基于區(qū)塊鏈的在線學(xué)習(xí)成果研究評(píng)述

梁青青 吳昊楨

（1.南京林業(yè)大學(xué),江蘇南京 210037;2.南京醫(yī)科大學(xué),江蘇南京 211166）

一、引言

區(qū)塊鏈作為一項(xiàng)新興技術(shù)，正逐漸進(jìn)入人們的視野中。因?yàn)槠淙ブ行幕⒏呖尚哦取⒖勺匪莸忍攸c(diǎn)，各行各業(yè)都相繼開展基于區(qū)塊鏈的適用性研究。教育部2018年印發(fā)《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》的通知強(qiáng)調(diào)“要積極探索基于區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的智能學(xué)習(xí)效果記錄、轉(zhuǎn)移、交換、認(rèn)證等有效方式，形成泛在化、智能化學(xué)習(xí)體系，推進(jìn)信息技術(shù)和智能技術(shù)深度融入教育教學(xué)全過程[1]。”可見區(qū)塊鏈技術(shù)在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用具有十分重要的意義。但是，當(dāng)前區(qū)塊鏈技術(shù)在教育中的應(yīng)用研究相對(duì)較少，尤其是在學(xué)習(xí)成果的認(rèn)證、轉(zhuǎn)移方面的研究更是缺乏。同時(shí)學(xué)習(xí)成果認(rèn)證作為一項(xiàng)帶有基礎(chǔ)性和先導(dǎo)性的制度，對(duì)于激發(fā)社會(huì)民眾的學(xué)習(xí)興趣和熱情，打破校內(nèi)和校外的教育隔閡，推動(dòng)學(xué)分互認(rèn)以及保證教育質(zhì)量，構(gòu)建終身學(xué)習(xí)化的社會(huì)體系中具有重要的作用[2]。然而，目前國內(nèi)對(duì)于在線學(xué)習(xí)成果的認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)還沒有形成一個(gè)統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，同時(shí)在探索的過程中遇到的問題與阻礙也較多。比如，課程內(nèi)容的質(zhì)量參差不齊，難以形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)；學(xué)分管理機(jī)制尚不完善；在線學(xué)習(xí)的可信度不高；學(xué)習(xí)記錄不透明；學(xué)分易篡改[3]。

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，在線學(xué)習(xí)、碎片化學(xué)習(xí)、移動(dòng)學(xué)習(xí)逐漸成為主流學(xué)習(xí)方式[4]。但是這些學(xué)習(xí)方式大部分都是基于中心化的，且都是自發(fā)的，學(xué)習(xí)過程不會(huì)被記錄，即使在線教育機(jī)構(gòu)對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行了部分記錄，但由于機(jī)構(gòu)的封閉化導(dǎo)致這些學(xué)習(xí)記錄數(shù)據(jù)無法被共享，不能給學(xué)生以成果證明，由此導(dǎo)致社會(huì)普遍不認(rèn)可這些中心化管理體系下的學(xué)習(xí)成果數(shù)據(jù)。另外目前的學(xué)習(xí)成果認(rèn)證和轉(zhuǎn)換工作都是在依靠可信第三方的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，無法保證學(xué)習(xí)成果的絕對(duì)安全可信。

因此，本文對(duì)國內(nèi)外已有區(qū)塊鏈相關(guān)研究進(jìn)行整理分析，對(duì)區(qū)塊鏈的相關(guān)概念、背景與歷史發(fā)展、特點(diǎn)以及相關(guān)的研究趨勢(shì)進(jìn)行總結(jié)。并對(duì)所收集到的教育領(lǐng)域內(nèi)的基于區(qū)塊鏈進(jìn)行在線學(xué)習(xí)成果相關(guān)研究的文獻(xiàn)進(jìn)行重點(diǎn)對(duì)比分析。旨在從研究主題、研究方法、研究技術(shù)框架等方面描述基于區(qū)塊鏈的在線學(xué)習(xí)成果研究的現(xiàn)狀，為后續(xù)的相關(guān)研究提供參考。

