《教育進展 》【RCCSE中文核心】基於區塊鏈的教育信息平臺的創新與設計

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Education Circulation Platform Solution Based on Blockchain

Feng Liu1*#, Ji’an Tang2*, Sishi Qin2, Shuqian Shao2, Yu Sun1

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1Binjiang College, Nanjing University of Information Science and Technology, Wuxi Jiangsu

2Shanghai University of International Business and Economics, Shanghai

Received: Oct. 25th, 2019; accepted: Nov. 7th, 2019; published: Nov. 14th, 2019

ABSTRACT

This paper mainly conducts systematic research and analysis on the specific application of blockchain in education information, and constructs a cross-platform and geographical one-stop service platform. From the perspective of blockchain education database, this paper has carried out a specific expansion of its system design, educational information flow process and value generation mode. Moreover, the detailed scheme design is carried out from the entrance of education information, namely multi-platform information input, information chain to determine the value, enterprises and institutions of information transfer and value transfer and other aspects.

Keywords:Blockchain, Integration of Educational Information, Educational Ecological Innovation, Blockchain Economy and Ecology

基於區塊鏈的教育信息平臺的創新與設計

劉峯1*#，湯季安2*，秦思詩2，邵淑倩2，孫鈺1

1南京信息工程大學濱江學院，江蘇 無錫

2上海對外經貿大學，上海

收稿日期：2019年10月25日；錄用日期：2019年11月7日；發佈日期：2019年11月14日

摘 要

本論文主要就區塊鏈在教育信息方面的具體應用進行系統性的研究及分析，構建一個跨平臺、地理的一站式服務平臺。本文從區塊鏈教育數據庫的角度出發，對其系統設計、教育信息流轉流程、價值產生方式進行了具體的展開。並從教育信息的入口即多平臺的信息輸入、信息上鍊價值錨定、企業以及機構的信息調取及價值轉移等角度進行了詳細的方案設計。

關鍵詞 :區塊鏈，教育信息一體化，教育生態創新，區塊鏈經濟及生態

Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc.

This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY).

http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

1. 基於區塊鏈網絡的教育數據庫平臺初步設計

1.1. 區塊鏈與傳統教育流轉特性對照關係

傳統的教育信息流轉是以一份完整的學生檔案的形式，時間範疇一般是由小學，初中，高中，大學以及相關的繼續和補充教育組成的，但這種記錄模式較爲繁複低效且安全性低，通過圖1可以看出，傳統的教育信息流轉過程與基於區塊鏈的教育數據庫平臺系統兩者存在結構性差距，本文提出基於區塊鏈的教育信息平臺的創新型設計，這種模式中重點突出的是區塊鏈去中心化/中介化的信任、集體維護、智能合約、安全可信這四個特性，本文通過以下方面進行闡述 [1]：

去中心化/中介化的信任：由於區塊鏈系統中的任何節點都具有相同的權利與義務，系統自身可以保證數據的真實和可靠性，不需要由外在的接入來提供信任背書，並且數據在存儲、傳輸、驗證過程中均是採用分佈式的結構，因此任意節點的數據丟失並不會影響系統的正常運行，這有助於解決傳統模式下學生教育信息數據記錄和流轉過程中在數據的真實性、完整性以及可行度等方面存在的問題。

集體維護：由於區塊鏈系統所有的節點都由各參與主體共同運行和維護，任何節點都有相同的權力和義務，並且通過在網絡中使用特定的激勵機制，來保證分佈式系統中所有節點都會參與信息的交換過程。因而作爲學生信息記錄的參與各方都難以在信息流轉過程中干預原有的信息內容，爲教育信息的流轉提供了一個透明、公平的流通環境。

智能合約：智能合約通過代碼強制運行預先植入的命令，使得學生教育信息的輸入以及提取都變得自動且靈活，交易向着更自動、更智能的方向不斷髮展，智能合約的可編程特點使得輸入端和提取端的雙方都可以按照預先約定的合作模式來共同維護教育數據庫中的數據，而任何在數據庫上的變動都會在第一時間實時通知到教育數據庫的相關各方，所以這種合作模式確保了交易執行的自動性，同時也很好地避免了非人爲因素的介入帶來的數據安全隱患。

