基于區塊鏈技術的學分銀行構建研究*

徐 壽 芳

(湖州職業技術學院 商貿與經濟管理學院， 浙江 湖州 313000)

在大數據、云計算、人工智能等新技術快速發展的背景下，為勞動者提供終身教育既能滿足產業轉型升級對勞動者技能和素質提出的外在需求，也能滿足勞動者自身可持續發展的內生需求。2010年7月出臺的《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020年)》早已明確提出：為學習者構建終身教育機制，試點學分銀行制度，推行學習成果認證，搭建終身學習“立交橋”。學分銀行作為一種終身教育平臺，一方面可以對學習者正式和非正式的學習成果進行存貯、認證；另一方面可以將學習者經認證的累積學習成果轉換成社會認可的學習成果證明，如學歷證書、學位證書、職業證書、崗位證書等[1]52-57。由此可知，學分銀行應具備三個核心功能：“立交”式學習成果的存貯、各類學習成果的認證和學分轉換。截至2019年底，我國的不同機構和地區建設的學分銀行已超過50家，山東、天津、湖南、四川等眾多地區的學分銀行建設項目已在籌備。當前，承擔學分銀行項目的教育機構，在存貯、認證學習者學習過程、學習活動、學習成果等方面缺乏必要的資源、手段與能力，無法較好地認證學習者的知識、技能和成果[2]66-73。以去中心化、機器識別為顯著特征的區塊鏈技術能夠有效解決海量學習成果的安全存貯、正式和非正式學習成果的學分認證、不同機構認定的學分的公平轉換等問題。基于區塊鏈技術建設學分銀行平臺，運用技術手段使學習成果得到公平認證，并使學習成果的認證和轉換為社會認可和接受[3]19-28，可以實現彈性學分管理，創新人才培養機制，為國家終身教育體系建設提供可靠的技術支撐。

一、學分銀行的內涵及存在問題分析

學分銀行中的學分概念最早來源于美國的學分互認機制，目的是讓學習者在申請四年制大學學習時，能夠將其在兩年制社區學院相同課程的學習成果直接轉入。學分銀行的相關概念則借鑒了韓國學分銀行制度，目的是在終身教育與終身學習的趨勢及客觀需求下，建設教育“立交橋”體系，實現學習成果的存貯和積累、轉換及學分認定，支撐學習者終身學習。

(一)學分銀行的含義

學分銀行借鑒銀行的特點和功能，將學習者接受的各類教育和學習經歷進行認證，并評估為課程學分，存儲在個人的學習賬戶中。根據特定條件，學習賬戶中的學分可兌換成學習證書或學歷文憑。 學分銀行能夠實現各類學習成果(含學校學習、企業實踐、企業培訓、網絡學習等)的認定和學分的累積與轉換，是一種新型的學習機制和教育管理機制，具有彈性學籍管理、課程(實踐)及評價認證管理、學分轉換等功能。

學分銀行作為一種終身學習教育管理機制，一方面可以讓學習者自由選擇學習時段，對每個學習時段的學習成果進行存儲，是一種體現“時時皆能學”的良好學習機制。另一方面可以突破傳統的專業限制，讓不同學習途徑(如學校課堂、企業崗位、網絡學習平臺等)的學習成果，通過權威評估和認證，轉換為一定數量的學分。學分數量在達到要求后，就可以兌換相關的學歷證書或職業資格證書。這種機制可以營造“處處皆可學”的良好學習氛圍。

(二)學分銀行的功能

1.認可非正式學習成果，實現學習成果的銜接 非正式學習成果是指除課堂學習(含學校課堂、網絡課堂)之外的學習成果，包括個人的職業技能、工作經驗、各類工作培訓等。國家職業資格框架體系的推行為非正式學習成果提供了國家層面的制度認可。學習者可以將自己的各類非正式學習成果遞交學分銀行進行評估，由學分銀行將其認定為定量學分，并以學分的形式存貯和累積，在學分數量達到相關學習證書或資格證書要求后，學習者就可以去兌換相應的證書或文憑。

2.評估學習成果，建設“立交”式終身教育體系 應用國家職業資格框架體系的通用能力標準和評價指標，學分銀行可以對學生在各級各類教育機構完成的學習成果進行評估，將學習成果認定為學分并存貯在學分銀行系統中。這樣就為不同教育機構的銜接和溝通提供了統一、連續、立交式的機制。

