區(qū)塊鏈在非學(xué)歷在線教育之學(xué)習(xí)成果認(rèn)證中的探索實(shí)踐

孫華林 盛昀瑤 王瑩

摘要：該文介紹了區(qū)塊鏈概念、分類及Fabric框架技術(shù)，分析了非學(xué)歷在線教育之現(xiàn)狀及面臨的問題，給出了基于Fabric構(gòu)建非學(xué)歷在線教育學(xué)習(xí)成果認(rèn)證系統(tǒng)的設(shè)計和原型實(shí)現(xiàn)過程，對構(gòu)建終身學(xué)習(xí)型社會具有一定的理論指導(dǎo)意義和實(shí)際應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈;在線教育;成果認(rèn)證

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）35-0232-03

近兩年，被金融市場“比特幣”概念帶火的區(qū)塊鏈技術(shù)因具有“可追溯、防篡改、去中心化[1]”等特點(diǎn)，受到各國政府及企業(yè)的高度關(guān)注，其在金融、政務(wù)、物流、審計等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。區(qū)塊鏈可排除被中心化代理控制的風(fēng)險，其發(fā)展及應(yīng)用在不久的將來可能會顛覆各行業(yè)傳統(tǒng)的運(yùn)行模式。教育界也開始考慮應(yīng)用區(qū)塊鏈構(gòu)建教育信息化基礎(chǔ)設(shè)施，解決教育問題，提供創(chuàng)新服務(wù)[2]。國外，2015年秋季麻省理工學(xué)院的媒體實(shí)驗(yàn)室采用區(qū)塊鏈研發(fā)了學(xué)習(xí)證書平臺在區(qū)塊鏈上共享學(xué)歷證書信息。國內(nèi)，沈忠華認(rèn)為區(qū)塊鏈的“去中心化、可追溯”可解決教育評估過程中易受教育機(jī)構(gòu)行政部門約束（如評估材料造假）等難題。上述研究一定程度上解決了傳統(tǒng)學(xué)歷教育中存在的一些問題。研究者一直關(guān)注區(qū)塊鏈在各行業(yè)包括傳統(tǒng)的以“學(xué)校為中心”的學(xué)歷教育的應(yīng)用研究。但在教育領(lǐng)域，隨著以慕課為代表的全球開放教育資源運(yùn)動的持續(xù)深入發(fā)展，人類學(xué)習(xí)呈現(xiàn)出模式數(shù)字化、內(nèi)容多樣化、機(jī)會民主化、場所分散化的日益多元的去中心化特征，研究者對這種去中心化的在線教育領(lǐng)域的研究不多，尤其是在線教育如何構(gòu)建“可信”的“學(xué)習(xí)過程檔案及學(xué)習(xí)成果認(rèn)證”的研究方面。本文將基于Fabric區(qū)塊鏈框架，解決“去中心化、缺少政府信用支撐”的在線教育在構(gòu)建終身教育體系時面臨提供“學(xué)習(xí)者真實(shí)學(xué)習(xí)軌跡與過程記錄、學(xué)習(xí)成果認(rèn)證”等一系列問題，對構(gòu)建終身學(xué)習(xí)型社會具有重要的理論指導(dǎo)意義和實(shí)際應(yīng)用價值[2]。

1 區(qū)塊鏈及其開發(fā)框架

1.1區(qū)塊鏈概念及分類

區(qū)塊鏈技術(shù)是基于塊鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來驗(yàn)證與存儲數(shù)據(jù)、采用分布式節(jié)點(diǎn)共識算法來生成和更新數(shù)據(jù)、利用密碼學(xué)原理保證數(shù)據(jù)訪問安全、采用智能合約編寫腳本來操縱數(shù)據(jù)的一種全新的分布式基礎(chǔ)架構(gòu)和計算范式，它具有“可追溯、防篡改、去中心化”的特征[3]。

