區塊鏈技術在高校教育領域中的應用研究

馮曦

【摘要】區塊鏈技術被視為繼云計算、物聯網、大數據后，又一項顛覆性技術，是互聯網TCP/IP比特的升級版。它具有去中心化、高度信任、集體維護數據庫可靠性及分布式技術解決方案的特點，已經在金融、審計、物聯網及智能合約等對數據準確度有高度依賴的領域發揮了重要作用，并有望在聯網教育生態、自組織學習社區及去中心化模塊化教學的開發中有更多應用。

【關鍵詞】區塊鏈 高校教育 教育新生態

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）20-0010-02

一、引言

2016年美國、英國、日本等發達國家紛紛將區塊鏈技術上升至國家戰略層面，相繼成立區塊鏈發展聯盟。同年，國務院印發的《“十三五”國家信息化規劃》首次將區塊鏈列入我國的國家信息化規劃，并將其定為戰略性前沿技術之一。當前各行各業都開始關注區塊鏈技術，積極探索利用該技術破解行業難題，促進行業創新發展。2016年11月麻省理工的媒體實驗室宣布，他們正在嘗試使用區塊鏈技術研發軟件，用于發行學歷學位數字證書；Holberton學校已經和區塊鏈公證系統Bitproof建立合作，證明學歷資料的真實性；在Open Badges社區，BadgeChain小組在研究如何使用區塊鏈技術發行數字徽章；索尼全球教育集團也采用了區塊鏈技術實現了學生成績的安全共享，把數據領域擴散到中小學教育系統，形成分支鏈產業，教育資源的整合，數據的整合完成。

二、區塊鏈概念與核心技術

1.區塊鏈的概念

區塊鏈（Blockchain）的概念源于數字貨幣—比特幣，是一種把區塊以鏈的方式組合在一起的數據結構。它不依賴中心機構的管理，而在網絡中分布式記錄與存儲。區塊按照時間順序生成并記錄待處理的交易信息，由區塊頭和區塊主體兩部分組成，區塊頭負責通過主鏈連接到下一個區塊，區塊主體負責存儲數據信息。當區塊和鏈形成時系統會自動生成時間戳并為數據信息打上時間標簽，這是區塊鏈數據庫的一大創新點[1]。區塊鏈就是把加密數據（區塊）按照時間順序進行疊加（鏈）生成的永久、不可逆向修改的記錄。它的運作機理是將傳統由中心機構統一記錄和管理的“賬單”變為全網公開并由各個節點共同維護的“賬單”，每筆交易信息都可以通知到全網的用戶，“賬本”中的信息可以由所有用戶共同核對，這樣交易在缺少第三方信用主體時一樣可以得到信用擔保，從而保障信息的真實性與可信度。

區塊鏈技術是通過去中心化和去信任過程的方式集體地維護一個可靠數據庫的技術解決方案。該技術方案主要讓參與系統中的任意多個節點，通過一串使用密碼學方法相關聯產生的數據塊（block），每個數據塊中包含了一定時間內的系統全部信息交流數據，并且生成數據指紋用于驗證其信息的有效性和鏈接（chain）下一個數據庫塊。本質上是一個去中心化的分布式數據。其本身是一串使用密碼學相關聯所產生的數據塊，每一個數據塊中包含了多次比特幣網絡交易有效確認的信息。區塊鏈技術是互聯網TCP/IP比特的升級版，是未來網絡空間技術設施的新高地。區塊鏈技術用共識機制確保信息的真實，將推動共享經濟的普及，形成與資產連接的全球開放包容體系。未來無論是物聯網金融智能設備、醫療教學檔案版權都將依賴于區塊鏈技術的發展。

2.區塊鏈的核心技術

（1）分布式賬本，就是交易記賬由分布在不同地方的多個節點共同完成，而且每一個節點都記錄的是完整的賬目，因此它們都可以參與監督交易合法性，同時也可以共同為其作證。不同于傳統的中心化記賬方案，沒有任何一個節點可以單獨記錄賬目，從而避免了單一記賬人被控制或者被賄賂而記假賬的可能性。另一方面，由于記賬節點足夠多，理論上講除非所有的節點被破壞，否則賬目就不會丟失，從而保證了賬目數據的安全性。

（2）對稱加密和授權技術，存儲在區塊鏈上的交易信息是公開的（公開密鑰），但是賬戶身份信息是高度加密（私有密鑰）的，只有在數據擁有者授權的情況下才能訪問到。公鑰和私鑰同時產生，從而保證了數據的安全和個人的隱私。

（3）共識機制，就是所有記賬節點之間怎么達成共識，去認定一個記錄的有效性，這既是認定的手段，也是防止篡改的手段。區塊鏈提出了四種不同的共識機制，適用于不同的應用場景，在效率和安全性之間取得平衡。以比特幣為例，采用的是工作量證明，只有在控制了全網超過51%的記賬節點的情況下，才有可能偽造出一條不存在的記錄。當加入區塊鏈的節點足夠多的時候，這基本上不可能，從而杜絕了造假的可能。

（4）智能合約，智能合約是基于這些可信的不可篡改的數據，可以自動化的執行一些預先定義好的類似于規則的數字化合約。具體體現為，如果每個節點的信息都是真實可信的，智能合約的透明腳本代碼在其他節點監督下，符合條件時會自動執行，而且無法篡改干預或者操縱，很容易地在可信數據基礎上，運行一些標準化的預先定義好的規則和程序。