3.實現學分轉換，跟蹤和支撐終身學習 學分銀行存貯了學習者詳細完整的學習成果，可以提供學分轉換功能，即在特定條件下將學分轉換成高質量、具備公信力的學習資歷(證書或文憑)。學分銀行應用信息化手段，采用制度化形式，為學習者設立終身學習賬戶，并承擔了賬戶的日常維護和安全保障任務，可以支持學習者實現終身學習的理想。

(三)學分銀行現存問題分析

1.學習成果認定的溝通機制不完善 學分銀行必須涵蓋各種不同教育形式，才能進行學習成果認定。但現實的情況是：各種學習成果分散在各個教育機構和企業，實施學分銀行制度后，各教育機構依據其特定評價標準對學習成果進行內部認定，并將其認定為特定量的學分。但問題在機構之間學分互認存在溝通障礙，不同教育機構和企業之間缺少有效的銜接，由此，往往導致學分互認信息不完全[4]71-75。這樣，學分銀行內存貯的各種學分信息就無法正常發揮學分的“通存通兌”功能，導致個人學分“零存整取”兌換相應證書或職業資格的功能缺失。如：慈溪市民學分銀行，僅以數字化形式為學習者管理各類學習成果，無法和國家學分銀行對接；國家開放大學的學分銀行，為學習者存貯學習成果，在開放教育體系內實現了實習成果管理，但無法實現和全日制高校的學分互換。由此可見，我國的學分銀行雖然對相關教育機構內的學分認定進行了實踐探索，但其對不同教育形式間的學習成果認定的溝通機制還不夠完善。

2.學習成果質量保障缺少公信力 當前,我國學分銀行對學習成果的質量保障主要通過約束學習過程的“真實”和學分來源的“真實”來實現。學習過程的“真實”體現在學習平臺(場所)的過程管理真實有效，主要包括學習時長、平時作業次數及作業量、考試次數及題量等；學分來源的“真實”體現在學習成果的結果認定真實有效，主要包括認證機構身份可信、學分認證結果具有公信力等。然而，當前的學分銀行自身的公信力難以令人信服，主要體現在：(1)缺失“第三方”獨立身份，易受到各種“隱形”因素的影響。(2)缺乏認證結果的“權威性”，缺少公共的監督機制，其他機構難以認同其認定結果。只有公正獨立的第三方資質和高度認可的公眾權威，才能讓學分銀行真正具有公信力。

3.學分轉換缺少對學生的激勵目標 學分銀行的學分轉換機制是從整體考慮的，即將多個課程、專業、工作經歷等進行學分累計，進行學分的互認與轉換，實現不同教育間的相互融通。但在現實中，學分銀行中的每個學習者在進行學分轉換時，更關注學分轉換后的成效(相關認證證書或學歷文憑證書)。當前，學分銀行中學分轉換的標準還不完全一致，這會造成個體學習者在轉換學分時的收益不同，導致不能完全匹配學習者個人目標，削弱了學分銀行對學習者的目標激勵作用。

二、區塊鏈在學分銀行中應用的可行性分析

2008年，中本聰在其論文Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System中第一次提出了“區塊鏈”的概念。文中設計的電子現金系統是一個完全點對點系統，它采用“區塊”存貯特定時間內的所有元數據和交易記錄，按時間順序鏈接每一個區塊。它支持點對點交易，實現交易雙方的價值轉移。

區塊鏈系統通常采用六層架構：最底層為數據層，由數據區塊、鏈式結構、時間戳、哈希函數、Merkle樹、非對稱加密技術構成；第二層為網絡層，由P2P網絡、傳播機制和驗證機制組成；第三層為共識層，由常用的POS等共識機制組成；第四層為激勵層，包括發行機制和分配機制；第五層為合約層，含腳本代碼、算法機制和智能合約；第六層為應用層，包括各類可編程應用[5]481-494。其中，應用時間戳驗證的鏈式區塊結構、分布式節點的共識機制、基于共識算力的經濟激勵、靈活可編程的智能合約是區塊鏈技術最具代表性的特征。

