包括學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)、人臉數(shù)據(jù)、聲音數(shù)據(jù)等。“隱私計算+區(qū)塊鏈”技術(shù)體系為實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可信計算與隱私計算，經(jīng)歷了以下四個環(huán)節(jié)、八個運行步驟：

1 數(shù)據(jù)產(chǎn)生環(huán)節(jié)

①建立教育區(qū)塊鏈。通過引入國家相關(guān)監(jiān)管部門作為區(qū)塊鏈節(jié)點，最大程度地保證區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)可信，從源頭解決教育數(shù)據(jù)產(chǎn)生與數(shù)據(jù)存儲環(huán)節(jié)中的倫理問題。②數(shù)據(jù)采集。從各智能終端設(shè)備中獲取教育數(shù)據(jù)，需合法獲得教育數(shù)據(jù)所有者的同意。《兒童個人信息網(wǎng)絡(luò)保護規(guī)定》要求獲取14歲以下的學(xué)生數(shù)據(jù)時，除學(xué)生本人還需獲得其監(jiān)護人同意[38]。③數(shù)據(jù)脫敏。在數(shù)據(jù)采集過程中，對于敏感數(shù)據(jù)（如網(wǎng)課攝像頭拍攝到的學(xué)生住宅環(huán)境）要進行模糊化處理，不進行相關(guān)信息采集，以保護個人隱私。

2 數(shù)據(jù)存儲環(huán)節(jié)

④數(shù)據(jù)審計。數(shù)據(jù)審計貫穿于數(shù)據(jù)采集、傳輸與存儲全過程，以確保節(jié)點不上傳低價值或冗余數(shù)據(jù)，使區(qū)塊鏈節(jié)點的存儲價值最大化。例如，學(xué)生上網(wǎng)課時若保持一致的神態(tài)與動作，則只存儲其中一張圖即可。⑤數(shù)據(jù)上鏈。將各類教育數(shù)據(jù)信息保存在區(qū)塊鏈上，通過共識機制和哈希算法，保障數(shù)據(jù)不被篡改，實現(xiàn)數(shù)據(jù)可信、安全存儲。

3 數(shù)據(jù)使用環(huán)節(jié)

⑥鏈上計算。“隱私計算+區(qū)塊鏈”技術(shù)體系利用區(qū)塊鏈技術(shù)，在鏈上開展對數(shù)據(jù)真實性要求高但計算量低的工作，如信息共享、公平交易、存證追溯、公共賬本等，保證存儲數(shù)據(jù)真實可信，并記錄數(shù)據(jù)操作痕跡，以防篡改數(shù)據(jù)；同時，將計算量大且隱私要求高的數(shù)據(jù)計算任務(wù)交由鏈下環(huán)節(jié)。⑦鏈下計算。鏈下進行數(shù)據(jù)計算，實現(xiàn)隱私計算，解決教育數(shù)據(jù)孤島問題。根據(jù)教育數(shù)據(jù)情境需要，可選擇采用聯(lián)邦學(xué)習(xí)、安全多方計算或可信執(zhí)行環(huán)境。例如，如果希望減少明文數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，可以采用聯(lián)邦學(xué)習(xí)技術(shù)，使用特征數(shù)據(jù)構(gòu)建學(xué)生行為模型。多教育數(shù)據(jù)方進行隱私計算后，需將計算流程與結(jié)果上鏈存儲，保障數(shù)據(jù)真實性。通過鏈上鏈下同步計算，可實現(xiàn)教育數(shù)據(jù)隱私保護與安全共享計算。同時，模型訓(xùn)練應(yīng)選擇官方規(guī)定或具有科學(xué)依據(jù)的算法，并在模型訓(xùn)練前公開算法類型，以避免算法歧視或黑箱問題。

4 數(shù)據(jù)銷毀環(huán)節(jié)

