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摘要：本文利用區塊鏈技術的優勢，設計了基于區塊鏈的學生信息資源管理系統，并分析了該系統的框架、關鍵技術以及可以給未來教育領域帶來的改變。該系統能夠有效控制學生學歷造假等行為，實現學校對學生的綜合行為管理，為企業人才招聘提供一個更加可信的平臺。

關鍵詞：區塊鏈；學生信息資源管理；系統設計

0引言

現如今，由于素質教育在我國越來越受重視,大學生綜合素質測評體系開始朝著更遠的方向發展，各高校也著手嘗試各種評價體系，針對大學生的各方面設定評價標準與具體實施方案，通過采集大學生求學期間學習、生活、活動實踐等方面的信息來對大學生的綜合素質作出相對合理的評定。但是，從目前來看，各大高校的評定標準都比較單一，大多數高校仍然是通過成績來評定學生的素質。以往的研究數據表明，這種傳統的單一模式至今仍為多見的主要原因是一些其他評價指標并不像考試成績這般便于進行處理，例如考試作弊、違反校紀、宿舍違章等，這些信息無法僅集中于學校某一職能部門中，這就導致了信息錄入上的困難，況且，錄入信息的真假也難以辨別，作弊現象的出現將無可避免。近幾年來，有少數高校看到了上述信息管理的短板，并為此專門成立了一個部門來對這些數據進行處理，但是數據信息管理的這單一模式并未被打破，僅以成績作為評價標準的現狀還是沒有改善。技術創新是實現管理創新的有效途徑。而目前，隨著信息技術的快速發展，作為P2P網絡通信、密碼學以及共識機制融合創新的區塊鏈技術，以其所具有各種特點——信息共識性、不可篡改性，記錄的不可逆性和可追蹤等等，成為了解決這一問題的有力工具。由于現代社會對各種信息的管理普遍采用更加方便快捷的電子信息的形式，對比區塊鏈分析后發現，二者之間存在以下幾點相似之處：（1）二者存儲皆為已經刪除無用信息后的有用信息；（2）存儲方式皆為電子信息；（3）存儲種類皆為數據信息。從可行性上來看，利用區塊鏈技術的優勢來構建學生信息資源管理體系是符合信息資源管理基本要求的，完全可以不用擔心操作性方面的問題。

1區塊鏈

（1）區塊鏈技術原理

區塊鏈是通過密碼學算法保證其不可篡改和偽造的一串按照時間順序鏈接疊加數據塊的數據結構。區塊是區塊鏈的最小單位，是交易信息的載體，每個區塊會根據一定的時間順序將區塊鏈鏈接起來，而且每個區塊上都會標記時間戳來保證數據的安全性以及可追溯。區塊鏈中不存在嚴重的數據集中存儲，從結構上來說，區塊鏈是一個點到點的去中心化網絡，其中的每個節點既可以作為用戶角色也可以作為服務器角色對數據進行更改，并且最終將參與的所有數據信息保存下來。由非對稱加密算法建立區塊鏈的信任機制，該算法同時需要公鑰以及私鑰各一個，公鑰是在全網范圍內的節點使用相同的加解密算法，私鑰只有自己知道。使用時將公鑰私鑰組合起來即可相互解密——用公鑰加密的數據只有用相對應的私鑰才可解密，同樣，用私鑰加密的數據也只有對應的公鑰能解密。用自己知道的私鑰加密節點，然后讓網上的其他用戶使用公開的秘鑰來解密，不僅可以保證數據的安全可靠，還能確保數據的可追溯。區塊鏈的工作機制與復式記賬相似，每一個區塊都有且僅有一個對應的哈希值，下一個區塊會指向上一個區塊的哈希值，當你隨意更改任意一個區塊中的數據時，都會因區塊中哈希值的變化而使區塊鏈的指向發生錯誤，其他節點則會拒絕這種有錯誤的交易行為，這個驗證過程被稱為“共識機制”。區塊鏈中數據傳遞是以去中心化的方式實現，這打破了傳統方式下的信任中心的加密數據共享，所以該共識機制能夠充分保障區塊鏈中信息的安全可靠。