(一)區塊鏈去中心化的組織方式符合不同學習機構平等合作的內在需求

學習者的正式和非正式學習依托于不同的學習機構，各機構內生于獨立自主需求，外顯為終身教育體系中的地位平等訴求，即不同機構間在學習成果認證時無“核心節點”(關鍵機構)。區塊鏈系統中各存貯節點應用網狀模型進行鏈接，每個節點的地位和功能一致。這種去中心化的學習成果數據存貯方式、各節點(機構、學習者)網狀鏈路架構和運行其上的計算模式，避免了傳統的中心化控制[6]1485-1490，充分體現了“節點平等和讀取自由”的特色，以技術手段實現了終身教育體系中不同學習機構間平等合作的需求。

(二)區塊鏈機器共識的數據更新機制能保證原始學習成果數據的真實可靠

學校承擔了大部分學習任務，學習成果數據由學校認證后提供，數據真實可靠，但數據量大；其他學習任務發生的場所比較復雜，如網絡學習、教育培訓、企業實踐等，學習成果數據則由不同的企業和教育培訓機構提供，數據形式多樣且數據量大，數據的可信度不高。因此，保證不同學習場所采集的學習成果數據的真實性難度較大。區塊鏈系統采用工作量證明(PoW)等競爭方式確定記賬節點，單個節點無法控制賬本，而每個存貯學習成果數據的新區塊必須經過節點(全部或50%以上)驗證通過，才能鏈入區塊鏈系統。這種數據更新機制讓學習成果數據的真實性從源頭得到保障，機器共識(全部或50%以上節點)讓數據幾乎不可能被偽造或篡改。區塊鏈基于“節點共識和系統共治”的技術，可有效保障不同學習場所學習成果數據的原始性和真實性。

(三)區塊鏈密碼保護的公開數據讀取有利于各機構間學分的共享互認

要實現不同機構間學分的共享互認，必須考慮數據的隱私保護問題。區塊鏈將密碼技術應用到數據的讀寫過程，其基于密碼保護的公開數據讀取機制讓數據匿名訪問成為可能。學習成果數據鏈入系統前，節點(全部或50%以上)參與數據真實性驗證；學習成果數據鏈入系統后，所有節點可以隨時自由查詢，信任成本在系統節點間大大降低。密碼保護能夠從技術上有效保護不同機構學習成果的數據隱私，公開透明查詢可促進不同教育培訓機構間的學習成果數據、學分等的共享互認。

三、應用區塊鏈技術的學分銀行系統設計

(一)系統架構

應用區塊鏈技術的學分銀行系統采用模塊化的架構設計，主要包括智能合約執行模塊、網絡共識模塊、區塊數據讀寫模塊[7]2571-2592。智能合約執行模塊實現學分認定，網絡共識模塊完成學分共識驗證，區塊數據讀寫模塊實現學習成果、學分及狀態數據的讀寫。各模塊之間既可以相互協調, 也可以獨立地橫向擴展各種服務。

(二)學分銀行區塊鏈管理

1.學分認定流程 (1)學分銀行區塊鏈系統的學分認定流程如下：①新的學習成果數據在客戶端簽名后遞交，并發送到多個申請節點。②申請節點收到客戶端遞交的學習成果數據，觸發學分認定智能合約。合約的執行結果記入學分I/O塊(input_block，output_block)。③申請節點對學分I/O塊進行時間戳數字簽名，將簽名后的學分I/O塊發送給客戶端。④客戶端收集簽名學分I/O塊，驗證其真實性。通過驗證的學分I/O塊在全網廣播到學分管理模塊。⑤學分管理模塊收集某段時間內由多筆學習成果認定的學分I/O塊，讓全部或50%以上節點進行共識驗證。通過驗證后，將其排序，存貯在一個新的區塊內，并發送給確認節點。⑥確認節點對新區塊進行數字簽名驗證和學分輸入塊(input_block)版本驗證。通過驗證的區塊被鏈入區塊鏈，同時修改狀態數據庫，記錄學分I/O塊信息。(2)學分銀行區塊鏈系統的學分認定操作流程如下圖所示(參見圖1)。

2.智能合約 智能合約是在特定的觸發條件下自動運行的程序。一旦觸發條件成立，區塊鏈系統中的任何節點都無法阻止其自動執行。學分銀行區塊鏈系統的智能合約約定了學分認定規則，學分認定應用通過調用智能合約訪問區塊鏈學習成果數據，執行各種學分認定操作。學習成果數據存貯在區塊鏈的節點上,合約執行結果將存貯到學分狀態數據庫中。

