區塊鏈技術的教育數據共享平臺設計探究

毛新康　邢思敏

摘要：探討信息化時代教育數據共享的有效方法，針對建立教育數據共享平臺中區塊鏈技術的應用展開分析。首先介紹教育數據領域區塊鏈技術的運用邏輯，夯實區塊鏈技術在教育領域運用的基礎。其次討論區塊鏈技術與教育數據共享現狀，分別從層次結構設計、設計部署、上鏈處理、應用場景四方面總結設計方案，最后總結區塊鏈技術的應用前景。明確認識教育數據共享領域運用區塊鏈技術的必要性，旨在全面實現教育信息化發展目標。

關鍵詞：區塊鏈技術；教育數據；共享平臺

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）34-0057-03

當代社會進入智能化時代，教育行業也樹立了數字化、信息化、智能化的目標。但因教育數據概念在我國處于發展階段，所以整體來說對數據治理、數據共享等欠缺重視。為了全面實現教育數據共享，教育信息化發展是當下行業發展的主要方向，在教育實踐中構建了基于大數據的信息化發展架構，數據智慧過渡為“行動智慧”。數據信息具有極高的應用價值，實踐教育數據共享也是我國教育領域創新所需的動力。搭建教育數據共享平臺，利用區塊鏈技術是目前教育行業的研究重點，本文也以此為話題展開討論，總結區塊鏈技術在設計教育數據共享平臺中的應用，構建“數據-信息-知識-智慧”為核心的教育信息架構。

1 教育數據領域區塊鏈技術的運用邏輯

教育部門近年來越來越關注信息化、數字化轉型，為了充分發揮出數據價值，針對教育數據相關的體制、機制、技術等進行了整合創新[1]。應用區塊鏈技術，不僅可以實現教育數據的去中心化，還能夠保證信息私密性、安全性，以防被篡改。那么在教育數據領域，區塊鏈技術的應用邏輯可從理念、技術、實際應用這三個維度展開討論。

1.1 理念邏輯

教育數據共享使用區塊鏈技術，主要原因是兩者理念相契合。教育數據共享層面，其重點主要是保證教育數據在安全性基礎上加強開放性，在數據應用過程中實現協同與高效。但要想完全實現數據共享，必須發揮信息技術的優勢[2]。區塊鏈技術作為現代智能化手段，其中便包含了治理理念，帶動任意行業領域系統從中心化轉型為扁平化，使領域內的工作系統更具安全性、開放性、高效性，并且實現協同共治，這和教育數據共享觀念一致。從區塊鏈技術的角度，也是其在教育數據共享中得以應用的邏輯起點。

1.2 技術邏輯

區塊鏈技術形式比較多元化，如分布式存儲技術、智能合約、非對稱加密算法等，應用區塊鏈技術可以實現去中心化、分布式存儲以及安全防篡改等[3]。分布式存儲技術在教育數據共享中，可以針對教育領域的系統進行去中心化處理，優化教育系統，并且提高系統的運行效率；采用非對稱加密算法，主要包括公鑰、私鑰，是確保教育數據安全性的重要手段；智能合約屬于自動化實施的腳本協議，可提高數據共享的效率。

1.3 應用邏輯

教育數據共享中應用區塊鏈技術，其應用邏輯涉及兩個層面：其一，區塊鏈技術可應用性較高，所有教育數據可以在周期內達到全追溯的目的。區塊鏈中包括分布式賬本技術，該技術具有教育數據產生、共享、消亡各個階段的記錄功能，將數據溯源的問題解決。賦能教育數據全周期追溯，也可以保證教育數據真實性、公開性與安全性[4]。其二，區塊鏈技術有利于加強教育數據的精準性，這是教育數據共享非常必要的一項要求，為底層教育數據完整提供保障。采用區塊鏈技術，通過其防篡改與可追溯功能，極大保障了底層數據精準性，也為數據教育評價與教育管理賦予精準化特征。

2 區塊鏈技術與教育數據共享現狀

伴隨著大數據理念的深入，教育信息化技術的運用也更加普及。教育數據在大數據中只是作為其中一個子集，即教育期間所產生以及按照教育需求采集的數據，為教育發展提供推動力，并具有應用價值的數據集合[5]。通過教育數據，不僅可以提高教育質量與公平性，還有利于凸顯個性化，加強教育資源配置合理性，為教育決策提供支持。

總結教育數據的產生途徑，分別涉及五點：1） 教育教學直接形成的數據；2） 教育管理活動所采集數據；3） 組織科學研究活動采集到的數據；4） 學生群體對應的數字化教育資源；5） 以數字化教育資源為對象的數字化教育系統形成數據。

采集教育數據，處于社會文化環境下，為了適應多元化發展趨勢，教育信息化也需要朝著多元化、智能化的方向不斷轉型。對比其他領域產生的數據，教育數據比較特殊，且又具有復雜性，要想完全實現教育數據共享還面臨一些挑戰。利用分布式計算和存儲技術已經十分普遍，但教育環境與場景不斷更新，數據分析挖掘和共享交易成為新的應用場景，難免導致隱私數據泄露。目前，為了加強教育數據私密性，多采用防御型技術，該技術通過預防、阻止隱私泄露的方式達到安全防護效果。除了防御型技術外，匿名保護、數據干擾以及推演控制技術等也可以優先應用[6]。

教育溯源技術在教育數據共享中，不管是標簽類或者系統集成方案類，全部使用中心化架構。帶有中心化特質的教育溯源系統不具備自證清白的能力，當然這也是教育溯源需要解決的關鍵問題。教育溯源行業以前建立的系統數據庫，以教育機構數據庫中心、教育系統技術服務方建立的教育云數據庫為主，對應的主體在流轉鏈條中均作為利益相關方，可以自行修改教育信息，導致溯源流程發生失效。

基于上述分析，教育數據共享中運用區塊鏈技術，為了優化教育數據共享平臺，在平臺設計階段還需要結合目前區塊鏈技術應用情況，立足于平臺的各個層次結構展開優化設計。

3 基于區塊鏈技術的教育數據共享平臺設計方案

3.1 層次結構設計

一般通過區塊鏈技術設計教育數據共享平臺，必須明確各個應用場景的要求，杜絕教育數據傳輸、泄漏、身份認證以及操作追溯等現象。為此，得出教育數據共享平臺的設計框架。根據系統運行層次，主要有用戶層、業務層、基礎設施層，設計階段針對所有的教育數據進行加密、儲存，構建共識機制。教育數據共享時，根據現行規范需要使用相應的技術算法，采集到的原始數據則儲存于集群內，教育鏈中智能合約負責共享數據哈希指紋等關鍵信息的儲存。業務應用層按照具體的業務要求進行針對性開發設計，具體涵蓋了運行監督、資源和共享管理等輔助功能。

3.2 設計部署

在以往教育數據共享平臺基礎上，利用區塊鏈技術設計的教育數據共享平臺的部署方法如圖1。一般教育區塊鏈有中心節點、部門節點，中心節點采用組網方法處理平臺中的區塊鏈，提出數據共享開放相關的一系列規則合約，對組網結構起到保護作用，保證平臺部署安全，教育數據也能夠得到科學應用[7]。部門節點則需遵循信息中心所提規則，各個部門上傳的數據，傳遞至區塊鏈中共享，共享網絡通過公共賬本也可以查詢到其他部門的數據。其間分布式賬本是教育數據共享的關鍵，還具有維護、共享數據的作用，信息中心節點通過公共賬本搭建教育數據目錄體，為各個部門節點的快速查詢、有效調用提供參考。立足于整體視角，區塊鏈教育數據共享網絡為轉入教育節點，此時需要遵循統一性規則制度，對共享數據進行優化，并為相關部門、工作人員提供授權，使全國各個地區的數據鏈與地方數據鏈緊密聯系，達到教育數據跨部門與跨地區的有效傳輸。

3.3 上鏈處理

1） 數據預處理

教育數據上鏈處理前需要在中心節點統一處理，無須部門節點的參與。采用相應的處理工具簽名，還需要整合發送者身份信息。后續身份認證、信息處理完成之后，再傳遞至部門節點。通常對教育數據的處理，要想保證教育數據安全性，一般可采用序列化、拼裝等技術形式。

2） 上鏈處理

上鏈處理需要在區塊中融合教育數據進行去中心化操作，結束處理后的教育數據便不能隨意篡改。教育鏈本身具有完整性準入機制，支持向其他節點的傳遞。在此基礎上可搭建統一交易池，實現教育數據的共享。根據要求的方法構建共享流程，并組成區塊，隨后教育鏈中的所有節點區塊均可保證協調性與統一性，教育數據也可實現實時追蹤。

3） 智能合約

上鏈處理結束后教育數據需要展開智能合約操作，并且優化狀態默克爾樹。智能合約處理多是以非中心化為主，共識處理之后在狀態數據庫增加處理結果即可，為之后的教育數據追蹤提供參考。狀態默克爾樹的調整則需要利用有關節點進行處理。

3.4 應用場景

1） 線上學習的認證

搭建教育數據共享平臺，學生在線上的學習成果需要進行認證，通常該場景是指一些非正式性學習場合，在線認證學生的學習情況。學生登錄區塊鏈系統平臺，整理在各個場所得到的學分，平臺自動記錄、整理其學習內容，通過互聯網及時公開。利用區塊鏈技術具有的在線學習認證功能，教育數據共享平臺可以查詢證書記錄，也包括底層區塊鏈分布式賬本。利用全網廣播、數字加密技術，可以為分布式賬本記錄不可撤銷、安全性能提供保障。

2） 教育資產數據共享

教育資產數據在教育數據中是非常重要的來源，學校教育資產較多，部門管理缺少透明性，無法及時做到數據共享，而且還會出現設備閑置、采購重復等現象。應用區塊鏈技術，可以做到數據的及時共享，公開處理過程，所有教育資產形成的數據，在群眾監督下實現全民共享。例如應用區塊鏈技術構建教育數據共享平臺時，主要使用其中包含的分布式記賬本技術與數據溯源技術，設計基礎設施架構、應用協作架構等，隨后再深入設計運行模式、運行環境、數據架構、應用架構等，如圖2。采購環節產生的信息、過程等全部公開，明確采購行為一致與精準[8]。此外，區塊鏈各個節點為保留交易、使用記錄產生的教育資產數據賦予獨立性，通過區塊鏈時間戳這一項功能，此次搭建的教育數據共享平臺具備連續性追溯功能，管理人員隨時都能獲取教育資產應用、利用率、設備參數等關鍵數據。區塊鏈技術應用基礎上，還使教育資產管理更具信任度與公開性，提高教育資產共享、管理效率，無須更多的人工成本。

3） 學生綜合素質評價

現階段我國教育行業中，考試、就業面臨越發嚴峻的競爭趨勢，很多用人單位、教育機構也轉變思路，開始關注學生綜合素質。針對學生綜合素質進行評價，評價的依據為教育教學活動形成數據、學生自身形成數據。利用區塊鏈技術，設計以學生綜合素質為核心的評價系統，學生群體的重要事件、獲獎、參與實踐活動信息等，應用非對稱加密技術，在分布式賬簿中傳輸，隨之采用智能合約，保證教育數據安全性，不會被隨意篡改，通過智能算法可以對評價算法進行編寫，按照分布式賬本中記錄的教育數據，針對學生自身實施評價，此時需要用到共識機制，對于不同類型的用戶評價，可以處理交易環節突出請求，非中心化認證機構則保證可綜合素質評價的可靠性、評價系統運行的穩定性。

4 教育數據共享領域區塊鏈技術的應用前景

結合目前我國教育行業的發展現狀，區塊鏈+教育這種數據共享模式得到廣泛關注，科研機構與教育機構在實踐探索區塊鏈+教育模式中，加強教育數據的應用，可以產生示范效應。區塊鏈技術的應用，可以加強鏈上記錄教育數據準確性、完整性與安全性，但是與線下場景相關的情況下，鏈上數據、鏈下資產信息可能存在偏差。未來需要利用物聯網和大數據，鏈外信息數字化上鏈處理階段，盡可能地避免人為干預，確保教育數據真實性，全面實現教育數據共享。

5 結束語

綜上所述，教育信息化發展目標的實踐，更加注重教育數據的應用與共享。為了實現教育數據共享，在教育行業實現信息化、數字化發展進程中，需要構建教育數據共享平臺。在平臺設計中使用區塊鏈技術，可以保證教育數據的安全性、傳輸高效性，通過自動化分析了解平臺中所有儲存數據以及各個主體的實際情況，明確今后教育信息化發展方向，通過教育數據共享，攻克目前面臨的教育信息泄漏、被篡改等問題，發揮區塊鏈技術優勢，推動教育信息化目標的實現。

參考文獻：

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【通聯編輯：張薇】