安全可信：區塊鏈採用非對稱的密碼學原理對交易進行簽名以及加蓋時間戳，故交易不能被僞造，其信息自端口上鍊後便只可被查看而任何介入方無權修改信息；另一方面，哈希算法也保證了交易具有不可篡改性，否則會主鏈分叉。同時，藉助分佈式系統各節點的共識算法形成強大的算力來抵禦攻擊。這種價格低廉，不可僞造的特性可以爲教育數據庫平臺數據的安全提供強有力的保障。

我們利用區塊鏈去中心化協作的工作模式，提出基於區塊鏈的教育數據庫流轉平臺體系，具有數據驗證輸入、實時數據存儲、信息整體把控，服務驗證提取及安全可信控制的一體化式的服務功能 [2]。對比傳統的教育信息記錄系統，更能發揮區塊鏈帶來的四個新特性，發揮區塊鏈的技術獨特性，如圖1所示。

Figure 1. Blockchain education information flow platform process

圖1. 基於區塊鏈教育信息流轉平臺流程

1.2. 傳統教育信息流轉系統

隨着物聯網、區塊鏈技術的不斷髮展，越來越多的智能概念進入人們的視野。隨着人均教育質量不斷提高，青年羣體愈發追求更高質量的學歷或者學術知識，研究生考試、國外留學學歷認證以及繼續教育等方面的學歷教育信息開始更多地引起國家和社會的關注和重視。當下社會對於人才標準的認知，可能仍然停留在關注學生的一張畢業證書或者學位證上。但是基於需求端的找工作、評職稱、升職加薪以及留學考研等對於學歷的認證需求導致出現很多學歷造假或者關係戶搶佔資源的情況。

新聞中就曾多次報道在實際就業和升學中，發現候選人持有的是假文憑，以及來自購買或者代考代寫論文而通過的學歷考試，這種情況不僅給製假方提供了盈利空間，也擠佔了更多正常升學、工作羣體本就緊張的有限資源。加之現有的信息系統主要由不同的學校教務部門組成，並且不同學校間檔案並不互通，需要調取，流程比較繁瑣費時，尤其是對於一些西部落後地區，更是無法保存有效真實的學生信息。此外，學校檔案中的信息比較片面，無法真正完整的展示學生的個人能力，而個人提供的相關信息有時又缺乏有力的證明。例如一些能夠體現學生競爭力的獲獎、榮譽、技能、實踐經歷等信息很難在讀取時進行證明、識別，因此在實際應用中，也存在大量編造榮譽、蓋假章的行爲，市場上也就存在大量編造榮譽、蓋假章的行爲。而一些學術造假，論文造假的行爲最近也頻頻爆出，大量網上論文代寫的網店也很普遍，其論文真僞難以分辨，這更加增加了人才需求端企業分辨的難度，影響了競爭的公平性 [3]。

同時，在社會愈加重視教育，尤其是素質教育的當下，雖然社會上許多培訓機構數量不斷增多，但是缺乏統一的管理和規範，老師也缺乏相應的師資和培訓能力，市場上存在大量機構評級造假、虛假宣傳的現象，加之消費者和機構始終存在信息不對稱，更是處於弱勢，往往既不能鑑別機構和老師的資質，在消費受騙後，也缺乏證據的收集來維護自身的權益，最終權益得到訴求保障的只是極少數。

2. 信息流轉與價值產生

2.1. 基於區塊鏈的教育信息流轉過程

基於圖2在本文提到的教育信息流轉網絡中，所有教育信息數據會實現上鍊，具有分佈式記錄與存儲的特性，同時也允許任何教育機構和第三方平臺開展跨系統、跨平臺的學習行爲結果記錄，實現教育過程數字化，加蓋時間戳。

Figure 2. Education information transfer network

圖2. 教育信息流轉網絡

用戶個人對於數字證書以及其他個人信息的準確性和真實性可以進行確認。此外，如果需要劃去錯誤信息，不再納入使用，也可以通過聯繫信息模塊錄入方對不準確的信息模塊進行標記以完成該功能。同時用戶提供新的信息，經過信息錄入方審覈確認後創建新的模塊時，原始錯誤信息模塊就將不再顯示。

