熱技術下的冷思考:區塊鏈在教育領域應用的理性審視

□ 朱 祎

隨著比特幣(Bitcoin)的快速發展，區塊鏈技術(Blockchain)作為其底層支撐技術，被普遍認為是一項具有顛覆性的信息技術，并將推動全球范圍內的相關產業變革。

2016年以來，多個國際組織和國家相繼發布報告探討區塊鏈可能帶來的影響。聯合國社會發展研究所的報告指出，區塊鏈技術具有促進大規模合作(cooperation at scale)的潛力。[1]國際貨幣基金組織的報告認為，相比虛擬貨幣，區塊鏈技術將會帶來更大的影響。[2]英國政府首席科學顧問(Chief Scientific Adviser)建議政府可應用區塊鏈技術中的分布式賬本技術來提升公共服務的效率。[3]日本產業經濟省報告指出，區塊鏈技術具有廣泛地改造社會體系的潛力，并預測2025年之后區塊鏈技術將會成為一種主流技術。[4-5]美國政府的多個部門已經開始探索應用區塊鏈技術來改進數據管理方式，提升數據安全性。[6]

在我國，2016 年國務院發布的《“十三五”國家信息化規劃》將區塊鏈技術定位為“戰略性前沿技術”，要求進行超前布局。[7]同年10月，工信部提出了我國區塊鏈技術發展路線圖和標準化路線圖等相關建議。[8]2018年，工信部提出要持續推進區塊鏈的領域標準研制工作，并提交國際標準提案。[9]2019年，中共中央總書記習近平也指出：“要把區塊鏈作為核心技術自主創新的重要突破口……加快推動區塊鏈技術和產業創新發展。”[10]

隨著區塊鏈技術受到越來越多的關注，我國教育界也開始積極探討區塊鏈技術在教育領域的應用。在中國知網以“區塊鏈”作為關鍵詞搜索教育類期刊論文，共檢索到文獻262篇，最早的一篇論文發表于2016年，文中提出了基于區塊鏈的眾籌重構教育概念[11]。其后，相關研究開始大量出現，2019年共發表論文141篇，相比2016年的12篇增長了11.75倍，如圖1所示。

圖1 CNKI相關期刊文獻數量

作為一種前沿性技術，區塊鏈技術尚在快速發展之中，其實際應用也在探索過程之中。目前，國內對區塊鏈應用在教育領域的研究主要集中在展望與規劃方面，有研究認為區塊鏈技術可以完善知識產權保護[12]，解決全球性學歷造假難題，構建遠程學習支持服務新模式[13]，將其與智慧機器人技術相結合能提升深度個性化學習效果，甚至能“形成全民參與、協同建設的一體化教育系統”，推動教育公平[14]。可見，大部分學者對區塊鏈技術在教育領域的應用表現出樂觀而美好的期盼，提出了很多有益的思路和方向，研究從微觀層面的教育信息認證、中觀層面的學習平臺打造，到宏觀層面的“自運行”教育系統的構建，涵蓋面非常廣泛。但是，綜合這些研究卻不禁讓人感覺到一絲困惑，在學者們提出的應用領域中，區塊鏈技術是否具備良好的適應性？是否能夠切實解決我們所面臨的問題，進而對教育領域產生全面而深遠的影響？回答這些問題需要我們審慎而理性的思考。

從技術發展史來看，大部分新技術的應用都經歷了熱潮期、低谷期，然后達到最終成熟期的發展模式。在區塊鏈技術的發展初期，我們既不能低估其可能帶來的深遠性影響，也不能過于樂觀地夸大尚未出現的顛覆性作用，而是需要深入剖析區塊鏈技術的特點，理性審視其在教育領域的適用性，以期能真正解決教育所面臨的難題，促進教育研究與實踐在信息時代的健康發展。

一、設計理念及適應性分析

2008年，學者“中本聰”(Satoshi Nakamoto)在密碼學郵件列表(Cryptography Mailing List)中發表了題為《比特幣:一種點對點電子現金系統》(Bitcoin:A Peer-to-Peer Electronic Cash System)的論文，其目的是為了設計一種基于密碼學原理而不是信任體系的電子支付系統，該系統允許交易雙方直接交易而無需一個可信任的第三方。“中本聰”提出了一種通過點對點、分布式的時間戳服務器來生成時序記錄的電子交易證明，從而解決雙重支付問題的方案。[15]簡單地說，這就是區塊鏈技術。限于篇幅原因，本文主要對其設計理念進行詳細剖析。