（2）區塊鏈技術特點

區塊鏈技術主要具有去中心化、信息高度透明、不可篡改、集體維護和分布式數據庫幾個特征。首先，整個區塊鏈系統采取分布式核算和存儲，并不依賴于第三方管理機構，不存在數據中心化的管理，區塊鏈中的任何參與者都是一個節點，且每個節點之間的權限對等。其次，系統中的數據塊由整個系統中所有具有維護功能的節點來共同維護，而這些具有維護功能的節點是任何人都可以參與的。其三，區塊鏈技術基礎是開源的，數據信息是公開給所有人的。其四，區塊鏈的不可篡改性由共識機制來保證，最長的鏈條才被全網公認。區塊鏈中每個節點都有著數據庫中完整的信息，這些信息一旦被記錄就無法被篡改。最后，整個系統通過分布式數據庫，讓每個節點都覆蓋數據庫的所有信息，單一區塊的損壞不影響整體安全性。并且系統中的節點越多、系統計算能力越強，該系統的數據安全性就越高。

（3）區塊鏈技術應用于學生信息資源管理的優勢

相比于目前存在的學生信息管理模式，基于區塊鏈技術的學生信息資源管理體系能將傳統管理模式升級。區塊鏈系統中每個節點不僅僅是參與數據的傳遞，同時也對其他任一節點的內容變更進行確認。除此之外，數據信息的真實可靠也是毋庸置疑的，區塊鏈技術的特點——數據的不可篡改性，能保證非法篡改數據的這種想法以及行為沒有可乘之機。區塊鏈中，數據傳遞是以點對點的去中心化方式實現的。區塊鏈的核心思想是分布式記錄，存儲以及傳播，屬于去中心式管理，任何人都無法控制整個區塊鏈系統。區塊鏈里每個節點中都有作為標記的時間戳和哈希值，兩者的存在可以追溯數據的生成周期，即信息的各種變化過程在所有節點面前都是公開透明的，從而不用擔心傳輸過程中學生信息數據的安全性。在數據的交互傳遞過程中，存儲方式也同樣重要，區塊鏈所支持的分布式存儲，能夠有效地防止一些自然災害、人為篡改等客觀因素給用戶帶來的損失。分布式存儲不同于集中存儲會，它會將數據分散開來存儲，把數據分散給多個網絡節點，各個節點之間相互驗證，相互備份，在進行數據交流時也是將數據加密后才傳輸出去，即使存儲從數據的某一節點出現問題，也并不會造成難以估量的影響，其他的節點不受該節點的影響，仍會發揮它們各自的作用。除此之外，由于不存在單一的中心化的硬件或者管理機構，盜取信息數據的情況也幾乎不可能出現，基于該區塊鏈系統完全可以實現學生信息的數據安全存儲。

2當前教育領域區塊鏈應用的案例

（1）去中心化的學習記錄和學分銀行機制

以數據為中心的大學生的信息管理體系目前正在逐步應用，使用應用區塊鏈技術記錄學生的學習行為，從而在各個應用平臺上實現數據的共享。這種方式在很大程度上簡化了記錄流程、提高了工作效率。利用區塊鏈的可追溯性，不可篡改性以及出色的安全機制，來記錄跨地區、跨院校甚至跨國學習者的信息，從而實現高速度、低成本的學分記錄和查詢。從長遠來看，基于區塊鏈技術的學分銀行解決了技術和信任兩個層面上的問題，配合完善的學分認證體系，更方便學習者獲得學習認證或學歷。

（2）“山東省互聯網金融工程研究中心”高校鏈項目

高校畢業生在應聘時企業可能會提出需要進行學歷驗證等問題。然而，認證信息的程序往往會很繁瑣，證書的真假難辨等問題更是令人頭疼，認證這些信息需要耗費大量的人力財、財力、精力。考慮到這些成本的損失，國內齊魯工業大學（山東省科學院）發起了高校鏈項目。高校鏈是采用天德區塊鏈技術實現的一種用于記錄高校教師和學生信息的區塊鏈系統。該系統利用密碼學技術以及具有自主知識產權的共識機制，能夠在區塊鏈上高效、真實地記錄教師的基本信息，以及學生的學分、成績、獎學金、畢業證書、實踐活動等求學過程中的各類信息，并確保鏈上信息的不可篡改以及可追溯。與此同時，該系統提供了相當完善的訪問控制機制，能夠保證鏈上的隱私信息的安全性。高校鏈系統是高校教師和學生信息管理方式的一種顛覆性創新，能夠徹底解決篡改學生成績單、偽造求學經歷、畢業證造假等行為，對學生的日常學習也將起到有力的約束作用，促使學生回歸做學問的本職，并方便企業招聘，使企業可以用較低的招聘成本找到符合自身需求的人才，做到人盡其才。同時，高校鏈系統的研發對我國的可信人才資源信息庫建設以及促進人才的跨國交流與流動具有重要的意義。