區塊鏈作爲生態網絡中的交易網絡，實現了教育生態中信息的價值流轉和需求提取，這與傳統的中心化的信息數據庫和紙質檔案袋等存儲方式相比，更加安全、便捷、實時、透明、智能。

2.2. 新型教育信息庫生態網絡構成羣體

對於基於區塊鏈教育信息庫的生態流轉平臺設計，主要由以下四個羣體組成(具體網絡生態示意圖參照圖2)：

一、教育服務方以及學生羣體，主要負責教育流程鏈條上的教育服務提供方和教育培訓方之間的關係，服務商和用戶的服務關係的協調，並整合和激勵世界各區域的教育服務提供者與服務商在業務過程中發現問題，此外，這種模式在於用區塊鏈技術進行教育信息數字化，實現教育服務的使用、培訓、結果、認證方等各教育參與方的數據信息上鍊，並將數據儲存，並使用智能密碼，利用區塊鏈上的智能合約，實現一個透明的自給自足的自運營教育信息數字流轉生態體系。另一方面，根據教育服務方給出的信任背書，在教育信息上加蓋時間戳和認證信息。

二、社區共識羣體，主要由生態公鏈的參與者與應用級側鏈的參與者構成，有力的推動形成生態共識和自給自足的推動生態的建立。他們通過記錄生態鏈上的信息數據，對數據進行分析，爲生態鏈發展做出合理的管理學建議，並參考共識機制和激勵機制，通過區塊鏈上的智能合約實現各部分的獎勵分發。

三、Dapps是教育信息流轉平臺網絡快速發展和擴大核心業務及衍生服務的羣體。通過在運營的公鏈上自行開發衍生業務的側鏈DAPP，推動生態網絡實現繼續教育服務提供的衍生應用場景的部署，對打造智慧教學模式、教育版權保護、以及價值評估等衍生業務場景的開發起巨大作用，幫助此生態網絡發揮更大的價值。

四、提供證書以及資格考試培訓的教育機構羣體模塊：公司級別的運營商或是工作室形式的機構，是教育培訓服務的主要提供者和貢獻者，也是交易的一個重要組成部分。

基於以上四個主題，我們構建了一個基於教育信息庫的生態流轉平臺，同時對生態網絡中的業務模塊和角色進行了初步的設計。

2.3. 區塊鏈教育數據庫價值產生

本文提出基於區塊鏈教育數據庫讓各教育服務參與方可以自主地在系統內上傳學生的教育信息，不僅僅是學生的基礎學歷信息，更多的包括素質能力(應用性技能、創新性技能、比賽獲獎情況、知識產權等)以及教師方給出的學生人文修養(道德品性、公益表現以及奉獻精神等)，在信息上鍊前經過具有公信力的機構、平臺對其信息進行審計、驗證。本文的區塊鏈教育數據庫生態模型建設，採用的是由以太坊網絡構成的分佈式機制，各教育培訓方共同參與、自適應維護的教育信息流轉互濟模式 [4]。而對於該教育數據庫，學生可查詢個人的學習成就記錄，並在需要時展示給相關機構，而收到學生的申請後，單位人力資源部也同樣可以使用該系統查詢學生的學歷證書和獲獎情況。因而這個數據庫流轉平臺極大地簡化了學校、個人和單位驗證這些數據真實性的環節，而且其安全性非常高，不會受到任何個人或者機構的隨意信息篡改，並可作爲公共記錄永久維護，因此也會降低企業求職和招聘的成本。

教育數據庫的信息輸入、廣播、認證、確認的流程如圖3所示。

Figure 3. Schematic diagram of information flow in a new education database combined with blockchain technology

