基于區塊鏈技術設計實現高校優質教育資源平臺設計

李澤東

（西藏大學信息科學技術學院 西藏自治區拉薩市 850000）

1 引言

隨著教育信息化2.0 時代的到來，作為推進教育信息化的重要一環，教育資源的開放顯得尤為重要。但正是教育資源“開放”的特性，使資源創作者、服務提供方、資源使用者缺乏約束，并且無法對資源產權進行清晰的界定和劃分，故出現了資源版權保護弱、資源存儲有風險、資源質量低等現實問題。 區塊鏈技術由于具有去中心化、防篡改、可追溯、分布式技術的特性，得到了快速的發展，其應用場景也早已延伸到各個領域之中。隨著對區塊鏈技術的持續研究和發展，未來更多“區塊鏈+”的應用將成為教育變革的重要趨勢。

基于以上背景，針對高校優質教育資源共建共享過程中存在的資源存儲風險以及資源版權確權等問題，本次研究將區塊鏈技術運用到高校優質教育資源的共建共享中，設計了一個基于區塊鏈+IPFS 的高校優質教育資源平臺。

2 教育資源平臺設計

2.1 平臺總體架構設計

本文基于聯盟區塊鏈和 IPFS 設計的去中心化高校優質教育資源平臺總體架構如圖1 所示，分為3 層，由下至上分別為數據管理層、合約層、WEB 交互層。

本資源平臺上層的前端交互與底層的以太坊區塊鏈、IPFS 的連接是通過智能合約、Web3.js 來實現的，而區塊鏈網絡中各個節點間一致性的達成則是采用權威證明共識機制來實現的，其網絡內的新區塊由可信簽名者產生，這樣就不再需要進行算力挖礦。

WEB 交互層是用來讓用戶與教育資源平臺進行交互用的，其為平臺用戶提供了包括資源平臺的基本功能模塊等在內的可視化操作接口，平臺用戶的操作請求可以被其通過智能合約轉換成虛擬資產和交易的形式然后傳送并存儲到底層的以太坊區塊鏈上。

在本文設計的教育資源平臺中，智能合約層的作用是為用戶提供一個絕對可信的、完全透明的、沒有第三方參與的交易途徑，其是通過Solidity 語言來進行編寫開發的，并對相關的數據結構和各種算法邏輯進行定義。智能合約層與數據管理層的信息交互是依靠RPC 來實現的，數據信息被其轉換成交易數據的形式記錄到以太坊區塊鏈上，以此來完成數據管理層中對數據信息的追加、查詢功能。

數據管理層對平臺數據的存儲和保護功能的實現是通過以太坊聯盟鏈網絡和IPFS 技術來一塊完成的。首先讓網絡中的所有用戶節點組成一個聯盟體，再采用共識機制來使各個節點達成一致，以此來實現教育資源平臺上數據存儲的去中心化。IPFS 則主要用于存儲各種格式的教育資源文件，然后將其返回的基于資源文件內容的哈希值存儲到以太坊區塊鏈上。

2.2 平臺總體工作流程設計

高校教師是教育資源的創建者同時也是教育資源版權的所有者，高校教師將教育資源創建完畢后將其進行加密，形成密文后上傳IPFS 中。

圖1：平臺總體架構

圖2：平臺工作流程

IPFS 將基于該教育資源文件計算出該文件的唯一Hash 值并將其返回給資源創建者，然后資源創建者將該Hash 和其他教育資源屬性信息上傳到教育資源平臺上。資源平臺調用已經部署好的智能合約將這些信息以交易的形式存儲在以太坊區塊鏈上并加蓋時間戳，為以后的資源版權爭議提供依據。

圖3：教育資源數據信息被打包到區塊上并加蓋時間戳

教育資源成功上傳到平臺后，學生用戶就可以在平臺上看到該教育資源了。當學生用戶完成資源購買后，就可以獲得該資源的Hash，然后通過該Hash 在IPFS 中查詢到該教育資源文件，下載下來后通過密鑰解密文件來得到教育資源。

教育資源文件經過加密后上傳到IPFS，能夠分布式永久存儲該教育資源文件。教育資源創建者和學生用戶之間的交易是通過平臺調用智能合約來自動完成的，使平臺上的教育資源能夠透明化、自動化地進行流轉。與此同時，底層的以太坊區塊鏈系統會將該教育資源產生的交易數據經過網絡中各個節點的廣播和驗證后保存下來，以此來保障交易信息的防篡改性。平臺工作流程如圖2 所示。