二、區(qū)塊鏈研究概述

（一）區(qū)塊鏈概念

區(qū)塊鏈做為一種基礎(chǔ)技術(shù)最早應(yīng)用于比特幣，在這之后逐漸開始被大眾所認(rèn)知，并在金融系統(tǒng)、征信行業(yè)、產(chǎn)品溯源、數(shù)字身份認(rèn)證等諸多領(lǐng)域被人所熟知。本質(zhì)上，區(qū)塊鏈就是一個(gè)基于P2P網(wǎng)絡(luò)的分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，它沒有單一的、中心化的數(shù)據(jù)庫或服務(wù)器，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)共同構(gòu)成了一個(gè)龐大的、不可篡改的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于一個(gè)個(gè)互相連接的區(qū)塊中。每個(gè)區(qū)塊主要由兩部分組成：存儲(chǔ)加密數(shù)據(jù)信息的區(qū)塊體和記錄區(qū)塊身份信息的區(qū)塊頭。這些數(shù)據(jù)可以理解為區(qū)塊的身份證，形成了每一個(gè)區(qū)塊的獨(dú)有信息，用以保證區(qū)塊鏈上信息的安全性和可追溯性。如圖1所示，每個(gè)區(qū)塊與前一個(gè)區(qū)塊進(jìn)行連接，基于區(qū)塊頭建立聯(lián)系，形成一個(gè)線性的區(qū)塊數(shù)據(jù)鏈。

圖1 區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)圖

（二）區(qū)塊鏈的歷史與發(fā)展

區(qū)塊鏈核心技術(shù)早在20世紀(jì)80年代末至90年代初就已經(jīng)開始出現(xiàn)。1989年，Leslie Lamport開發(fā)了Paxos協(xié)議，并在1990年向ACM計(jì)算機(jī)事務(wù)系統(tǒng)提交了論文The Part Time Parliament[5]。該文描述了在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)自身不可靠的情況下，提出一種就結(jié)果達(dá)成一致的共識(shí)模型。從這篇論文中我們就可以看見區(qū)塊鏈核心技術(shù)思想的雛形。1991年，S.Haber和 W.S.Stornetta發(fā)表了一篇名為How to time-stamp a digital document的論文，描述了如何為電子文件添加時(shí)間戳來確保數(shù)據(jù)不會(huì)被篡改。一系列概念在2008年被結(jié)合應(yīng)用到電子現(xiàn)金中，并在文章《比特幣:一個(gè)等對(duì)等的電子現(xiàn)金系統(tǒng)》中進(jìn)行了詳細(xì)闡述，該論文由中本聰(Satoshi Nakamoto)發(fā)表。隨后于2009年，比特幣基于此開始建立。2014年開始，越來越多的領(lǐng)域?qū)＜覀冴P(guān)注到了比特幣及其底層技術(shù)——區(qū)塊鏈，逐漸開始嘗試研發(fā)基于區(qū)塊鏈技術(shù)的相關(guān)技術(shù)方案。到了2015年，國外三十家金融、科技等領(lǐng)域的大型企業(yè)聯(lián)合研發(fā)出了超級(jí)賬本（Hyperledger）項(xiàng)目。

在比特幣出現(xiàn)之前，有許多電子現(xiàn)金方案存在(如Ecash和NetCash)，但它們都沒有得到廣泛使用。區(qū)塊鏈的應(yīng)用使得比特幣能夠以一種分布式的方式實(shí)現(xiàn)，這樣就沒有單個(gè)用戶能夠控制電子貨幣，也不存在單一故障點(diǎn)，進(jìn)而促進(jìn)了比特幣的廣泛使用。它的主要好處是使用戶之間可以直接進(jìn)行交易，而不需要可信的第三方。它還允許以一種明確的方式向那些設(shè)法發(fā)布新區(qū)塊并維護(hù)分類賬本的用戶發(fā)行新的加密貨幣，這些用戶在比特幣中被稱為“礦工”。礦工的自動(dòng)支付使比特幣系統(tǒng)可以自發(fā)地進(jìn)行分布式管理。通過使用區(qū)塊鏈和基于共識(shí)的維護(hù)，創(chuàng)建一個(gè)自我監(jiān)督機(jī)制，確保只向區(qū)塊鏈添加有效的賬本和區(qū)塊。

由于比特幣是匿名的，因此在一個(gè)用戶不易識(shí)別的環(huán)境中建立信任機(jī)制至關(guān)重要。在使用區(qū)塊鏈技術(shù)之前，這種信任通常通過雙方所信任的中介傳遞。在沒有可信中介體的情況下，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中所需要的信任由區(qū)塊鏈技術(shù)的四個(gè)關(guān)鍵特征所支持，如下所述：

（1）區(qū)塊。該技術(shù)使用一個(gè)僅追加的區(qū)塊來提供完整的歷史記錄。與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫不同，區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)和值不會(huì)被覆蓋。