根據(jù)應(yīng)用場景不同，區(qū)塊鏈一般可以分為公有鏈、聯(lián)盟鏈和私有鏈3種類型。公有鏈顧名思義，就是鏈上的每一個節(jié)點(diǎn)都是“公共的、開放的”，網(wǎng)絡(luò)上的任何組織或用戶都可以訪問這個節(jié)點(diǎn);私有鏈和公有鏈之“開放節(jié)點(diǎn)”特征恰恰相反，其鏈上的節(jié)點(diǎn)僅僅向有權(quán)限的用戶開放，其他沒有權(quán)限的用戶不能查看或操作私有鏈上的節(jié)點(diǎn)中的數(shù)據(jù);聯(lián)盟鏈?zhǔn)墙橛诠墟満退接墟溨g的一種“去中心化”被弱化的區(qū)塊鏈類型，一般是由利益攸關(guān)方組成的聯(lián)盟發(fā)起和創(chuàng)建，聯(lián)盟鏈中的每一個節(jié)點(diǎn)都代表某個組織，這些組織都是通過充分的授權(quán)才能進(jìn)入聯(lián)盟鏈，成為其中的一分子[4-5]。

1.2區(qū)塊鏈主流開發(fā)框架介紹

1.2.1比特幣Bitcoin

比特幣是區(qū)塊鏈技術(shù)的第一個應(yīng)用場景，也讓區(qū)塊鏈技術(shù)從此名聲大噪，對區(qū)塊鏈技術(shù)崛起有著舉重若輕的作用，這里不再詳述。

1.2.2以太坊Ethereum架構(gòu)

這是區(qū)塊鏈2.0的典型應(yīng)用代表，是一種面向所有公眾的公有鏈。其采用五層架構(gòu)，從上到下分別為數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識層、激勵層和智能合約層。數(shù)據(jù)層是基礎(chǔ)層，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲及數(shù)據(jù)安全，采用leveldb實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲，基于哈希函數(shù)和非對稱加密保證交易安全;網(wǎng)絡(luò)層采用點(diǎn)對點(diǎn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)鏈中節(jié)點(diǎn)的互聯(lián);智能合約層為開發(fā)者提供可編程特性，其實(shí)現(xiàn)了區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)透明、不可篡改及永久運(yùn)行的三個特性。以太坊中智能合約運(yùn)行環(huán)境是以太坊虛擬機(jī)（EVM），運(yùn)行在EVM中的Code被沙箱封裝起來只能有限制的調(diào)用。目前基于以太坊的合約項(xiàng)目已達(dá)到數(shù)百個，比較有名的有Augur、TheDAO、Digix、FirstBlood等。

1.2.3 Corda架構(gòu)

Corda是由R3CEV推出的一款分布式賬本平臺，主要是為金融機(jī)構(gòu)特別是銀行打造的一個系統(tǒng)。從區(qū)塊鏈的嚴(yán)格意義上來講Corda并不是真正意義上的區(qū)塊鏈，它是一個“受區(qū)塊鏈啟發(fā)的”技術(shù)平臺。Corda采用UTXO模型、網(wǎng)絡(luò)是基于P2P的分布式網(wǎng)絡(luò)，沒有廣播，只是基于點(diǎn)對點(diǎn)的消息交流方式，網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點(diǎn)都執(zhí)行稱為CorDapps的應(yīng)用程序的JVM run-time environment。

1.2.4螞蟻區(qū)塊鏈Baas

螞蟻區(qū)塊鏈BaaS的全稱即Blockchain as a Service，也就是大家熟悉的阿里云區(qū)塊鏈服務(wù)。因基于云平臺開放區(qū)塊鏈技術(shù)，架構(gòu)平臺具有高性能、高可靠和高容錯性，在隱私保護(hù)方面也做得很好。螞蟻區(qū)塊鏈BaaS主要的應(yīng)用場景是企業(yè)級聯(lián)盟鏈，采用三層技術(shù)架構(gòu)（分別為底層BaaS Core、中間層BaaS Plus和頂層BaaS Marketplace），主要有聯(lián)盟鏈管理、身份認(rèn)證、自動化部署、區(qū)塊鏈服務(wù)、業(yè)務(wù)配置等五個核心功能。

