基于云計(jì)算的教育資源共享平臺(tái)優(yōu)化與安全機(jī)制研究

一、前言

在我國(guó)教育信息化建設(shè)不斷深化的今天，對(duì)教學(xué)資源進(jìn)行數(shù)字化、共享的需求越來(lái)越高。云計(jì)算具有可伸縮性、按需服務(wù)、低成本等特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)教學(xué)信息的高效共享提供了新的途徑。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，教育資源共享平臺(tái)面臨著性能優(yōu)化和安全保障的雙重挑戰(zhàn)。首先，要保證該平臺(tái)有效、穩(wěn)定地工作，以滿足大量的并發(fā)接入需求。同時(shí)，為保證教學(xué)資源及使用者數(shù)據(jù)信息的安全性，還需要有健全的安全機(jī)制。針對(duì)上述問(wèn)題，本文對(duì)云環(huán)境下的教學(xué)資源共享平臺(tái)進(jìn)行研究，并提出相應(yīng)的解決方案。

二、云計(jì)算在教育資源共享中的優(yōu)勢(shì)

（一）技術(shù)架構(gòu)層面

在技術(shù)架構(gòu)上，云計(jì)算以其特有的分布特點(diǎn)，天然適用于教學(xué)資源的存儲(chǔ)和分發(fā)，并利用虛擬技術(shù)對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)一管理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等多個(gè)方面的靈活配置[。該體系結(jié)構(gòu)打破了以往在構(gòu)建過(guò)程中固定的硬件資源的限制，讓學(xué)校可以按照自身的需要對(duì)其進(jìn)行靈活的分配，從而防止出現(xiàn)資源閑置和短缺的情況。從教學(xué)應(yīng)用角度看，云計(jì)算技術(shù)突破地理空間的局限，使得優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源可以惠及更多的學(xué)生，尤其是邊遠(yuǎn)區(qū)域的教育均衡發(fā)展[2]。

（二）經(jīng)濟(jì)角度

云計(jì)算所采取的按需支付模式大幅減少了進(jìn)入和運(yùn)行費(fèi)用，使教育機(jī)構(gòu)不必再進(jìn)行大規(guī)模的局部數(shù)據(jù)中心建設(shè)，而是通過(guò)訂閱的形式獲得了專業(yè)水平的IT基礎(chǔ)設(shè)施，將固定成本轉(zhuǎn)化為可變成本，大大提高投資收益率。運(yùn)維管理方面，云計(jì)算服務(wù)提供商負(fù)責(zé)硬件升級(jí)、軟件更新、修復(fù)等相關(guān)工作，教育機(jī)構(gòu)可以將有限的科技資源投人教育軟件研發(fā)、教學(xué)輔助等核心領(lǐng)域。

（三）教育資源的動(dòng)態(tài)更新和版本控制

傳統(tǒng)模式下，教育資源的更新需要人工分發(fā)到各個(gè)終端，既費(fèi)時(shí)又很難確保系統(tǒng)的一致性。而在云計(jì)算平臺(tái)上，可以將課程的更新信息即時(shí)推送給每一個(gè)用戶，保證學(xué)生能夠及時(shí)地獲得教材的最新版本。此外，該平臺(tái)還支持多名老師協(xié)同合作，實(shí)現(xiàn)對(duì)教學(xué)資源的不斷優(yōu)化與豐富[3]。版本控制功能則保留原有資源的歷史修改記錄，便于回溯和比較不同版本的內(nèi)容差異。

（四）為教育資源共享提供新的可能性

云平臺(tái)積累的海量教育資源和使用數(shù)據(jù)為學(xué)習(xí)分析提供了豐富素材，通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘可以發(fā)現(xiàn)資源使用模式和學(xué)習(xí)行為特征，進(jìn)而優(yōu)化資源推薦策略。云計(jì)算資源利用率提升模型見(jiàn)式（1）。

其中， τ 為資源利用率提升百分比， R_cloud 為云計(jì)算模式下的資源利用率（如表格1中的 85% ）， R_traditional 為傳統(tǒng)模式下的資源利用率（如表格1中的 45% ）。該公式量化云計(jì)算相較于傳統(tǒng)架構(gòu)的資源利用率提升效果，直接關(guān)聯(lián)表1中的硬件資源利用率數(shù)據(jù)。通過(guò)計(jì)算差值占比，體現(xiàn)云計(jì)算彈性伸縮的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

表1云計(jì)算在教育資源共享中的優(yōu)勢(shì)指標(biāo)對(duì)比

表2教育資源共享平臺(tái)優(yōu)化策略性能指標(biāo)

智能化的資源標(biāo)簽和分類系統(tǒng)能夠自動(dòng)識(shí)別教學(xué)內(nèi)容特征，提高資源檢索的準(zhǔn)確性和效率[4。這些技術(shù)進(jìn)步共同推動(dòng)著教育資源共享從簡(jiǎn)單的存儲(chǔ)分發(fā)向智能化、個(gè)性化服務(wù)方向發(fā)展。云計(jì)算在教育資源共享中的優(yōu)勢(shì)指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表1。

三、教育資源共享平臺(tái)的優(yōu)化策略

（一）底層架構(gòu)設(shè)計(jì)

利用容器化技術(shù)，結(jié)合容器調(diào)度工具，可以對(duì)教學(xué)軟件中的服務(wù)樣本數(shù)目及分布進(jìn)行自動(dòng)化管理，從而有效處理不同類型的用戶訪問(wèn)。由于采用了無(wú)服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程變得更加簡(jiǎn)單，開(kāi)發(fā)者可以將注意力集中在業(yè)務(wù)邏輯的執(zhí)行上，而不需要操作底層資源的分配。平臺(tái)則可以按照真實(shí)的負(fù)荷進(jìn)行伸縮，在確保性能的同時(shí)，還能夠達(dá)到最優(yōu)的效果。

（二）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方案優(yōu)化

對(duì)于各類教學(xué)資料，應(yīng)該采取有差異的存儲(chǔ)策略。對(duì)于使用頻率較高的熱點(diǎn)資源，采用多層緩沖技術(shù)進(jìn)行配置。冷數(shù)據(jù)可能會(huì)有成本較低的檔案存儲(chǔ)方式。在數(shù)據(jù)庫(kù)層面上，讀取和寫(xiě)入分開(kāi)的架構(gòu)可以在一定程度上分散用戶的訪問(wèn)負(fù)擔(dān)，引導(dǎo)用戶對(duì)數(shù)據(jù)的讀取和訪問(wèn)，從而確保業(yè)務(wù)核心數(shù)據(jù)庫(kù)的穩(wěn)定運(yùn)行[5]。面向海量、無(wú)組織的教學(xué)數(shù)據(jù)，對(duì)象存儲(chǔ)服務(wù)提供了高可靠、高擴(kuò)展的存儲(chǔ)方案，配合內(nèi)容尋址技術(shù)可以快速定位和獲取特定資源。

（三）網(wǎng)絡(luò)傳輸優(yōu)化

智能路由技術(shù)在現(xiàn)有CDN協(xié)議基礎(chǔ)上，能夠依據(jù)用戶所處的空間、環(huán)境等因素，自動(dòng)選取最佳的數(shù)據(jù)發(fā)送通路，降低網(wǎng)絡(luò)時(shí)延。在協(xié)議優(yōu)化方面，使用新一代的HTTP/3通信技術(shù)，提高在弱網(wǎng)條件下的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，尤其適用于移動(dòng)教學(xué)。在保證圖像質(zhì)量的同時(shí)，采用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)壓縮方法可以有效地減少網(wǎng)絡(luò)中的資源占用，提高網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率。針對(duì)視頻教學(xué)資源，采用基于網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)流媒體傳輸方式，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳輸[。

（四）資源發(fā)現(xiàn)機(jī)制改進(jìn)

基于知識(shí)圖譜的資源組織方式可以有效地反映出教學(xué)資料間的內(nèi)在聯(lián)系，并協(xié)助使用者找到所需的教學(xué)資料，協(xié)作濾波是一種能夠?qū)Σ煌愋陀脩暨M(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理的方法。教育資源共享平臺(tái)優(yōu)化策略性能指標(biāo)見(jiàn)表2。隨著NLP的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)信息的獲取不僅僅限于對(duì)關(guān)鍵字的搜索，還需要對(duì)用戶的搜索目的進(jìn)行準(zhǔn)確了解，從而為用戶提供更加滿意的搜索結(jié)果。這種智能挖掘方法極大地減少了用戶查找適合自身學(xué)習(xí)資源的成本，從而提升了教學(xué)平臺(tái)的利用率。