圖3. 結合區塊鏈技術的新型教育數據庫信息流轉示意圖

目前市場上的在線教育行業是一個朝陽行業，不斷有社會資本和人才湧入這一行業，在線教育機構收到的投資也不斷增大，行業發展迅猛，但是該行業仍然受限於中國教育基本國情：學生恆多，而優質老師少，而市面上，機構對於優秀內容輸出者的爭奪也十分激烈。因而本文提出的區塊鏈教育流轉平臺致力於對這一問題提出解決方案，打破傳統模式下，內容生產者、學者、傳播者等生產關係之間的信息傳遞、物理交互等總是受到空間的限制，難以把人聚集起來形成合力。如圖3所示，我們的數據一方面來自於教育培訓管理信息系統的API，將數據添加上鍊，集成到學員追蹤系統上，並與信息展示系統API上，以面向使用者。因而，藉助於區塊鏈，建立分佈式平臺組織，(DAO和DAC)將完全自動運行，可以很好地解決線上學習中存在的跨平臺學分互認困難的問題，提高線上學習證書的公信力 [3]。在這一平臺上任何個人都可以隨時加入和退出，而公司的股權(即數字資產)成爲系統中運行的唯一貨幣，替代收入、利潤等概念。在這種模式下，參與者可以隨時成爲公司的投資者、生產者以及消費者等一種或全部角色。公司運作的結構被大大簡化，只剩下投資者和生產者，極大地提高了公司的運作效率，同時也優化當前行業內的傳統教育機構的發展弊端。

從長遠來看，這一運作模式提升了公司的工作效率，更好地服務各方以及之後的交互，消除不同平臺間的壁壘，消除信息孤島，減少了各方重複對賬所引起的財務以及人力等成本所不必要的開支，也很好地保障了數據的不可泄露性，這些節約的成本都可以再投入以提升平臺，同時也將加速教育信息化進程，加快線上空間與現實空間的融合。

通過參考圖4的價值流轉示意圖，我們可知以教育提供方A、企業HR B爲例來簡要說明區塊鏈數據及價值流轉。教育服務方完成匿名或實名認證，匿名認證可以通過公鑰密碼和環簽名算法實現。教育信息也需進行內容、程度、完成情況以及數字簽名等的記錄，教育提供方也可描述介紹自身的基本信息如：機構名、提供服務、認證情況或老師的個人信息等，教育提供方接入平臺後通過客戶端對其進行內容接入，當需求端企業HR需求學生完整學歷信息時，B進行鏈上的支付。在B向教育提供方A主實施貨幣交易之前，利用區塊鏈技術驗證B發出的虛擬貨幣是有效的，B所憑藉的虛擬貨幣不僅要有虛擬價值還有所有流轉的數據包，故區塊鏈平臺可以用來驗證和查收數據及價值。

Figure 4. Schematic diagram of the value flow of a new type of education database combined with blockchain technology

圖4. 結合區塊鏈技術的新型教育數據庫價值流轉示意圖

3. 技術信息與實際應用

3.1. 技術信息平臺模塊構建

區塊鏈教育信息流轉在內部信息層的交易本質就是利用區塊鏈技術的一組包含輸入、輸出的數據系列。如圖5所示本文提出的應用於教育數據庫的技術主要包括範圍 [5]：

該區塊鏈教育網絡的技術構建底層爲p2p的分佈式網絡，中間層提供存儲、安全、加速和區塊鏈服務，其中數據存儲採用分佈式賬本技術。隨着交易量越來越大，數據越來越多，數據可被存儲在數據庫中。利用公鑰密碼、隱身地址等密碼學技術可以保護用戶的隱私和安全；利用閃電網絡、隔離見證等技術可以提高交易的速度，閃電網絡可以將不可數交易放在區塊鏈上，隔離見證可以提升簽名驗證的高效性 [6]。區塊鏈服務主要有DPOS共識、側鏈技術、智能合約。利用區塊鏈服務，側鏈技術可以衍生各種衍生DAPPS，更好的服務於區塊鏈分佈式電能網絡，智能合約可以保證交易的靈活性與高效性。上層應用是API和客戶端，一方面利於學生教育信息的存儲和提取以及數據的實時對HR的交易，另一方面利於數據查詢和分析。

Figure 5. New educational database technology combined with blockchain technology including schematic diagram