三、區塊鏈在高校教育中的應用

2016年10月，工信部頒布《中國區塊鏈技術和應用發展白皮書》，指出“區塊鏈系統的透明化、數據不可篡改等特征，完全適用于學生征信管理、升學就業、學術、資質證明、產學合作等方面，對教育就業的健康發展具有重要的價值”。調研發現，當前國內外區塊鏈技術的教育應用正處于萌芽狀態，少數教育機構開展了積極的探索。互聯網+教育是全球教育發展與變革的大趨勢，其宗旨是應用互聯網思維、技術和模式改造傳統教育生態，實現教育系統的結構性變革。區塊鏈技術有望在互聯網+教育生態的構建上發揮重要作用，其教育應用價值與思路主要體現在六大方面：建立個體學信大數據、打造智能化教育淘寶平臺、開發學位證書系統、構建開放教育資源新生態、實現網絡學習社區的“自組織”運行以及開發去中心化的教育系統[2]。區塊鏈技術有助于推動教育體系變革，加速教育系統進化發展。

區塊鏈技術的去中心化，開放性，信息不可篡改性，時間戳，匿名性都是有效解決教育問題的方法。一個事物的產生有三個階段”起始“——”生成過程“——”結果“，區塊鏈所謂的去中心化實際上就是一個生成過程的去中心化，而在起始結果兩個點并不是所謂的去中心化結果。比如教育資源的問題，在區塊鏈的結構中可以進行分布式數據的存儲。每個作為節點的結構，教師個人可以發布自己的相關教學應用課件，多媒體課程于其上，發布的同時分布純處于多個節點中，可以保證信息的共享，資料的查詢。每條信息有獨立的時間戳證明驗證，保證了發布者的權益不為侵犯。原創的教師即享受到豐富的教育資源來進行相關的教學工作，也可以發布自己的原創作品來獲得相應的知名度和收益。

考研出國方面的應用：這個方面最缺乏的也是最需要改善的就是信息的不對成型，在國內很少有渠道可以獲知國外教育機構的任何資料包括：師資力量，學校環境，教學水平等。如果在區塊鏈的基礎上構造一個不可造假，不可篡改的公共信息平臺，完全可以做到信息的整合查詢功能。任何時間，任何個人，任何機構都不可能對上面的信息進行篡改和毀壞，完全的去中心化的運行鏈條，完整的時間戳記錄，保證了信息的公開透明度。

學術領域問題：如今學術造假，論文造假屢見不鮮。各種實驗數據的真偽性都無從考證，就如前階段某科技大學生物時間不可逆的爭論一直也是喋喋不休的，試想一下如果采用區塊鏈技術記錄下每個實現過程和步驟，發布時間是否就可以杜絕這個問題。任何的過程，每個過程產生的時間，最后結果得出的時間都在區塊鏈上存儲。匿名性的保密措施，不可篡改的加密基礎都可以來保證所發布信息的真實性，不受任何人所控制。

四、區塊鏈技術的具體應用模式

建立一個開源的去中心化內容分發平臺，利用區塊鏈技術確保可信度和安全性，目的是克服因特網數據的分發模的缺點。允許每個人在該平臺協議之上構建應用，用區塊鏈的技術實現數據的存儲，保存，驗證。平臺頂層技術來提供應用的操作，處理等工作。針對以上的內容進行界面的開發和布置工作。

平臺開發初期：吸引知名學府、學院、教育機構、實驗室的加入，完善基本數據庫的建設工作，保證網絡的基礎運行和穩定。從完善學籍信息管理作為突破口，形成人才信息庫。中期：增加大量的學院信息、人才信息、實驗室、論文、公開課等相關信息，形成一個聯盟體系，以高校教育機構聯盟的團體形式來主導。教育部門計劃使用區塊鏈技術來記錄和驗證學習成績、考勤記錄和學位證書。區塊鏈因其透明性、安全性和不可更改性而知名。通過使用該技術，教育機構想要讓維護記錄的整個過程更高效、透明和安全。除了效率和安全性以外，在區塊鏈上存儲學習成績也能讓學生在世界任何地方都能訪問他們的文憑和學位證書，而無需擔心丟失證書或重新從學校頒發。

區塊鏈自身存在的安全問題在各個領域都引起了廣泛的關注與討論，結合區塊鏈技術在教育領域面臨的安全挑戰提出如下應對策略：第一，對教師、學生以及教育管理部門產生的數據信息進行權限管理，利用非對稱加密算法對各類數據進行加密處理，只有擁有對應私鑰的用戶才可以訪問用戶的數據信息，保證師生的個人信息不被泄漏。第二，采用算法技術與現實約束相結合的方式，在提高系統算法水平的同時通過法律保障、部門監管或者信用抵押等方式進行聯合管控，防止黑客入侵事件的發生。第三，利用大數據技術應對高級可持續攻擊，通過對黑客攻擊模式、時間、空間等特征進行處理分析，搭建應對黑客攻擊的防御系統，與區塊鏈自身安全體系形成協同效應，全面升級師生隱私保護系統。

參考文獻：

[1]2013開放教育資源質量報稱準則—TIPS框架[J].中國遠程教育，（10）：11-21

[2]袁勇，王飛躍.2016.區塊鏈技術發展現狀與展望[J].自動化學報，940：481-494