1.2.5 Fabric架構(gòu)

Fabric是由IBM和DAH主導(dǎo)開發(fā)的一個區(qū)塊鏈框架，是超級帳本的項(xiàng)目成員之一。它是一種“松耦合”架構(gòu)，架構(gòu)中的共識機(jī)制、身份驗(yàn)證等模塊采用組件化設(shè)計思想，允許開發(fā)人員根據(jù)應(yīng)用需求選擇相應(yīng)的模塊來實(shí)現(xiàn)功能。Fabric是一種采用了Docker容器技術(shù)的分布式智能合約平臺，允許開發(fā)者將編寫的智能合約代碼放在容器中運(yùn)行，因此開發(fā)人員在智能合約編碼階段可以使用Java、Python、C#等所有開發(fā)語言來實(shí)現(xiàn)。

2 非學(xué)歷在線教育之現(xiàn)狀及困境

2.1現(xiàn)狀

在傳統(tǒng)的學(xué)歷教育及非學(xué)歷技術(shù)培訓(xùn)市場，信息化教學(xué)正在顛覆人們受教育的方式。各種依托網(wǎng)絡(luò)的在線資源如面向“公眾”的MOOC課程及面向“小眾”的SPOC課程如雨后春筍般涌現(xiàn)出來，傳統(tǒng)的線下教學(xué)如以學(xué)校、各類培訓(xùn)機(jī)構(gòu)為中心的“中心化”教育模式逐步向網(wǎng)絡(luò)在線模式轉(zhuǎn)變[2]。這種轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)者帶來了教育選擇多樣化、培訓(xùn)內(nèi)容多樣化、受教育機(jī)會均等化、降低學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)成本等好處，學(xué)習(xí)者可以因地制宜、根據(jù)自己的時間、特點(diǎn)選擇線上教育資源。近兩年出現(xiàn)了諸如中國大學(xué)慕課網(wǎng)、職教云等一系列在線資源平臺，為廣大學(xué)習(xí)者提供了幾千門在線優(yōu)質(zhì)課程，有力地推動了教育的機(jī)會均衡發(fā)展。

2.2面臨的問題

網(wǎng)絡(luò)在線開放教育雖然為學(xué)員提供了大量的優(yōu)質(zhì)課程，有力地推動了新時期的新的學(xué)習(xí)方式變革，也存在著“信任危機(jī)”問題。傳統(tǒng)的線下學(xué)歷教育因有政府的信譽(yù)支撐，學(xué)歷教育過程中的“過程材料、學(xué)習(xí)成績”及發(fā)放的學(xué)歷證書不會產(chǎn)生“信任危機(jī)”，而缺少“政府信譽(yù)支撐”的網(wǎng)絡(luò)在線開放教育面臨提供“學(xué)習(xí)者真實(shí)學(xué)習(xí)軌跡與過程記錄、學(xué)習(xí)成果認(rèn)證”等一系列信任問題，基于區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建“可信的學(xué)習(xí)過程檔案”勢在必行。

3 Fabric框架技術(shù)在非學(xué)歷在線教育中的運(yùn)用

3.1 Fabric及其架構(gòu)

3.1.1 Fabric框架技術(shù)

Hyperledger是由Linux基金會主導(dǎo)的區(qū)塊鏈開源項(xiàng)目，項(xiàng)目包含了面向多個領(lǐng)域的區(qū)塊鏈開源框架，其中Fabric是這些開源框架中最著名的一個。根據(jù)區(qū)塊鏈的分類性質(zhì)，F(xiàn)abric框架是一種適合構(gòu)建跨多個組織的去中心化應(yīng)用的企業(yè)級解決方案，可以歸類為聯(lián)盟鏈，這種聯(lián)盟鏈和以太坊等公有鏈在設(shè)計上有區(qū)別，那就是引入了身份驗(yàn)證、權(quán)限控制及數(shù)據(jù)隱私保護(hù)機(jī)制，以適應(yīng)企業(yè)級應(yīng)用的限制性要求[6]。