圖5. 結合區塊鏈技術的新型教育數據庫技術包括示意圖

3.2. 技術信息的安全指標

信息技術的安全指標有身份認證、訪問控制、加密、數據安全、安全監控與審計五個方面。

對於身份認證手段可採用靜態口令動態令牌、數字證書等單因素認證或多因素組合認證形式。利用類似於比特幣錢包的形式，學生可以存儲和分享自己取得的學習成就。

訪問權限考慮根據安全策略實現訪問控制服務和授權管理服務。訪問權限採用加密的公鑰、私鑰來識別數字證書的發行者和獲得者。在查詢時，首先是基礎公開數據的查詢，如個人名片等，可根據智能合約的設定，通過公鑰查詢到信息。其次對於更深入的查詢，雖然經上傳後的教育信息不可更改，但上傳者可以決定將其資料展示的訪問者權限。上傳者將數字證書的密鑰分發給有該訪問權限的訪問者，如經審覈通過的用人單位或學校等；有訪問權限的訪客可通過密鑰查詢到信息，而未授權使用該系統的用戶登錄信息顯示警告信息給管理、維護人員。

加密主要指爲該教育區塊鏈系統提供加密、完整性保護、數字簽名、密鑰管理等服務，實現在線數據傳輸和存儲的機密性、完整性和可鑑別性。基於區塊鏈技術的學生教育信息系統，可利用多重數字簽名保障數據的完整性和可鑑別性。創建有學生信息的數字文件，學生對證書的內容和證書的本身分別進行簽名，並利用私鑰創建一條數字記錄，保障用戶信息與證書內容的一致性。信息上傳到學校、教育局等機構後，專業機構利用自己的私鑰，對數字證書進行背書，並數字簽名，存儲在區塊鏈中。每一份數字證書，都會由智能合約進行多重簽名驗證，通過哈希值驗證證書內容的機密性、完整性和可鑑別性。

數據安全指爲該教育區塊鏈生態系統提供安全瀏覽、防泄露、數據過濾等服務，實現數據傳輸、存儲和使用的機密性、完整性和可鑑別性。對於錄入數據，進行多重數字簽名認證。對於用戶瀏覽數據的控制，要求同時掌握公鑰和私鑰。對於數據過濾和對數據防泄露防篡改，由於區塊鏈類似複試記賬的工作機制，賬目中與之相鄰的數據是相互相關的。每個區塊都有與之對應的、唯一不重複的哈希，錯誤的交易將導致哈希值的變化，從而無法通過其他節點的驗證，被其他節點拒絕。多重數字簽名認證和與區塊一一對應的哈希值等手段有助於保障區塊鏈數據的安全性。

安全監控與審計指通過採集和分析系統安全日誌，提供用戶異常行爲監測、信息泄露監測等功能。在這方面該教育區塊鏈系統考慮特別的監管、對用戶行爲進行審計、增加需要收集和監控的信息，如用戶登錄失敗，異常監控以及實時報警的功能。

3.3. 實際應用與優勢分析

我們通過基於區塊鏈教育數據流轉平臺，構建了一個面向未來的教育價值鏈。可以看到本價值鏈通過區塊鏈，串聯打通了服務提供方和需求方兩端，建立了一個涉及到教育培訓、端口接入、智能傳輸、智能提取、信息確認及價值交易等方面的教育信息新生態 [7]。

區塊鏈技術的去中心化特性剛好符合其信息需求流轉的特點。一方面，我們降低了信息交互成本，提升了交互效率；另一方面，智能教育信息流轉的出現也會對傳統在線教育模式帶來革命性的變化。這也爲學生羣體，教育服務以及企業HR羣體帶來了巨大的便利，使得學生羣體可以基於這一平臺完整記錄自己教育經歷以及技能培訓和獲獎情況等，全方位體現個人競爭力。從而不僅使得通過學歷造假而不公正收益的羣體被技術革除，同時企業HR以及各高校也可以獲得學生最真實可靠的教育信息。新型價值流轉模式爲學生教育信息的存取帶來以下優勢：

一、降低了傳統檔案制記錄學生學歷情況的單一化。

二、在平臺上可以綜合記錄學生的學習成果、學習過程以及學歷認證。企業HR可以清晰瞭解到學生以往的學習經歷和實踐經歷，從而實現精準錄用人才，搭建無縫對接的人才橋樑。

三、教育信息可溯源。加蓋時間戳，建立鏈上數字化個體教育信用檔案的構建，數據不僅具有全面性而且具有極高的安全性，無法篡改、真實有效。

四、去中心化平臺可以在一定程度上解決教育資源版權的資產確權和價值評估問題，實現資產數字化，爲平臺增添競爭力。

五、革新式公司制度。分佈式的自治公司組織模式，不僅有力提升運作效率，並且激勵優質內容產出者進行創作，擴大受衆面。潛在流轉平臺數據用戶的職業教育學習和繼續教育學習可以促進教育培訓市場的良性發展。