2.3 平臺功能模塊設計

2.3.1 平臺用戶權限管理設計

本教育資源平臺用戶身份主要有高校學生用戶、高校教師用戶、高校管理員，教育資源平臺對不同身份的用戶授予不同的權限。對于高校優質教育資源平臺上是學生用戶，其具有用戶登錄注冊、資源查詢、資源購買、資源下載等操作權限；對于高校教師用戶，其具有資源發布、資源查詢、資源撤回、資源版權追溯等操作權限；高校管理員具有師生身份管理、版權服務管理。

2.3.2 教育資源發布模塊設計

將教育資源文件上傳到IPFS 網絡中進行存儲可以有效地將中心化存儲數據易丟失、易復制、易篡改的風險規避掉。因此在本教育資源平臺資源發布過程中，高校教師作為教育資源創建者，首先將創建好的教育資源上傳到IPFS 網絡中，然后再在資源平臺上正確填寫資源相關信息后將教育資源發布到平臺上。在教育資源發布過程中由于要對智能合約進行調用，會花費極少量的燃料費（Gas）。所以，在高校教師發布教育資源時也要保證其賬戶內余額要大于合約調用的Gas，不然就會導致教育資源會上傳不成功。

2.3.3 教育資源交易模塊設計

高校學生用戶在成功登錄到高校優質教育資源平臺以后可以瀏覽平臺上已發布的教育資源，在選取了心儀的教育資源以后通過平臺的教育資源購買功能夠買該資源。在成功轉賬購買后學生用戶會得到該資源的唯一hash，然后就可以通過資源平臺的資源下載功能將該資源文件下載到本地。

2.3.4 教育資源版權保護模塊設計

本模塊主要利用了區塊鏈技術公開透明、數據上鏈并加蓋時間戳、可追溯、防篡改的特性來對平臺上是教育資源版權進行保護。首先，高校教師用戶將原創的教育資源經過加密后上傳到IPFS 并得到返回的唯一hash 值，而該唯一hash 值同教育資源的其他信息等元數據會被打包成區塊加入到區塊鏈網絡中并加蓋時間戳，這些數據也因此具有了唯一性和防篡改性。就算其被不斷地轉載，數據的完整性和一致性也并不會被破壞，從而對資源創建者的資源版權進行了保護。

3 教育資源平臺實現

3.1 實驗環境

基于區塊鏈技術的高校優質教育資源平臺開發環境是：操作系統Windows 10，內存8GB，硬盤1TB，處理器為Intel Core i5-8250U。為了能夠實現對本平臺的快速開發、測試，并把主要精力放在對去中心化思想的理解和去中心化應用的邏輯開發上面，本教育資源平臺選用了以太坊節點仿真器Ganache 來模擬區塊鏈節點。通過Ganache 可以模擬實現真實的以太坊區塊鏈網絡的功能，而且開發者們還能夠將智能合約進行編寫編譯后將其在Ganache 上部署并測試，會得到快速及時的反饋，進而提升開發效率。

3.2 實驗結果

本文實現了對基于區塊鏈技術的高校優質教育資源平臺的搭建與開發，利用開發的教育資源平臺實現了對教育資源的分布式存儲共享和版權保護。上鏈存儲的教育資源相關數據可以為后期教育資源的版權確權提供依據，從而很好的保護了資源創建者的版權，令資源創建者不再擔心被侵權問題，提高了資源創建者的創作積極性。智能合約交互成功后在教育資源平臺上就能看到該教育資源的信息了，此時打開瀏覽器的控制臺我們就能發現，該教育資源的相關數據信息已經被打包成區塊并上鏈存儲了，如圖3 所示。對于已經成功發布到平臺上的教育資源，平臺會為后期教育資源的版權確權提供依據，從而很好的保護了資源創建者的版權。

4 結語

近年來，在區塊鏈技術進步與革新的同時，也為教育教學的變革帶來了機遇。區塊鏈特有的技術特征為解決高校教育中的資源不均衡、學習數據追溯難以及資源確權等問題提供了行之有效的技術方案。本教育資源平臺選擇以太坊區塊鏈平臺作為平臺的開發環境，以此來部署聯盟區塊鏈和智能合約的運行環境。然后，在前面的基礎之上將IPFS、Node.js、web3.js 等技術與之結合，從數據管理層、智能合約層、WEB 交互層三個層級來對高校優質教育資源平臺的總體架構進行了構建，并且闡述了平臺的工作流程和具體的詳細設計的細節，實現了對教育資源的分布式存儲共享和版權保護，為后續“區塊鏈+教育”的研究提高參考。