⑧數(shù)據(jù)資產(chǎn)轉(zhuǎn)移。數(shù)據(jù)銷毀與數(shù)據(jù)所有權(quán)、隱私權(quán)直接相關(guān)，是教育數(shù)據(jù)倫理的關(guān)鍵問題之一。當(dāng)學(xué)生想撤回數(shù)據(jù)授權(quán)同意時，需要進行數(shù)據(jù)資產(chǎn)轉(zhuǎn)移，將數(shù)據(jù)進行不可逆的刪除或銷毀，不得保留，更不允許繼續(xù)非法采集數(shù)據(jù)。《網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全管理條例》明確規(guī)定，在用戶撤回數(shù)據(jù)授權(quán)后，需要在15個工作日內(nèi)刪除或匿名化個人信息，否則將侵犯用戶的數(shù)據(jù)隱私權(quán)[39]。

五 結(jié)語

本研究以教育數(shù)據(jù)全生命周期為視角，揭示了教育數(shù)據(jù)倫理中數(shù)據(jù)所有者與數(shù)據(jù)使用者的利益沖突問題及其對教育數(shù)據(jù)社會的影響。傳統(tǒng)的信息安全技術(shù)難以應(yīng)對安全共享計算且保護數(shù)據(jù)隱私這一挑戰(zhàn)，而新興的“隱私計算+區(qū)塊鏈”技術(shù)體系可以保護教育數(shù)據(jù)所有者的數(shù)據(jù)隱私權(quán)，并發(fā)揮大數(shù)據(jù)價值，滿足數(shù)據(jù)使用者的需求。該技術(shù)體系通過區(qū)塊鏈關(guān)注數(shù)據(jù)本身的價值，并借助隱私計算打破“數(shù)據(jù)孤島”，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，最大化發(fā)揮數(shù)據(jù)價值。隨著AI、大數(shù)據(jù)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，未來的教育數(shù)據(jù)倫理問題將與大數(shù)據(jù)大量、高速、多樣、價值、真實（Volume, Velocity, Variety, Value, Veracity）的5V特性密不可分。整體而言，解決數(shù)據(jù)倫理問題的關(guān)鍵是在快速計算的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)更高質(zhì)量的隱私計算。“隱私計算+區(qū)塊鏈”技術(shù)體系應(yīng)在保證數(shù)據(jù)可信的基礎(chǔ)上，對大規(guī)模、多類型的數(shù)據(jù)進行隱私計算，并保證計算速度與計算結(jié)果的數(shù)據(jù)價值。該技術(shù)體系還可擴充“隱私計算”庫，以支持多樣化的計算場景，解決數(shù)據(jù)倫理問題，促進“教育數(shù)據(jù)所有者—教育數(shù)據(jù)使用者—教育數(shù)據(jù)社會”更加和諧地發(fā)展，推動教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級。

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Privacy Computing + Blockchain: A New Perspective of Educational Data Ethics Research

ZHANG Jun LIN Xiao-hong GENG Yu-ge CAO Xiao-ming[Corresponding Author]

With the rapid development of educational big data, there is an increasing concern for data ethics issues. In order to effectively solve the ethical issues of current educational data, this paper analyzed the data subjects and their relationships from the perspective of the whole life cycle of educational data. It was found that the key problem of current educational data ethics is the conflict of interests between data owners and data users. In order to solve this problem, the paper constructed the technical system of “privacy computing + blockchain”, and further combined the three technical directions of privacy computing, namely federated learning, secure multiparty computation, and trusted execution environment, with blockchain technology. Meanwhile, the technical implementation logic of “privacy computing + blockchain” was introduced, and the ethical issues of educational data that can be solved by this technology system were summarized. The new research perspective can deal with the new types of ethical issues of educational data, thereby promoting the harmony and long-term development of educational data society.

educational data ethics; privacy computing; blockchain; educational big data

G40-057

A

1009—8097（2023）09—0027—10

10.3969/j.issn.1009-8097.2023.09.003

本文為教育部人文社科規(guī)劃基金項目“智慧學(xué)習(xí)環(huán)境下基于多模態(tài)融合的學(xué)習(xí)參與度識別機制研究”(項目編號：20YJA880001)、深圳市教育科學(xué)規(guī)劃重大資助課題“中小學(xué)智慧校園建設(shè)的理論與實踐”（項目編號：zadazz19003）的階段性研究成果。

張君，助理教授，博士，研究方向為教育數(shù)據(jù)隱私保護，郵箱為zhangjuniris@szu.edu.cn。

2023年2月21日

編輯：小米