首先，區塊鏈技術的設計初衷和目標是：無需可信任第三方就能進行虛擬貨幣交易(數據交換)。這意味著，區塊鏈技術設定了一個前提，即參與數據交換的人與人之間、人與機構之間、機構與機構之間都是不可信的，需要設計出一系列復雜的方法和算法來解決信任度的問題。

因為沒有一個機構和參與者是可信的，所以數據不能集中放在一個或者幾個機構的服務器上，必須放在每一個參與機構和每一名參與者的計算機中，每一個參與交易的機構或者參與者都保存一份完整的、相同的數據。這就是“去中心化”，其設計的目的是防止某一個或幾個機構或者參與者獨占數據的管理權限。

由于數據是分布式存放的，當需要添加一條數據時，就必須全網廣播，由發起人通告所有數據持有者，告知所有人要在本地數據庫中添加記錄，在通過某種算法獲得超過所有持有者的添加確認之后，這條數據才能被添加進區塊鏈中。假如存在數據不一致的情況，那么就需要啟動一個所有數據持有者都參與的投票機制，以某種算法來確定數據的一致性，這就是集體維護的“共識機制”。假如有黑客想篡改數據，由于有共識算法的存在，黑客需要篡改一半以上CPU算力的參與者在其本地保存的數據才能達到目的，顯然在參與者人數眾多的互聯網環境中，要具有這樣的能力幾乎是不可能的。

為了進一步消減數據被篡改的可能性，“中本聰”給數據增加了一個時間維度，即數據只能按照時間戳的順序單向添加，無法刪除和修改。區塊之間采用鏈式方式串聯在一起，子區塊中還保存著父區塊的哈希值，區塊之間環環相扣。這個設計使得數據無法修改，且具有“可追溯性”。

為了防止參與者否認交易行為，區塊鏈技術采用了非對稱加密算法和哈希算法。所謂非對稱是指加密用的密鑰和相對應的解密密鑰是不一樣的，使用非對稱加密算法的時候先產生兩個密鑰，一個密鑰對所有人公開叫作公鑰，另一個密鑰由用戶自行保存叫作私鑰。用公鑰加密之后的密文只能由私鑰才能解密，用私鑰加密之后的密文只能由公鑰才能解密。

當一個數據需要加入區塊鏈中，首先使用哈希算法算出數據的具有唯一性、不可逆的哈希值，就像生成了這段數據的指紋，然后使用私鑰進行加密，將密文加入區塊鏈中。這樣，只要用這個參與者的公鑰解密這個密文，再與數據的指紋和時間戳進行比對，就能夠判斷是否是這個參與者提交的數據。這一系列算法，保證了不可否認性和不可偽造性。這個方式還有一個好處，就是在保證匿名的前提下，來證明某人的身份。比如，至今人們還不知道“中本聰”到底是誰，盡管不斷有人聲稱自己是“中本聰”，不過很快就被戳穿，因為驗明正身的方法非常簡單，那就是“中本聰”用自己的私鑰加密一段文字，所有人只有用“中本聰”的公鑰才能解密。

區塊鏈技術采用了一系列新技術，成功解決了信任度的問題，具有“高度信任”性。當然，其代價是犧牲了效率和存儲空間，相比集中式存儲方案，分布式數據庫添加數據的效率偏低，查詢速度要相差幾個數量級，數據不能被修改或刪除。此外，分布式數據庫還需要浪費更多存儲空間，參與者越多，數據的副本就越多，需要的存儲空間就越大。

綜上所述，區塊鏈技術適用那些存在信任度危機的場景，其具有如下特征：第一，系統中不存在一個至高無上的管理者，沒有一個具有絕對管理權的角色來統一管理和維護數據，即去中心化。第二，特征數據對所有參與者公開，所有參與者都能直接訪問數據，即共識機制。第三，數據只能被單向添加，不能被刪除或者修改，即可追溯性。第四，數據寫入的并發性能要求不高，對存儲空間浪費不敏感，即高冗余性。

二、在教育領域應用前景的理性審視

1.應用領域的適用性審視

如前所述，區塊鏈技術除了眾所周知的主要特征，即去中心化、共識機制、可追溯性和高冗余性之外，在實際應用中，還具有數據公開性、只讀性和低并發性等不同于中心化解決方案的特點。所以，要將區塊鏈技術應用到教育領域，我們不能僅僅停留在以上四個主要特征上，還需要結合實際考慮其他特點，以理性和審慎的態度去分析區塊鏈技術在教育領域的適用性。