Fabric分布式賬本采用不可篡改的區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)保存信息，可以將學(xué)習(xí)者的各個學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)記錄到區(qū)塊鏈中，保證了溯源信息的透明與可信。

3.1.2 Fabric架構(gòu)

Fabric是聯(lián)盟鏈，其架構(gòu)核心為Identity，Ledger及Transac-tions，Smart Contact幾個部分[7]。Identity即身份管理戚員管理，只有有權(quán)限的org組織才被允許加入?yún)^(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò);Smart Con-tract即智能合約，體現(xiàn)為一段業(yè)務(wù)邏輯代碼一鏈碼;Fabric不僅提供了方便的、可以根據(jù)不同需求來設(shè)置共識協(xié)議的方法，還提供API方便應(yīng)用開發(fā)，服務(wù)端ChainCode開發(fā)可采用Go、Java或者Node.js，客戶端應(yīng)用可以使用Java SDK。Fabric整體架構(gòu)如下圖1所示。

3.2基于Fabric的非學(xué)歷在線教育學(xué)習(xí)成果認(rèn)證系統(tǒng)設(shè)計

如圖2所示，非學(xué)歷在線教育學(xué)習(xí)成果認(rèn)證系統(tǒng)分為Fab-ric區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)平臺、Application應(yīng)用組件及智能合約部分。區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)平臺設(shè)計了CA、Endors及Order三個節(jié)點(diǎn)和一個DataStore服務(wù)。CA節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)證書管理，如果某組織org1中的p節(jié)點(diǎn)沒有加入channel通道中，那么Order在下發(fā)區(qū)塊的時候，就不會向org1組織中的節(jié)點(diǎn)分發(fā)這個區(qū)塊;DataStore服務(wù)可以實(shí)現(xiàn)對分布式賬本的各種操作，Application應(yīng)用組件部分基于Fabric-Node.js-SDK采用gRPC遠(yuǎn)程過程調(diào)用訪問區(qū)塊鏈平臺進(jìn)行各種數(shù)據(jù)操作，智能合約部分采用編碼實(shí)現(xiàn)和外界數(shù)據(jù)交換接口功能。

3.3系統(tǒng)最小原型的實(shí)現(xiàn)

3.3.1系統(tǒng)需求

基于Fabric的非學(xué)歷在線教育學(xué)習(xí)成果認(rèn)證系統(tǒng)功能需求分析將主要分為賬戶管理、學(xué)習(xí)管理、區(qū)塊鏈管理及加密傳輸管理4個模塊。

賬戶管理主要實(shí)現(xiàn)組織機(jī)構(gòu)用戶注冊功能。學(xué)習(xí)者在網(wǎng)上學(xué)習(xí)前系統(tǒng)首先采用非對稱秘鑰進(jìn)行區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)的合法性檢驗(yàn)，驗(yàn)證通過的節(jié)點(diǎn)才有被允許加入?yún)^(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的權(quán)限。學(xué)習(xí)管理模塊對學(xué)習(xí)的資源、學(xué)員信息、培訓(xùn)機(jī)構(gòu)、學(xué)習(xí)過程記錄等進(jìn)行統(tǒng)一管理。區(qū)塊鏈管理模塊是整個系統(tǒng)的核心，系統(tǒng)中學(xué)員的學(xué)習(xí)過程、成績等資料將被記錄到節(jié)點(diǎn)區(qū)塊中，這一過程具體采用的是監(jiān)聽機(jī)制，即當(dāng)監(jiān)聽到系統(tǒng)中有學(xué)員學(xué)習(xí)成果信息后，成果信息將被記錄在最近的節(jié)點(diǎn)中，然后這個節(jié)點(diǎn)通過區(qū)塊鏈廣播的方式向整個鏈發(fā)送自己記錄的區(qū)塊數(shù)據(jù)。