（2）安全。區(qū)塊鏈在密碼學(xué)上是安全的，能夠有效確保區(qū)塊中包含的數(shù)據(jù)沒有被篡改，并且區(qū)塊中的數(shù)據(jù)都是可驗(yàn)證的。

（3）共享。在多個(gè)參與者之間共享數(shù)據(jù)信息。這為區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)參與者提供了透明性。

（4）分布式。區(qū)塊鏈具有分布式的特點(diǎn)。這使得通過擴(kuò)展區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，更有彈性地來應(yīng)對(duì)攻擊。通過增加節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，影響區(qū)塊鏈?zhǔn)褂玫囊恢聟f(xié)議的能力就會(huì)隨之降低。

（三）區(qū)塊鏈的特征

區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N線性節(jié)點(diǎn)互連的方式集體運(yùn)行數(shù)據(jù)庫的技術(shù)方案，其核心特點(diǎn)主要集中在以下四點(diǎn)：

1.去中心化

區(qū)塊鏈?zhǔn)怯删€性點(diǎn)對(duì)點(diǎn)不斷相連的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它不依賴于任何第三方中介或中央存儲(chǔ)設(shè)備，也沒有單一的中心數(shù)據(jù)庫。區(qū)塊鏈通過一種分布式的形式對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的信息進(jìn)行自動(dòng)管理。各節(jié)點(diǎn)之間平等的維護(hù)系統(tǒng)，不會(huì)因?yàn)槿我夤?jié)點(diǎn)的故障而影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。

2.智能合約

智能合約這一概念最早由尼克?薩博提出，從其表現(xiàn)形式上來看，智能合約就是一種類似于業(yè)務(wù)規(guī)則的數(shù)字化的合約，是一種計(jì)算機(jī)協(xié)議，它會(huì)對(duì)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)參與方的行為進(jìn)行響應(yīng)，自動(dòng)執(zhí)行提前編輯好的協(xié)議。與傳統(tǒng)合約類似，智能合約的整個(gè)周期包括合約生成、合約發(fā)布、合約執(zhí)行3個(gè)部分[6]。

3.可追溯性

每個(gè)區(qū)塊中都有一個(gè)時(shí)間戳，配合隨機(jī)數(shù)、哈希值等內(nèi)容形成了獨(dú)一無二的區(qū)塊。每一區(qū)塊上的哈希值都基于上一區(qū)塊的信息進(jìn)行的加密算法，通過這一方式將兩個(gè)區(qū)塊加以關(guān)聯(lián)，區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)隨時(shí)都可以查詢與回溯。這表明了區(qū)塊鏈具有可追溯性和可驗(yàn)證性。

4.安全性

區(qū)塊鏈這一技術(shù)方案本質(zhì)上是構(gòu)建背書的一種新形形式，這種信任來源于每一個(gè)區(qū)塊節(jié)點(diǎn)的自我管理運(yùn)作，所有行為均受到其他節(jié)點(diǎn)的監(jiān)視和管理。任意節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交換任何行為都要受到其他節(jié)點(diǎn)的驗(yàn)證，以此建立一種一對(duì)多的信任背書，同時(shí)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)信息都高度加密，無法硬破解，降低了系統(tǒng)的信任風(fēng)險(xiǎn)。

三、基于區(qū)塊鏈的在線學(xué)習(xí)成果模型分析

考慮到研究的相關(guān)性，通過檢索、篩選，選出基于區(qū)塊鏈的在線學(xué)習(xí)成果研究相關(guān)的文獻(xiàn)5篇。

在研究重心上，Muhamed等人和Grather等人的研究都是從學(xué)習(xí)成果認(rèn)證的環(huán)節(jié)出發(fā)構(gòu)建的認(rèn)證模型。所不同的是Muhamed等人研究著重從學(xué)習(xí)成果認(rèn)證所涉及的三個(gè)環(huán)節(jié)（即學(xué)習(xí)者、高校和潛在雇主）出發(fā)，圍繞涉及的各個(gè)流程進(jìn)行詳細(xì)的闡述[7]。而Grather等人的研究則是圍繞認(rèn)證機(jī)構(gòu)、學(xué)習(xí)者、雇主出發(fā)就證書的管理與認(rèn)證、數(shù)據(jù)文件的存儲(chǔ)進(jìn)行了深入研究[8]。另外，Sharples等人的研究從區(qū)塊鏈的分布式、智能合約、智能貨幣的特征出發(fā)來論述該方案的構(gòu)建依據(jù)、方法和可行性[9]。黃宇翔等人從技術(shù)實(shí)現(xiàn)的角度構(gòu)建了模型，設(shè)計(jì)了學(xué)習(xí)成果管控規(guī)則并改進(jìn)了FBPT共識(shí)算法[10]。李鳳英等人的研究則是聚焦于學(xué)習(xí)者身份最后一個(gè)方面進(jìn)行學(xué)習(xí)者身份認(rèn)證安全性問題的研究。可以看見他們的研究都有著各自的特點(diǎn)和重心[11]。