3系統設計

3.1系統框架

基于區塊鏈的學生信息資源管理體系的服務對象包括廣大學生，各高校以及商業企業。本文設計的系統實現流程框架如下圖所示，該系統以區塊鏈系統為主體。采集學生的各種素質行為并以數據的形式呈現給學校，再由學校職能部門將學生的數據信息錄入學生信息資源管理平臺上，不只是學校可以錄入數據，學生本人也可主動往學生信息資源管理平臺錄入信息。該平臺通過區塊鏈系統對數據進行記賬，由于各部門節點的業務結構可能不盡相同，傳統的系統會存在信息數據結構不匹配的問題，就需要專門對數據進行修改，浪費人力物力資源。而采用區塊鏈技術就能夠有效解決這類問題，因為每個節點都有數據錄入的接口，可直接將學生個人的信息數據通過系統進行錄入，這一過程即為數據記賬。記賬成功后，高校學生或是商業企業都可以通過應用層（學生信息資源管理平臺）查詢學生的素質行為信息。

3.2系統結構設計

本系統由應用交互層和區塊鏈網絡層兩層結構組成。其中區塊鏈系統負責對提交的學生信息進行真偽辨析，并在多節點達成共識后將學生信息掛到區塊鏈上。另外，區塊鏈提供了一套應用接口，以便應用層能夠在區塊鏈上實施數據的添加、查詢等操作。

（1）網絡層設計

本系統所設計的區塊鏈由三個部分組成：底層區塊鏈、節點管理與智能合約。底層區塊鏈層可以說是本系統的核心功能區，系統的運行維護，對數據的查詢都是基于該層提供支持。底層設計由共識協議、分布式記賬和賬本管理三部分組成。與區塊鏈最初的應用——比特幣，基于公有鏈技術的網絡挖掘與交易中的技術有所不同，本文設計的學生信息資源管理體系是基于私有區塊鏈技術的。分布式記賬是節點網絡中的每個節點在參與記錄的同時也來驗證其他節點記錄結果的正確性，得到全網認可后各節點網絡數據庫中的所有數據都實時更新并存放于所有參與記錄的網絡節點中。賬本存儲基于Hadoop環境下的HBase存儲優化技術，HBase是基于Hadoop平臺之上的一種分布式列式高維數據庫，可擴展性高、吞吐量大、容錯能力強、支持動態擴容、支持高并發高速讀寫，且可以根據業務需求方便地建立多級索引表，為檢索區塊鏈上的數據提供靈活的操作方式和良好的性能。節點管理目的在于節點在進入到私有鏈網絡中都必須經過節點注冊、身份認證、身份審核三個流程，這也保證了區塊鏈網絡的私有性和安全性。智能合約是系統根據事件描述信息中包含的觸發條件，當觸發條件滿足時，從智能合約自動發出預設的數據資源，以及包括觸發條件的事件。對外提供接收和處理各種智能合約的接口，通過HTTP請求協議或者命令行的方式實現區塊鏈網絡中智能合約的接收和動作的執行。

（2）應用層設計

應用層是用戶直接對區塊鏈數據進行操作的部分，實現雙方的友好交互。在這一部分，所有的用戶信息數據都會安全完整的存儲于區塊鏈上，并且用戶完全可以通過應用層實現對數據的查詢操作，并將交易數據以一種更加直觀便捷的方式提供給用戶。能夠在區塊鏈上高效、真實地錄入學生的基本信息，以及學分、成績、畢業證、獎學金、實踐活動等求學經歷的各類信息。同時為學生信息數據的需求方提供全文檢索功能，查詢出的信息攜帶區塊鏈特有屬性，以確保信息的真實性。應用層系統設計以B/S架構為基礎，后端服務采用JavaWeb技術開發，以SpringMVC、Hibernate為開發框架。前端表現層使用Html/Javascript/CSS等語言。應用層分為兩大部分——教務部門管理系統和學生信息登記與查詢系統。教務部門管理系統的形式并不唯一，根據不同的需求可以有相應的變化，其中主要包括數據錄入、數據的查詢更改和審核等。關于學生信息登記與查詢系統，學生與用人單位均可使用該系統進行信息的查詢。

4系統核心技術

（1）共識協議

共識協議是區塊鏈的核心基石，是區塊鏈系統安全性的重要保障。共識協議中還包括促使區塊鏈系統有效運轉的激勵機制，是區塊鏈建立信任的基礎。在比特幣網絡中采用了POW工作量證明共識機制，只有同時控制整個系統中超過51%的節點，才能對數據庫進行修改，否則單個節點上對數據庫的修改是無效的，也無法影響其他節點上的數據內容。所設計的學生信息資源管理體系與比特幣不同，是基于私有鏈的，沒有比特幣那種公有鏈網絡那么多的節點數量，無法使用傳統應用于比特幣中的共識協議，所以需要采用其他算法提高信任閾值。

（2）智能合約

智能合約是一種通過信息化傳播方式傳播、驗證或執行合同的計算機協議，本系統所設計的智能合約是節點用來與外部交互的接口。為保證智能合約可以在不同的環境下正常工作，減少讀取時的時間損耗，提高區塊鏈網絡的適用性，所以本系統的智能合約使用HBase數據庫。對于具體選擇哪一種協議取決于諸多因素，不同的智能合約承擔不同的功能，由共識協議進行同步。

（3）區塊鏈網絡層和應用層接口

為了滿足學校各個部門節點對信息的各項需求，本文設計了區塊鏈網絡層與應用層接口API。在進行學生信息錄入時，可能存在學校不同部門的數據結構各不相同的問題，而在本系統中，不同的部門節點只需調用API即可完成學生信息錄入工作。網絡層與應用接口層要不斷進行完善、豐富系統功能，從而提高區塊鏈網絡的安全。綜上所述，需要設計區塊鏈網絡層和應用層接口API。

5系統實現

本文設計的學生信息資源管理體系是以區塊鏈為基礎架構，應用交互層采用WEB應用方式實現，中間通過接口通信交互的多層級的綜合體系。其中區塊鏈底層以IBMHyperLedgerfabric技術為框架核心，采用私有鏈的設計模式，使用拜占庭容錯算法（PBFT）共識算法維護數據，保證每個節點都有一份完整的數據備份，所有節點的數據內容完全一致。數據存儲基于Hadoop環境下的HBase分布式存儲技術，是一個高可靠性、高性能、面向列、可伸縮的分布式存儲系統；應用交互層基于JAVAWEB語言開發，應用層包括兩個部分，服務器端和客戶端，服務器端采用了SpringMvc、hibernate技術框架開發，客戶端使用Freemarker、Bootstrap、JQuery前端框架實現；節點網絡層與應用層接口以HTTP請求為通訊方式提供接口API，使用restfulapi作為標準，數據交互格式為JSON格式。客戶端用戶的各種請求會發送至服務端接口接收，接口根據不同請求的類型進行轉發，如果需要訪問節點網絡，則將請求轉發至區塊鏈網絡層；如果需要進行學生數據的交互，則將請求轉發至應用層接口API。API再將節點網絡的返回值返回至服務器端，服務器端再發送至客戶端以展示反饋結果。私有鏈中各節點網絡為一臺CentOS7操作系統的PC機，每個節點登錄時均需完成節點的成員認證。當節點網絡需要增添新節點的時候，需要向成員管理節點發送認證請求，管理節點審核并通過請求后，新節點完成注冊后即可成節點網絡中的節點。每臺節點上會根據各自的需求運行不同的一個或多個智能合約。

6結語

本文設計了一種基于區塊鏈的學生信息資源管理體系。學校各個有關部門可以便捷的利用該系統對學生在校的日常行為以及學業狀態和參加的各項活動的獲獎情況進行記錄，從而達到對學生在校期間的信息全程記錄，極大地方便了學生、學校和企業三方對于信息的不同需求。由于采用了區塊鏈技術，由各節點自身進行維護，而且已經錄入系統的信息將不能被隨意篡改，任何對系統的操作都將留下記錄，進一步保障了信息的安全性。目前，區塊鏈技術在教育領域的發展尚未完善，還有很長的路要去探索，隨著研究的深入我們面臨的挑戰也會更多。有關深層的技術層面還需要進一步開發，使平臺在學生信息管理與實際應用方面更加人性化、智能化。但不可否認的是，從傳統的學校等教育機構到各大從事教育行業的商業機構，在了解到這項新技術之后，都對區塊鏈技術未來在教育領域的發展寄予厚望，紛紛加大研究力度，投入大量人力物力資源開展區塊鏈的創新應用，希望能帶來一場新的教育領域的變革。目前，區塊鏈技術還未大范圍應用在我們的日常生活中，在教育領域的應用也主要是基于區塊鏈技術的成績單、證書和學歷認證方面。本文設計的基于區塊鏈技術的學生信息資源管理體系為學生的職業生涯規劃、學校對學生的行為管理、用人單位招聘優秀人才提供了一個更加安全高效的平臺。

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作者:崔阿悅 朱聰惠 王星皓 單位:齊魯工業大學