對于我國來說，由于誠信體系并未構建成熟，學歷證書尤其是高等教育學歷證書的真偽驗證成為一大社會難題。[16]從2001年起，教育部開始實施高等教育學歷證書電子注冊制度，“中國高等教育學生信息網”(http:∥www．chsi.com.cn，簡稱“學信網”)成為我國高等教育學歷證書查詢的權威網站，成功地解決了高等教育學歷證書真偽的驗證難題。[17]從技術角度來說，這是一個典型的中心化解決方案，數據集中存放，所有人都信任權威數據源提供的信息。

我國的學歷教育管理體系早已建立了一整套規范而嚴格的審批制度，來確保設立教育機構的正規性和權威性，從信任度角度來說，公辦的或是民辦的中小學、大學都具備較高的可信度。這不是一個完全缺乏可信度的環境，如果使用區塊鏈技術，其合理性不高，存在過度應用，甚至帶來信息泄漏等負面作用。除學信網之外，各學歷教育機構在其官網上提供一個簡單的證書查詢服務，也同樣可以解決證書真偽性的辨識問題。

這個案例說明，在很多局部缺乏信任的教育場景里，如果存在一個可信的權威，那么中心化的解決方案往往更加合理、高效、簡單，引入區塊鏈技術的必要性和可行性并不高。從設計理念和適用性來考量，區塊鏈技術更加適用于缺乏權威管理角色，值得犧牲效率和存儲空間，來解決信任度問題的教育場景。

2.應用方式探析

那么，區塊鏈技術該如何在教育領域應用呢？筆者以為至少可以有兩種應用方式，即全面應用方式和部分應用方式。

(1)全面應用方式

全面應用方式要求教育場景具備這樣兩個特點：首先，它是一個非中心化、分布式體系；其次，存在信任度難題。經過分析，筆者以為學分銀行符合這兩個特點，完全適用該方式。

學分銀行正處于探索的瓶頸期，它作為構建學習型社會的一個重要支撐，是學習成果認證、存儲和轉換的“立交橋”，其主要目標是為了促進各級各類教育的縱向銜接與橫向溝通，拓寬正式學習、非正規與非正式學習的途徑和渠道，滿足現代人個性化與多樣性的學習需求，推動學習型社會的建設。自2011年開始，學分銀行不僅成為學術界研究的熱點，也成為政府、院校在終身教育領域的實踐重點，全國多個省市相繼建立學分銀行。

經過幾年的實踐，學分銀行的“立交橋”作用似乎并沒有充分發揮出來，其建設并非如當初預想的那么順利，在運作過程中遇到了種種困境。

首先，作為一項具有探索性的新生事物，各省市創建的學分銀行模式各異、彼此獨立，各區域性學分銀行為實現其實踐需求，制定了所面向教育領域的學分認定和轉換框架標準。多主體運作導致的多樣性，使得數據交換存在障礙和難度。[18]其次，對學習成果認定和存儲同時存在無需認定和無法認定的窘境。目前，學分銀行的實踐更加關注于正式學習成果的存儲和認定，但是由于正式學習成果完全可以由相關院校或者教育部提供認定，所以實踐中的集中存儲需求和轉換需求都不高。[19]同時受限于鑒定識別技術，學分銀行還無法有效認定和存儲終身學習中廣泛存在的非正規、非正式學習成果，這類學習成果認證亟待解決。[20]最后，作為學習成果認定的主體，存在合法性的迷思。學分銀行不是教學主體，無權制定人才培養方案或者課程體系，也沒有頒證發證的權力，其學習成果認定權是否具有合法性，這個問題在法律界、學術界還存在爭論。[24]

要解決學分銀行所面臨的困境，除了需要在理論、政策上進行進一步的探索和扶持之外，在技術上，區塊鏈技術恰好是一個解決其發展困境的有效技術方案，如圖2所示。

圖2 學分銀行體系運用區塊鏈技術示意圖

第一，區塊鏈技術最顯著的特點是“去中心化”，而國內現有的各類學分銀行相互獨立、模式各異，已經自然形成了一個典型的非中心化的體系。運用區塊鏈的分布式存儲技術，將所有學分銀行都維護同一個主鏈，區塊鏈數據在它們之間互為備份存儲，既保證了數據的安全性、完整性，又輕松實現了數據的共享互通。

第二，區塊鏈技術天生就是面向最終用戶的技術，能方便而簡潔地解決非正規、非正式學習成果的認定難題。學習者學習經歷和學習成果的認定，由教育機構和學習者共同完成之后可即時添加到區塊鏈中，具體過程如圖3所示。

圖3 非正式學習成果加入區塊鏈的流程圖

第三，學分銀行在對各類教育機構進行認證之后，可以生成并發放各教育機構的密鑰，提供用于驗證證書有效性的公鑰集中查詢，通過技術手段實現對各類教育機構的認定與信息公開。