3.3.2基本數(shù)據(jù)存儲（CouchDB）

系統(tǒng)有培訓(xùn)機(jī)構(gòu)信息、學(xué)員信息、課程信息、講師信息、學(xué)員學(xué)習(xí)過程記錄5個基本數(shù)據(jù)表。

培訓(xùn)機(jī)構(gòu)信息包括機(jī)構(gòu)名稱、地址、用于標(biāo)識機(jī)構(gòu)唯一身份的ID、公鑰publicKey、私鑰privateKey及標(biāo)識學(xué)員身份的stu-dentID;學(xué)員信息包括學(xué)員姓名、性別、身份證號和標(biāo)識學(xué)員唯一身份的studentID;課程信息主要包括課程ID、開課時間、結(jié)束時間、學(xué)時、課程簡介、開課講師ID;學(xué)員學(xué)習(xí)過程記錄信息包括主鍵ID、開始學(xué)習(xí)時間、結(jié)束學(xué)習(xí)時間、學(xué)員標(biāo)識studentID、學(xué)員狀態(tài)、培訓(xùn)機(jī)構(gòu)ID、機(jī)構(gòu)簽名信息、學(xué)習(xí)課程ID、是否完成學(xué)習(xí)、獲得成果信息列表等信息。

3.3.3系統(tǒng)簡單實(shí)現(xiàn)過程

編寫并部署智能合約函數(shù)，調(diào)用這個函數(shù)將培訓(xùn)機(jī)構(gòu)信息、課程信息、講師信息寫入到分布式賬本中，并生成區(qū)塊記錄。學(xué)員注冊后可以選擇某個培訓(xùn)機(jī)構(gòu)中的課程資源進(jìn)行學(xué)習(xí)，此時需要在學(xué)習(xí)過程記錄中寫入學(xué)習(xí)操作記錄。當(dāng)學(xué)員完成學(xué)習(xí)并有成績等學(xué)習(xí)成果產(chǎn)生時，系統(tǒng)將會調(diào)用預(yù)先編譯并部署完成的智能合約自動更新該學(xué)員的狀態(tài)信息，并在分布式賬本中記錄相關(guān)操作然后生成區(qū)塊。

4 結(jié)束語

本文采用Fabric框架構(gòu)建了非學(xué)歷在線教育學(xué)習(xí)成果認(rèn)證系統(tǒng)原型，通過在“鏈”上發(fā)布與記錄學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)軌跡、過程記錄及學(xué)習(xí)成果，保證了鏈上的數(shù)據(jù)不可篡改、偽造和公開透明，為學(xué)習(xí)者提供了可信的終身學(xué)習(xí)檔案和學(xué)習(xí)成果認(rèn)定，對構(gòu)建終身學(xué)習(xí)型社會具有一定的理論指導(dǎo)意義和實(shí)際應(yīng)用價值。

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【通聯(lián)編輯：謝媛媛】

收稿日期：2019-10-19

基金項(xiàng)目：2018年度CCF職業(yè)教育發(fā)展委員會職業(yè)教育科研課題“區(qū)塊鏈視域下在線開放教育與傳統(tǒng)教育學(xué)分互認(rèn)體系構(gòu)建研究”（項(xiàng)目編號：CCFV2018010）;2018年度江蘇高校哲學(xué)社會科學(xué)研究基金項(xiàng)目“區(qū)塊鏈新技術(shù)視域下在線開放課程之學(xué)分鏈生態(tài)體系構(gòu)建研究”（項(xiàng)目編號：2018SJA1845）

作者簡介：孫華林（1977-），男，江蘇徐州人，常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，碩士，研究方向?yàn)榻逃虒W(xué)信息化、云計算及大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈。