基于區塊鏈和IPFS的高校教學資源共享平臺構建

摘要：針對目前高校教學資源共享中存在的資源激勵機制欠缺、資源存儲安全風險以及資源版權保護不足等問題，文章通過將星際文件系統（Inter-Planetary File System，IPFS）和區塊鏈進行結合，實現鏈上索引、鏈下存儲的教學資源存儲模式。文章利用智能合約技術自動執行對教學資源版權的保護，構建了基于虛擬幣的資源創作激勵機制。在此基礎上，文章提出了高校教學資源共享平臺的總體分層架構和共享流程，并設計了平臺的4大功能模塊，為區塊鏈技術在教學資源共享共建領域的應用提供了新思路。

關鍵詞：區塊鏈；IPFS；教學資源共享

中圖分類號：TP391.3文獻標志碼：A

0 引言

近年來，互聯網技術的快速普及帶動了在線教育的發展，網絡中高校教學資源如國家高等教育智慧教育平臺、中國大學MOOC等在為高校師生提供了豐富的教學資源的同時，全國高校也先后建立精品課程、視頻公開課等建設項目，教學資源選擇越來越多樣化。然而，由于教學資源存儲分散、資源平臺眾多，教學資源缺乏統一管理，加重高校師生選擇教學資源的負擔，難以方便、快捷地找到所需的資源［1］。中共中央國務院印發的《中國教育現代化2035》明確提出推進教育現代化要“更加注重共建共享”。本文構建了聚合眾多高校教學資源的共建共享平臺。該平臺有利于整合高校分散的教學資源，防止資源的重復建設，促進高校間優秀教學資源共享。

1 高校教學資源共享的現狀分析

1.1 高校教學資源共享面臨的問題

目前，高校教學資源的共建共享過程主要存在如下問題。

（1）在數據存儲方面，目前，教學資源共享平臺大多采取基于Web或基于云的共享模式下的集中式方式存儲教學資源。在資源共享過程中，這種集中式的存儲方式可能會受到網絡攻擊導致數據泄露、丟失等，且對于教學資源數據的容錯率較低。

（2）在版權保護方面，傳統的教學資源共享平臺存在版權認定以及維護難的問題，高質量、原創的教學資源成果的版權通常不能被保護，甚至可能被惡意傳播或者販賣獲利等。

（3）在資源創作激勵方面，資源共享缺乏相應的激勵機制，不能有效調動教師創造資源的積極性，很多高質量的教學資源得不到公開和利用。

1.2 基于區塊鏈的高校教學資源共享

當前，區塊鏈作為新興技術以其去中心化、可追溯、不可篡改等優勢，為高校教學資源的共建共享提供了新的思路［2］?！皡^塊鏈+教育”的模式已經成為未來教育的發展趨勢［3-4］。因此，基于上述背景，本文研究設計基于區塊鏈和星際文件系統（Inter-Planetary File System，IPFS）的高校教學資源共享平臺。本文將IPFS和區塊鏈結合，在使用IPFS存儲教學資源的同時將資源Hash地址存儲于區塊鏈，實現鏈上索引、鏈下存儲的教學資源存儲模式；通過智能合約自動執行對資源版權的確權、存證等，構建自動化版權保護模型對教學資源版權進行保護；引入虛擬幣激勵機制，并根據教學資源的下載量等指標設計資源獎勵算法，鼓勵更多高校投入教學資源的建設。

2 高校教學資源共享平臺構建

2.1 平臺架構設計

南京工程學院教學資源共享平臺的用戶為來自多所高校的創作/獲取教學資源的教師、學生以及負責教學資源管理的監管機構，因此，本平臺采用聯盟鏈技術，聯盟鏈中各個節點間一致性的達成原則是采用權威證明（Proof of Authority，PoA）共識機制來實現的，相比PoW等，共識效率更高［5］。

本高校教學資源共享平臺總體架構分為交互層、合約層、數據層3層，如圖1所示。

交互層為平臺用戶提供了平臺功能模塊的可視化接口，通過交互層收集用戶的數據并將請求的結果返回至用戶，采用Web3.js技術實現平臺前端與底層區塊鏈之間的交互。合約層中的資源審查智能合約、資源發布合約、資源交易合約以及交易獎勵合約是通過Solidity語言編寫開發的，合約層與數據層之間的信息交互是通過JSON-RPC來實現的，通過智能合約自動執行處理以實現平臺的各種功能。數據層利用IPFS存儲大量的資源數據，在區塊鏈上只存儲平臺的消息交互和資源地址等信息，保證資源數據安全可靠的同時，又解決了大規模資源數據的存儲問題［6］。

2.2 平臺功能設計

本高校教學資源共享平臺的功能設計如圖2所示，其以區塊鏈技術的分布式賬本、共識機制等為底層支撐，并抽象為資源創作模塊、資源交易模塊、版權管理模塊和用戶管理模塊4大功能模塊。此外，本平臺通過與各高校的課程、圖書資源管理平臺以及各開放課程資源平臺對接，可以整合分散的教學資源作為本平臺教學資源的補充。

2.2.1 資源創作模塊

資源審查：監管機構調用資源審查合約對高校教師創作的資源格式、內容完整性等方面進行校驗；再利用文本、圖像匹配等算法進行資源間的相似度判定，相似度小于特定的閾值時被認定為符合原創性要求，確保不存在抄襲或者盜版的行為。

資源發布：該過程將通過審查的資源進行加密，形成密文數據后上傳IPFS中。IPFS計算該資源文件的Hash值并將其返回，再通過調用資源發布合約將該Hash值和資源版權等信息存儲在區塊鏈中。

資源統計：該過程對教學資源的各類數據進行統計，如不同類型下的資源數量、資源價格區間分布、資源交易量等數據，并可以自動生成可視化的統計圖表。

2.2.2 版權管理模塊

版權登記：根據通過監管機構審查的資源即符合版權認定要求這一原則，該過程將該資源的版權信息記錄在區塊鏈上，防止版權憑證被非法篡改。

版權查詢：利用區塊鏈技術公開透明的特性，用戶通過教學資源名稱等信息能夠查詢到教學資源的版權信息如資源創作者、發布時間等。

版權追蹤：當發生侵權糾紛時，該過程能夠追溯資源從發布起的版權相關信息，自動完成對版權信息的確權、存證和維護等。

2.2.3 資源交易模塊

交易創建：學生用戶向監管機構發送購買資源請求，通過調用資源交易合約進行自動化交易，經過區塊鏈共識機制將請求廣播至所有節點并確認之后，資源交易信息會完整地記錄在區塊鏈上。

交易評價：該過程根據資源質量等指標對交易進行評價，根據該交易的評價得分情況給予該資源創作者一定的資源獎勵，若評價得分越高則資源創作者獲得的虛擬幣數量越多。

交易獎勵：交易獎勵合約約定了基于下載量、好評率等指標的虛擬幣分配規則。通過調用該合約，系統自動給予該資源創作者相對應的虛擬幣獎勵，保證教學資源的獎勵分配公平透明。

2.2.4 用戶管理模塊

身份管理：監管機構、資源使用者和資源共享者通過區塊鏈進行身份認證，成為本高校教學資源共享平臺的成員用戶。

權限設置：該過程對用戶的身份進行認證并為其設置不同的訪問權限。對于教師，設置其權限為資源發布、版權追蹤等；對于學生，設置其權限為資源購買、資源下載等；對于監管機構，設置其權限為資源權限更新、資源數據查詢如查詢資源的下載量、好評率等。