四、基于云計(jì)算的教育資源共享平臺(tái)優(yōu)化與安全機(jī)制

（一）教育資源共享平臺(tái)的安全機(jī)制設(shè)計(jì)為了保障教學(xué)資源共享平臺(tái)的安全性，必須建立一個(gè)從邊緣到核心的多層防護(hù)系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)層面，新一代防火墻可以對(duì)各種類型的網(wǎng)絡(luò)攻擊進(jìn)行有效識(shí)別與攔截，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效防護(hù)。虛擬私有網(wǎng)為管理員提供了一條可靠的遠(yuǎn)程管理渠道，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行不會(huì)被破壞。對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信采取加密、通道等手段，保證數(shù)據(jù)的保密性、完整性，并有效地防范中間人攻擊。在現(xiàn)有的基于用戶姓名和口令的基礎(chǔ)上，生物特征識(shí)別和行為分析技術(shù)可以提供更強(qiáng)大的身份驗(yàn)證手段。連續(xù)的身份驗(yàn)證是在對(duì)話期間對(duì)用戶進(jìn)行連續(xù)識(shí)別，從而避免賬戶被“劫持”的情況。基于屬性的訪問(wèn)控制模型充分考慮用戶角色、設(shè)備狀態(tài)和地理位置等多個(gè)維度的影響，以達(dá)到對(duì)用戶行為的動(dòng)態(tài)管理。安全機(jī)制防護(hù)效果對(duì)比見(jiàn)表3。

表3安全機(jī)制防護(hù)效果對(duì)比

透明加密技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)已保存的教學(xué)資源的自動(dòng)加密與解密，在安全與易用之間取得良好的平衡。密鑰管理系統(tǒng)確保加密密鑰的安全存儲(chǔ)和輪換，防止密鑰泄露導(dǎo)致的數(shù)據(jù)風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)含有個(gè)人信息的教育資料，應(yīng)當(dāng)對(duì)其進(jìn)行加密，在保證數(shù)據(jù)分析意義的同時(shí)又能保障學(xué)生的隱私。數(shù)據(jù)丟失防護(hù)系統(tǒng)監(jiān)控敏感數(shù)據(jù)的流動(dòng)，防止意外或惡意的數(shù)據(jù)外泄[。漏洞管理流程要求對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行周期性檢測(cè)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、排序。變更管理可以保證對(duì)所有的配置更改進(jìn)行審批并測(cè)試，以防止由于變更引起的安全性問(wèn)題。該系統(tǒng)對(duì)各種類型的安全記錄進(jìn)行匯總、分析，并利用相關(guān)性的方法來(lái)找出隱患。緊急處置預(yù)案確定處置過(guò)程及相關(guān)人員，以保證突發(fā)事件發(fā)生后可以迅速、高效地反應(yīng)，將損失降到最低。

（二）云計(jì)算環(huán)境下的數(shù)據(jù)保護(hù)措施

數(shù)據(jù)主權(quán)問(wèn)題是教育機(jī)構(gòu)在選擇云服務(wù)時(shí)的重要考量，應(yīng)當(dāng)考慮到其所處的地理空間以及所處的管轄權(quán)。合約條款須明確資料所有權(quán)、提供商存取權(quán)限及資料轉(zhuǎn)移機(jī)制，以規(guī)避被廠商封鎖的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)對(duì)云計(jì)算供應(yīng)商的信息安全驗(yàn)證（如ISO27001、SOC2等），可以對(duì)云計(jì)算企業(yè)的信息防護(hù)水平進(jìn)行評(píng)價(jià)。學(xué)校也應(yīng)該在當(dāng)?shù)貫橹匾馁Y料做好備份，以保證云服務(wù)出現(xiàn)故障時(shí)，必要的操作仍然可以保持基本運(yùn)營(yíng)。