對於學歷教育，教育數據庫流轉平臺建立了一體化的學生數字化個人檔案；對於非學歷教育以及繼續教育，平臺通過“自組織”教育社區、分佈式存儲提供教育培訓課程以及諮詢服務，針對不同的羣體，使用區塊鏈這一技術可以更好解決信任問題，實現高效協作。同時將學生的學習成績記錄在公共鏈上，增強和豐富數據維度並降低維護的成本，更好地提供服務。

4. 對區塊鏈賦能教育產業未來展望

回顧全文，本文主要通過研究區塊鏈的特性、教育培訓、學生教育信息的輸入和流轉場景，創造性的提出了基於區塊鏈的數據庫流轉平臺一體化解決方案。我們通過分析傳統教育產業、智能教育信息數據庫以及區塊鏈技術如何串聯這兩個產業，架構了分佈式教育信息價值網絡。

我們認爲區塊鏈不僅僅是體現一種技術，更多的是體現觀念的改變。區塊鏈對一些行業的重新設計，給傳統的行業帶來了新的發展機會。學歷信息結合區塊鏈技術，實現了智能個體教育信用檔案、降低了成本、增強數據豐富度、建立相關各方之間的信任、高效的數據管理和跟蹤 [6]。全文產業分析及架構設計主要從以下三個方面體現關於區塊鏈技術與智能教育檔案的良性結合作用：

一、綠色理念：隨着社會日益重視教育以及在線教育機構，行業內對於人才需求，尤其是優秀內容輸出者的爭奪更加強烈。但教育現狀受制於我國國情，仍存在教育資源分配不協調，學生多、老師少的困境。一方面，區塊鏈技術的應用可實現分佈式教育自治公司的可操作性，打破了傳統物理空間的限制，減少了運作的成本。另一方面，以平臺的數字資產作爲交易貨幣，並設置激勵機制促進平臺上數據的流轉和優質內容的產出，從而形成去中心化的自發學習、自發授課、自發生產優質內容，達到優勝劣汰的正向循環，促進教育培訓行業的進一步發展，最終形成自運行的在線教育生態。

二、高效節時：區塊鏈具有“去中心化”特性和衆多平臺維護者和Dapps開發者。在個體職業生涯持續學習需求的剛需下，這些激勵了區塊鏈與平臺在線社區的結合，將進一步促進“自組織”教育社區的發展。

三、真實安全：一方面，區塊鏈技術可實現數據的記錄和交互認證。另一方面，區塊鏈具有數據不可篡改特性，監測了企業獲得學歷信息的過程，避免交互行爲出現違規現象，提高交互的安全係數。

隨着技術的提升，高效安全地維護學習成績記錄、保障公共鏈上學生的隱私權，建設更完善的教育區塊鏈數據庫和基礎設施是未來的趨勢。這些趨勢在以更高的安全性和強大算力存在的同時，將以更低的成本優化這一教育數據庫系統，更好展現區塊鏈的優勢 [8]。

由於教育市場的改革不斷深入，教育需求的多樣化增加和教育價值鏈的演變，教育行業正在發生深刻的變化：一方面是智能教育行業正在實現基礎服務架構的信息創建、自動化控制，連接個體教育培訓方、職業培訓師、企業培訓服務和企業HR的多輸入和需求端。另一方面，設置激勵機制有利於促進平臺優質內容產出，區塊鏈特性的分佈式公司運營模式也可使平臺運作更智能化，最終將區塊鏈技術真正的紮根落地到我們日常生活中去。

基金項目

本項目受到ATRAF Foundation (加拿大先進技術研究與應用基金會)的資助，特此感謝。

文章引用

劉 峯,湯季安,秦思詩,邵淑倩,孫 鈺. 基於區塊鏈的教育信息平臺的創新與設計
Education Circulation Platform Solution Based on Blockchain[J]. 教育進展, 2019, 09(06): 741-749. https://doi.org/10.12677/AE.2019.96120

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NOTES

*共一作者。

#通訊作者。