虛擬幣查詢：用戶通過虛擬幣查詢功能能夠查詢到自己所擁有的虛擬幣余額，同時，查詢用戶虛擬幣的獲得、花費等相關明細。

2.3 平臺流程設計

本平臺的教學資源共享流程如圖3所示。首先，監管機構對資源的格式、內容完整性等方面進行審查并進行資源的原創性認定以保證版權歸屬。之后，教師將資源進行加密并上傳至IPFS。IPFS計算資源的Hash值并將其返回，教師將該Hash值和資源的版權等信息上傳到平臺。平臺調用資源發布合約將這些信息存儲在區塊鏈上并返回區塊ID。資源上傳至平臺后，學生就可以查找并購買該資源。當學生用戶完成資源購買后，即可通過平臺獲得該資源訪問權限，平臺返回資源的Hash值和解密密鑰。最后，學生通過返回的Hash值在IPFS中查詢到該資源，下載后解密資源文件。

與本平臺教學資源的共享流程不同，對接的其他資源平臺只上傳其資源地址信息并開放相應的訪問接口，不會將教學資源數據上傳至IPFS。在購買這些資源后，系統通過區塊鏈獲取對應資源的地址信息進行下載，對接平臺通過查詢區塊鏈的交易信息，響應下載操作。這2類資源共享都需要消耗資源使用者賬戶上的虛擬幣余額。

3 結語

針對目前高校教學資源共享中存在的資源激勵機制欠缺、資源存儲安全風險以及資源版權保護不足等問題，本文構建一種基于區塊鏈和IPFS的高校教學資源共享平臺，將區塊鏈不可篡改、可追溯等特性與IPFS去中心化存儲相結合，可以有效實現教學資源的分布式存儲與安全共享。本平臺具有如下優勢：

（1）通過IPFS技術對區塊鏈存儲進行擴展以解決區塊鏈無法存儲大量高校教學資源的問題，大幅降低存儲成本，實現教學資源存儲的高可靠性和可擴展性。

（2）通過智能合約自動執行對版權的確權、存證、維護等并將資源的版權信息整合存儲在鏈上，版權取證容易且快速，所提方案提高了版權保護效率。

（3）聯盟鏈技術可以提升高校間教學資源共享的安全性，同時其利用虛擬幣激勵機制調動優質教學資源創作者的積極性，促進了教學資源的共建共享。

參考文獻

［1］靳瑞霞，孫全黨，秦磊勇.基于區塊鏈技術的高校數字教育資源共創共享生態系統構建［J］.中國教育信息化，2021（23）：53-58.

［2］曾詩欽，霍如，黃韜，等.區塊鏈技術研究綜述：原理、進展與應用［J］.通信學報，2020（1）：134-151.

［3］蘭麗娜，吳芬芬，石瑞生.國內“區塊鏈+教育”研究的可視化分析：以160篇“區塊鏈+教育”相關的核心期刊論文為樣本文獻［J］.現代教育技術，2021（10）：23-31.

［4］吳永和，程歌星，陳雅云，等.國內外“區塊鏈+教育”之研究現狀、熱點分析與發展思考［J］.遠程教育雜志，2020（1）：38-49.

［5］TIAN J F， TIAN J， XU H W. TSBFT： a scalable and efficient leaderless Byzantine consensus for consortium blockchain［J］. Computer Networks， 2023， 222： 109541.

［6］DWIVEDI S K， AMIN R， VOLLALA S. Smart contract and IPFS-based trustworthy secure data storage and device authentication scheme in fog computing environment［J］. Peer-to-Peer Networking and Applications， 2023（1）： 1-21.

Construction of university education resource sharing platform based on blockchain and IPFS

Abstract： Aiming at the current problems in the university education resource sharing， such as the lack of incentive mechanisms， security risks in resource storage， an on-chain indexing and off-chain storage mode for education resource is achieved by combining IPFS and blockchain. The copyright of education resources utilizing smart contract technology is automatically protected and a resource creation incentive mechanism based on virtual currency is also constructed. On this basis， the overall hierarchical architecture and sharing process of the university education resource sharing platform are proposed， and the four functional modules of the platform are designed. This provides new ideas for the application of blockchain technology in the field of education resource sharing.

Key words： blockchain; IPFS; education resource sharing