(1)合約模型。學分銀行系統的智能合約為CreditConfirm,合約的主要操作有：學分認定、存取學分狀態數據。合約編寫主要包括配置學分認定初始環境Config()函數和學分認定Confirm()函數。Confirm()函數調用學分認定規則，將符合認定規則的學習成果認定為含認定機構、學分項目、學分量、認定時間等學分信息并返回，若不符合認定規則返回認定不成功信息。

CreditConfirm運行在部分申請節點上。在設計CreditConfirm時,先設計申請規則。申請規則規定執行CreditConfirm的申請節點數量及節點組合(如m個申請節點中至少有i個節點執行才可以執行一個智能合約并簽名)。在節點身份已知的環境下，也可以根據申請規則指定特定代言節點運行CreditConfirm。執行CreditConfirm的申請節點總數越小，占用的系統資源就越少,執行結果就被收集全越快，多個CreditConfirm并發執行成為可能。學分銀行區塊鏈中的節點都有接入審核身份環節，學分認定CreditConfirm的并行執行成為可能。這種僅在指定可信節點上運行智能合約的規則，大大降低了學習成果數據及合約規則被不可信節點隨意傳播的可能性，減少了數據泄露的風險。

(2)沙箱環境。學分銀行區塊鏈系統的智能合約不能直接運行在區塊鏈節點上，其原因是：①保證合約執行結果不受節點的軟硬件環境影響，始終保持一致。②保證在惡意破壞情況下合約仍能獨立執行，保證節點安全。因此，為了能夠安全穩妥地運行智能合約必須構建沙箱環境，從而限制和隔離合約使用的資源。

目前,沙箱主要分為虛擬機和容器兩類。虛擬機將硬件虛擬化。它用軟件部署一個讓應用程序安全穩定執行的虛擬硬件環境，其常見的應用有虛擬光驅、虛擬硬盤等。它需要增加虛擬機操作系統，并對虛擬機進行管理，占用存貯空間多，啟動運行慢。容器是在軟件層面虛擬化。它在本地主機的操作系統上部署小規模虛擬環境，能夠實現應用的高效運行和快速遷移，管理上非常簡單。學分銀行區塊鏈系統使用輕量級的Container容器作為沙箱。CreditConfirm可用Java、Go、Node.js等編程語言來開發。為提高可擴展性，不對編程語言中一些非確定性的特性進行限制。因此，必須比對多個申請節點的合約執行結果,以保證提交數據的一致性。

3.隱私保護 公有鏈的每個節點都存儲著全部交易數據的賬本,每個節點都參與所有交易信息。它保證了數據的可靠性,但增加了系統負載，降低了數據的隱私性。學分銀行區塊鏈的節點包括學校、培訓機構、企業、學員等，它的存貯數據為學員的學習成果。要實現公平公正的學分認定，隱私保護是必要的保障。

學分銀行區塊鏈系統用通道(channel)來保障數據的隱私性。通道可以由多個參與者自發組建，是一種基于多鏈的數據分區。通道內的所有學習成果數據存貯在內部鏈上，通道內的節點可以訪問,通道外的節點無訪問權限。學分銀行區塊鏈系統將學分存貯、認定、轉換用相互隔離的多個通道來實現，如前面圖1中的學分認定就是在一個通道內完成的。多通道讓平行執行多個應用成為可能，提高了系統的整體效率，也實現了數據的隱私保護。

總之，區塊鏈集成了鏈式區塊結構、分布式數據存貯、時間戳數字簽名、公私密鑰、智能合約等多種技術，讓多個互不信任的機構利用機器共識實現一致性記賬，使對賬周期大大縮短，跨機構業務摩擦減少，低成本高效率成為可能。基于區塊鏈技術的學分銀行信息平臺能夠實現平臺上各節點的互聯互通，實現學習者學習成果的可信存貯，不同機構之間學分的可信互認，讓彈性學制、終身教育成為可能。目前，教育機構、關注教育與未來社會發展的機構以及有識之士已開展積極行動，通過開發和應用基于區塊鏈技術的教學管理平臺，積極迎接“互聯網+”時代的加速到來。