第四，第三方機構只需兩步，即可自行完成對學習者學習成果的真偽驗證。第一步，訪問學分銀行獲取教育機構的公鑰，完成教育機構的信息真偽的驗證。第二步，在區塊鏈中查詢相關數據，使用學習者和教育機構的公鑰進行真偽驗證。之后的學分轉換則由第三方機構自行完成，整個過程無需學分銀行參與，具體過程如圖4所示。

圖4 對學習成果進行驗證的流程圖

可見，運用區塊鏈技術克服了各學分銀行間數據交換的障礙，解決了非正式學習成果認證的難題，規避了學分銀行認證權的合法性迷思。

(2)部分應用方式

如上分析，在絕大部分教育場景中，并不完全缺乏信任度，往往是某些環節、局部在一定程度上需要增加信任度，來更加方便驗證真偽，所以，部分應用方式將是區塊鏈技術在教育領域的應用常態。

如，數字學習證書。在教育領域，各種各類成果證書真偽的驗證一直是一個難題。因為數字時代紙質證書的仿制變得異常簡單、容易，而各教育機構仍然拘泥于傳統思路和手段，單純發放紙質證書，造成證書真偽難辨。發放基于非對稱加密算法和哈希算法的數字學習證書(digital credential)，是有效解決的手段之一，也是改革的方向。

每所教育機構都生成自己的公鑰和私鑰，私鑰自行保存，公鑰向公眾公開。發放各類成果證書時，首先使用私鑰進行加密，然后，在各類成果證書中附上密文，第三方在進行證書驗證時只要通過教育機構公開的公鑰對這段密文進行解密，即可驗證成果證書的真偽。由于數字證書是可以逐級驗證授權，即教育主管部門可以生成并下發二級證書給所屬教育機構，所以，數字證書還能同時起到對教育機構資質的驗證作用。

目前，很多高校在區塊鏈技術應用方面的探索大多集中在數字學習證書方面，比如英國開放大學的知識媒體研究所(Knowledge Media Institute)推出的OpenBlockChain系統、麻省理工學院的媒體實驗室(The MIT Media Lab)研發的學習證書平臺Blockcerts、美國Mozilla基金會提出的“開放勛章”框架(Open Badges Infrastructure)，這些系統在本質上都是利用非對稱加密技術來解決學習成果證書的可信度問題。

又如，時間指紋。區塊鏈技術通過增加時間維度和數據指紋的鏈式存儲的結合來實現數據的不可修改性和操作的可追溯性，這種技術叫作時間指紋技術。在教育領域，可以運用時間指紋技術來保證學習者學習過程數據的確定性。在教育實踐中，為了避免一次性期末考試帶來的弊端，越來越多的學校采用形成性考核(Formative Assessment)的方式對學習者學習過程進行全面測評。但由于形成性考核的時間跨度較長，考核次數較多，考核方式多樣，所以往往存在數據收集困難、考核結果易被篡改等問題。將時間指紋技術引入形成性考核中，將學生的考核結果以鏈式方式存儲，就能進一步保證形成性考核結果的有效性和準確性。

三、對教育領域影響的展望

單純從技術角度來看，區塊鏈技術是一個諸多成熟技術的混搭體，而不是一個完全創新性的技術。但從設計理念來看，區塊鏈技術卻獨樹一幟，擁有著極其深遠的影響。在經濟全球化、信息數字化時代，人類社會面臨著一系列的挑戰，如何跨越國別界限實現貨幣的自由流轉？如何解決虛擬世界中存在的信任危機？如何改變人類社會的固有模式以適應數字時代的新需求？區塊鏈技術正是嘗試應對這些挑戰的方法之一，其吸引全球矚目的原因在于對數字時代的洞見，以完全打破傳統貨幣數字化的思維方式，提出了一個完全符合全球化時代、數字化時代需求的“去中心化”解決方案。

那么，如何看待區塊鏈技術對教育領域的影響？筆者以為，如果僅以一種技術來看待區塊鏈，那么這個技術對教育領域的影響將是局部的、微觀的。如果以一種理念來看待區塊鏈，那么這個技術對教育領域的影響將是深刻的、久遠的。

進入21世紀，人類社會全面進入信息時代，知識大爆炸，終身學習成為所有人的需求。在工業社會構建的教育體系中，教育和學習拘泥于校園中、限定在課堂上，進行面對面的知識傳授，這已經不能適應個體隨時隨地進行學習的需求。在線教育、開放式課程(OCW)、在線資源庫、MOOC等教育新形態的提出正是人們應用信息技術試圖打破傳統教育機構的地域局限，適應數字化時代，滿足學習者知識渴求的一系列探索。同時，越來越多新的學習方式，如自主學習、適應性學習、移動學習、泛在學習、智慧學習等涌現，使得社會成員的學習更加碎片化、個性化、終身化。