客戶端加密確保數(shù)據(jù)在離開(kāi)用戶設(shè)備前就已加密，云服務(wù)商無(wú)法接觸明文數(shù)據(jù)。同態(tài)加密技術(shù)允許在加密數(shù)據(jù)上直接進(jìn)行計(jì)算，為云端處理敏感教育數(shù)據(jù)提供了新的可能性。多方安全計(jì)算協(xié)議使得多個(gè)教育機(jī)構(gòu)可以協(xié)作分析數(shù)據(jù)，而無(wú)需共享原始數(shù)據(jù)集。這些先進(jìn)的加密方法在保護(hù)數(shù)據(jù)隱私的同時(shí)，不犧牲云計(jì)算的數(shù)據(jù)處理能力。從數(shù)據(jù)創(chuàng)建開(kāi)始，就應(yīng)標(biāo)記其敏感級(jí)別和保留期限，自動(dòng)應(yīng)用相應(yīng)的保護(hù)策略。使用過(guò)程中，數(shù)據(jù)血緣追蹤技術(shù)可以記錄數(shù)據(jù)的流轉(zhuǎn)和處理歷史，便于追溯和審計(jì)。數(shù)據(jù)歸檔階段需要考慮存儲(chǔ)成本和檢索需求的平衡，采用分層存儲(chǔ)方案[8。數(shù)據(jù)銷毀必須確保徹底性，特別是對(duì)于存儲(chǔ)介質(zhì)回收或服務(wù)終正的情況，需要采用符合標(biāo)準(zhǔn)的擦除方法防止數(shù)據(jù)恢復(fù)。差分隱私技術(shù)可以在統(tǒng)計(jì)和分析教育數(shù)據(jù)時(shí)，嚴(yán)格控制個(gè)人信息被泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。聯(lián)邦學(xué)習(xí)框架允許多個(gè)教育機(jī)構(gòu)共同訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型，而無(wú)需集中共享訓(xùn)練數(shù)據(jù)。安全飛地技術(shù)（如IntelSGX）創(chuàng)建了受保護(hù)的執(zhí)行環(huán)境，即使云平臺(tái)管理員也無(wú)法訪問(wèn)其中的數(shù)據(jù)處理過(guò)程。這些技術(shù)正在重塑云計(jì)算環(huán)境下的數(shù)據(jù)保護(hù)范式，為教育數(shù)據(jù)的開(kāi)放共享與隱私保護(hù)找到了平衡點(diǎn)。

（三）平臺(tái)性能監(jiān)控與持續(xù)優(yōu)化機(jī)制

為了保證教學(xué)資源共享系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，必須建立一個(gè)完整的性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，覆蓋硬件結(jié)構(gòu)和使用者體驗(yàn)。在此過(guò)程中，通過(guò)對(duì)服務(wù)器CPU、內(nèi)存、磁盤及網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)設(shè)備能力進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)估，以防止系統(tǒng)資源耗盡。通過(guò)對(duì)各部件的響應(yīng)速度、差錯(cuò)率進(jìn)行追蹤，并對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，從而找到性能退化部件。對(duì)網(wǎng)頁(yè)下載速度、交互流暢度等重要參數(shù)進(jìn)行分析，真實(shí)反映終端用戶的實(shí)際感受。將上述監(jiān)測(cè)信息整合起來(lái)，可以建立一個(gè)完整的系統(tǒng)運(yùn)行狀況視圖。

利用時(shí)序分析方法，辨識(shí)出系統(tǒng)性能指數(shù)的周期變動(dòng)與長(zhǎng)期趨勢(shì)，為產(chǎn)能計(jì)劃的制定奠定基礎(chǔ)。溯源分析方法可以將多種異常數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，從而迅速找到問(wèn)題的根源。機(jī)器學(xué)習(xí)模型能夠自動(dòng)識(shí)別出系統(tǒng)中的常規(guī)行為，并能夠發(fā)現(xiàn)與期望不一致的性能異常。預(yù)測(cè)性分析基于歷史數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)未來(lái)負(fù)載變化，提前做好資源準(zhǔn)備。這些先進(jìn)的分析方法將性能管理從被動(dòng)響應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)預(yù)防。

基礎(chǔ)設(shè)施即代碼實(shí)踐使得計(jì)算環(huán)境可以快速重建和一致部署，從而避免配置偏移的問(wèn)題。為避免出現(xiàn)性能退化，自動(dòng)測(cè)試流水線會(huì)在每個(gè)程式碼更改之后，進(jìn)行完整的效能測(cè)試。漸進(jìn)式發(fā)布策略（如藍(lán)綠部署和金絲雀發(fā)布）將新版本逐步推向用戶群體，并可以有效地降低變更的風(fēng)險(xiǎn)。功能參數(shù)切換無(wú)須重新配置就可以對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行迅速檢驗(yàn)，構(gòu)成高效的優(yōu)化反饋循環(huán)。

資源調(diào)度算法可以分析工作負(fù)載模式，在保證服務(wù)質(zhì)量的前提下選擇最具成本效益的資源分配方案。基于云服務(wù)的典型競(jìng)價(jià)模型可以有效地減少系統(tǒng)運(yùn)行開(kāi)銷，并適用于可間斷的后臺(tái)處理任務(wù)。自動(dòng)縮放策略要求對(duì)擴(kuò)展門限和大小進(jìn)行微調(diào)，以防止因擴(kuò)展次數(shù)過(guò)多而造成資源消耗。多云架構(gòu)能夠充分發(fā)揮各云計(jì)算服務(wù)提供商的優(yōu)點(diǎn)，以達(dá)到最佳的性價(jià)比，長(zhǎng)期保持績(jī)效優(yōu)化的成果。

（四）安全合規(guī)與風(fēng)險(xiǎn)管理框架

教育資源共享平臺(tái)的安全合規(guī)建設(shè)需要遵循系統(tǒng)化方法，建立完整的治理體系。合規(guī)框架的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和法律法規(guī)（如等保2.0、GDPR等）要求，同時(shí)考慮教育行業(yè)的特殊性質(zhì)。控制措施的選擇需要平衡安全效果與運(yùn)營(yíng)成本，優(yōu)先實(shí)施高風(fēng)險(xiǎn)領(lǐng)域的必要防護(hù)。文檔體系包括安全政策、程序文件和操作指南等，為各項(xiàng)安全實(shí)踐提供明確依據(jù)。合規(guī)證明材料的準(zhǔn)備和更新是應(yīng)對(duì)監(jiān)管檢查的重要工作，需要建立專門的維護(hù)機(jī)制[10]

風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別需要全面考慮技術(shù)、管理和人員各方面的潛在威脅，包括云計(jì)算特有的共享技術(shù)漏洞等風(fēng)險(xiǎn)。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法應(yīng)當(dāng)量化風(fēng)險(xiǎn)的可能性和影響，確定風(fēng)險(xiǎn)接受準(zhǔn)則和處理優(yōu)先級(jí)。風(fēng)險(xiǎn)處置策略包括規(guī)避、轉(zhuǎn)移、減輕和接受等多種選擇，需要根據(jù)具體情況制定最佳方案。風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控建立指標(biāo)跟蹤剩余風(fēng)險(xiǎn)的變化，確保控制措施持續(xù)有效。這種閉環(huán)的風(fēng)險(xiǎn)管理過(guò)程使安全決策更加科學(xué)和透明。動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值公式見(jiàn)式（2）。

DRV為動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值（用于優(yōu)先級(jí)排序），P為風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率，I為影響程度（1～10級(jí)），C為控制措施覆蓋率（0～1，如 80% 控制效果對(duì)應(yīng)0.8），R為殘余風(fēng)險(xiǎn)。

五、結(jié)語(yǔ)

基于云計(jì)算的教育資源共享平臺(tái)為教育信息化發(fā)展提供了強(qiáng)大支持，但其優(yōu)化和安全保障面臨諸多挑戰(zhàn)。本文探討平臺(tái)優(yōu)化策略和安全機(jī)制設(shè)計(jì)的關(guān)鍵方面，包括架構(gòu)優(yōu)化、性能提升、安全防護(hù)和數(shù)據(jù)保護(hù)等措施。研究表明，通過(guò)系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)和持續(xù)改進(jìn)，可以構(gòu)建既高效又安全的教育資源共享環(huán)境。未來(lái)研究可以進(jìn)一步探索人工智能技術(shù)在平臺(tái)優(yōu)化和安全防護(hù)中的應(yīng)用，以及區(qū)塊鏈技術(shù)在資源版權(quán)保護(hù)方面的潛力，為教育資源共享平臺(tái)的創(chuàng)新發(fā)展提供新思路。

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作者單位：烏魯木齊職業(yè)大學(xué)

責(zé)任編輯：王穎振 鄭凱津