在研究方法上，大部分都是進(jìn)行學(xué)習(xí)成果認(rèn)證系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，例如Muhamed等人和Grather等人的研究都是基于已有的平臺(tái)基礎(chǔ)上引入?yún)^(qū)塊鏈的技術(shù)實(shí)現(xiàn)具有新的特點(diǎn)的平臺(tái)模型。李鳳英等人的研究也是根據(jù)已有的身份認(rèn)證系統(tǒng)，通過加入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)雙因子模糊認(rèn)證。而另外一部分則是直接的創(chuàng)新。諸如黃宇翔等人的研究就是從技術(shù)創(chuàng)新的角度出發(fā)構(gòu)建一個(gè)學(xué)分銀行，Grather等人的研究則是通過區(qū)塊鏈的特征來論證其基于區(qū)塊鏈的學(xué)習(xí)成果認(rèn)證模型的構(gòu)建方法與可行性。

在技術(shù)架構(gòu)上，目前的模型系統(tǒng)具有相同的技術(shù)共性，都是利用區(qū)塊鏈的底層技術(shù)保證存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的不可篡改和安全性。并且利用區(qū)塊鏈的線性結(jié)構(gòu)及區(qū)塊鏈地址的唯一性的特點(diǎn)來記錄學(xué)習(xí)過程和成果。但同時(shí)國內(nèi)外依舊存在一定的技術(shù)應(yīng)用差異。在國外的研究中都將區(qū)塊鏈誕生之初的應(yīng)用——比特幣的概念引入學(xué)習(xí)成果管控模型。將學(xué)分貨幣化，開發(fā)出一種新的虛擬代幣來代替學(xué)分。學(xué)習(xí)者、高校、雇主、認(rèn)證機(jī)構(gòu)之間都可以利用創(chuàng)造出的貨幣進(jìn)行相應(yīng)的等價(jià)交換。而在中國這方面的研究則舍棄了虛擬幣的概念，依舊以學(xué)分或成績的形態(tài)來表現(xiàn)。

另外，國內(nèi)的研究中則相應(yīng)地加入了政府部門主導(dǎo)的監(jiān)察機(jī)構(gòu)來進(jìn)行相應(yīng)的監(jiān)管。可以看到國內(nèi)研究中有意識(shí)的認(rèn)識(shí)到本土化的特性問題，打破了國外區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用的思維定式，試圖在原有基礎(chǔ)上加以發(fā)展、創(chuàng)新以更好的適應(yīng)國情。

結(jié)語

基于區(qū)塊鏈技術(shù)國外在學(xué)分認(rèn)證領(lǐng)域進(jìn)行了很多相關(guān)的研究工作，其中部分研究只是梳理并論述了一些正在進(jìn)行試點(diǎn)的案例，并且還有很多相關(guān)研究只是停留在模型的設(shè)想階段或者才剛處于起步階段，亟待加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研多方協(xié)同研究和實(shí)踐推進(jìn)。國內(nèi)基于區(qū)塊鏈技術(shù)對(duì)學(xué)習(xí)成果的應(yīng)用研究相對(duì)較少，大部分都是案例的分析或者是聚焦于學(xué)習(xí)成果認(rèn)證的某一方面進(jìn)行研究，沒有統(tǒng)籌學(xué)習(xí)成果認(rèn)證和轉(zhuǎn)移的全過程。因此，接下來的研究將在對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)梳理分析的基礎(chǔ)上，利用區(qū)塊鏈技術(shù)，聚焦于在線學(xué)習(xí)成果的認(rèn)證和轉(zhuǎn)移全過程，構(gòu)建一個(gè)在線學(xué)習(xí)成果管控模型，試圖建立一個(gè)統(tǒng)一的學(xué)分認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)在認(rèn)證和轉(zhuǎn)移過程下的學(xué)習(xí)成果的透明化、難篡改和高效性。