然而一個不容否認的事實是，信息時代的學習方式、學習過程、學習形態已經發生變化，但學習成果的認證仍然保持傳統的方式——以限定于某一正式教育機構的、階段性學習的文憑為主，學分銀行的出現在某種程度上是為了解決了這一問題。但在學分銀行建設實踐中，仍然試圖采用傳統的思維方式來解決一個全新的問題，寄希望構建一個強大且巨大的“中心體”來存儲和認定所有學習者的所有正式、非正規、非正式學習成果。這個“中心體”希望擁有所轄范圍內所有學習者的個人信息和學習成果記錄，對所有學習成果的層次和質量進行權威性認定，指導規范所有學習成果之間的相互轉換。在學歷教育領域，具備政府強有力信用背書的學信網就是這樣的一個“中心體”，保存了全國所有高校學歷教育信息，其權威性甚至超越了頒發證書的高校本身。學分銀行建設理應不同于學信網，就區塊鏈技術應用于學習成果的認證而言，我們需要對學分銀行的建設思路深入反思。

學分銀行所面對的是時間碎片化、內容碎片化、地點碎片化、成果碎片化的終身學習，對學習成果的認證還沿用傳統“中心化”的思維方式，這顯然會遇到巨大的困難。這不僅僅體現在需要存儲數據的巨量化，最關鍵的在于學習形式、學習成果的變動性和不確定性。可見，學分銀行在探索過程中所面臨困境的根本性原因是理念上的沖突，這也同樣是保持著工業時代特性的教育體系與信息時代學習需求之間的根本性沖突。

秉承著區塊鏈技術的設計理念，我們將人們貫穿終生的學習過程看作一條基于時間的、只能單向添加的學習鏈。學習鏈的主體是每一名學習者，而不是教育機構，每完成一次學習(正式或非正式學習)都由學習者、教育機構或教師共同確認后生成一張數字學習證書，然后加入學習者的學習鏈中。這樣自然就形成一個“去中心化”的學習社區，學習可以隨時發生、即時記錄，對學習者知識、能力的評價也由原先的階段性證書的評價，變成對整個學習過程、學習經歷的評價，學習真正成為一種普遍的生活方式和生存狀態。

信息技術對于教育的改革常常起到促進作用，所以當一個新技術出現的時候，教育界總是熱衷于討論與展望新技術可能帶來的影響。但是當我們回顧這些年技術發展的路線，卻不得不承認，技術對于教育機構的影響力并未像我們想象的、期盼的那么迅猛，它們往往對教育產生意想不到的深遠的影響。回望被譽為MOOC元年的2012年，幾乎一夜之間所有人都在驚呼MOOC將改變大學[22]，8年過去了，盡管MOOC網站越來越多，在線課程也越來越多，但大學似乎還是老樣子，并沒有徹底改變。不過，隨著MOOC的流行，當人們需要學習知識時，第一選擇已經不再是在校上課，而是上網觀看各種教學視頻進行在線學習。MOOC沒有改變大學，MOOC改變的是知識的供給方式和人們的學習方式。

同樣，區塊鏈技術中真正有價值的，可能在于其基于數字時代的“去中心化”的全新理念，通過改變學習成果的存儲方式為切入點，適應數字學習的新形態、新方式，進而帶來整個教育領域供求關系的變化，最終促進教育體系從工業時代向數字時代的全面轉型。

四、總結

目前，區塊鏈技術已經成為世人矚目的熱點。在教育界，學者們已經積極開展區塊鏈技術在教育領域的應用研究。筆者在詳細剖析區塊鏈技術設計理念的基礎上，指出區塊鏈技術的核心思想是為了解決信任危機問題，通過引入分布式數據庫、使用非對稱加密算法、增加時間維度、犧牲讀寫效率和占用額外存儲空間等一系列方式，來保證整體信任度。

在大部分教育領域中，由于具備較高的信任度，所以區塊鏈技術相比中心化的解決方案并不具備更多的優勢。結合實際適用場景，筆者提出全面應用方式(如學分銀行)和部分應用方式(如數字學習證書)，以最大限度地發揮區塊鏈技術的優勢。區塊鏈技術的真正價值在于其對數字時代的洞見，打破傳統“中心化”的思維方式，最終促進教育體系從工業時代向數字時代的全面轉型。