基于区块链技术的数字教学资源溯源研究

王梦豪 曹蕾

摘   要：随着教育现代化工作的推进，数字教学资源的共建共享已大势所趋。其易传播、可复制、再编辑等特点，使其权属边界难定义、资源收益缺乏分配依据、维权监督难等问题成为共建共享过程中亟待解决的痛点。区块链技术去中心化、可追溯、不可篡改等特性，提供了一种新的解决思路。文章提出一种基于区块链技术的数字教学资源溯源管理系统架构，对其创作与流通过程进行溯源管理。其意义在于，通过引证规范，便于资源管理;提升“信息速度”，提高教学创新生产力;揭示教学活动的内在规律;形成良性发展、共赢生长的生态结构。从而促进数字教学资源的共建共享。

关键词：区块链;数字教学资源;溯源管理;共建共享

中图分类号：G40-057 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2019）15-0029-05

一、引言

随着信息技术的不断发展，教育资源共建共享成为当前社会发展的一大趋势。2019年2月23日中共中央国务院印发了《中国教育现代化2035》，明确提出推进教育现代化理念要“更加注重共建共享”。在战略任务中又谈到“创新教育服务业态，建立数字教育资源共建共享机制，完善利益分配机制、知识产权保护制度和新型教育服务监管制度”。[1]在教育资源共建共享建设中，数字教学资源首当其冲。

数字化教学资源是指经过数字化处理，可以在多媒体计算机及网络环境下，运用各种用于教与学活动的信息资源，具有多样性、共享性、双向互动性、内容再生性等特点。[2-4]数字教学资源的兴起，一方面打破了传统教学资源传播的局限，使其得到高效的利用。同时，源文件可以被压缩、转换，内容被修改或篡改等网络上各种形式的侵权现象屡见不鲜，使创作者的权益受到损失，极大伤害了创作者的积极性。如何将数字教学资源的创作与流通过程进行透明化、可监督化，对数字教学资源进行溯源管理，成为目前学者所要关注的问题。

区块链技术具有去中心化、数据可追溯、不可篡改等特征，为数字教学资源溯源问题提供了解决的可能。本文希望构建一个在《教育资源建设技术规范》（CELTS-41）引证规范的基础上，运用数据溯源理念，结合当下数字教学资源保护手段将区块链技术与数字教学资源相结合，构建出一种基于區块链技术的数字教学资源溯源管理系统架构。应用区块链等技术手段为数字教学资源的溯源管理提供一种解决思路，促进数字教学资源的共建共享。

二、区块链技术介绍及溯源原理

1.区块链技术介绍

区块链和机器学习被誉为未来10年内最有可能提高人类社会生产力的两大创新科技。[5]公认最早关于区块链的描述性文献是日本学者“中本聪”所撰写的文章《Bitcoin：A Peer-to Peer Electronic Cash System》。[6]但是这篇论文重点在于讨论比特币系统，并没有明确提出区块链的定义和概念。Wikipedia（维基百科）将区块链类比为一种分布式数据库技术，通过维护数据块的链式结构，可以维持持续增长的、不可篡改的数据记录。

可以理解为区块链是通过一整套技术组合而形成的一种数据的记录格式，与传统数据记录不同的是区块链将产生的数据按照一定的时间间隔分成一个个的数据块进行记录，然后再根据数据块的先后关系将其串联起来。

2.区块链溯源基本原理

区块链溯源是指利用区块链技术，通过其独特的不可篡改的分布式账本记录特性与其他溯源或产权认证技术相结合，对数字教学资源实现从数字教学资源库的获取、加工、使用、再加工、保存的全程可追溯。（见图1）

区块链利用时间戳、共识机制等技术手段实现了数据的不可篡改和追本溯源等功能，为数字教学资源的溯源管理系统架构的建立提供了技术支撑。[7]同时把第三方数字教学资源认证监督机构与资源使用者纳入系统架构中，打破了信息孤岛，在一定程度上实现了数字教学资源创作与流通过程的透明化、可监督化。

3.区块链溯源技术原理

区块链可以生成一套按照时间顺序记录、不可篡改的，可信任、自定脚本的数据库。[8]这套数据库是去中心化存储且数据安全能够得到有效保证。区块链溯源就是利用其去中心化、数据可追溯、不可篡改等特性，实现数字教学资源溯源管理的重要技术途径。

（1）“区块”+“链”=“时间戳”，实现数据可追溯，且不可篡改

在区块链技术中，区块是数据以电子记录的形式被永久存储下来，按时间顺序生成，将区块以链的方式组合在一起形成区块链，如图2所示。这样使每一次区块上记录的信息是上一个区块形成之后、该区块被创建之前发生的数据信息，这样就保证了数据库的完整性。在绝大多数情况下，一旦新区块完成被加入到区块链后，则该区块的数据记录就无法被改变或删除。保证了数据库的严谨性和真实性，即无法被篡改。

将数字教学资源创作与流通过程的信息以区块的形式打包上传至区块链数据库中。运用“时间戳”确定数字教学资源的产权、交易、使用记录等。第三方数字教学资源认证监督机构能够通过数据库的信息做出判断，核实产权信息、认证优质教学资源，进而保护资源创作者的合法权益。

（2）分布式结构，实现去中心化，信息受多方监管

目前社会存储信息的方式都是存储在中央服务器上。中心节点存在篡改数据、造假的可能。[9]但是区块链结构设计是通过构建一整套协议机制，把数据存储在每一个参与数据交易的节点上，且参与节点都会记录结果并进行验证，保证存储数据受到多方节点的监督，保证了上链信息的真实性。

运用分布式结构，使数字教学资源创作与流通过程受到全网使用者的监督，防止资源使用者伪造、篡改产权等行为的发生。并且分布式结构可以减少产权认证时间，创作者上传引证规范的数字教学资源，节点广播后打包形成区块记录到数据库中，即完成了数字教学资源的确权。减少产权认证的流程，提高数字教学资源认证效率以达到“上传”及“确权”的效果。

（3）非对称加密算法，保证了链上信息的安全

在区块链系统中，非对称加密算法是所有权验证机制的基础。[10]非对称密钥也叫公开密钥加密，它是用两个数学相关的密钥对信息进行编码加密。在此系统中，其中一个密钥叫公开密钥，用于对信息加密，可随意发给期望同密钥持有者进行安全通信的人。第二个密钥是私有密钥，属于密钥持有者，并且要仔细保存私有密钥。密钥持有者用私有密钥对收到的信息进行解密，传输信息的一方可以用来对明文进行加密，密文只能由私钥进行解密。非对称加密主要基于运算的不可逆原理，大大提高了信息传输的安全性。

版权交易双方可以运用非对称加密算法更好地保护版权交易过程，更好地维护自身权益。创作者用版权购买方的公钥对将所要交易的数字教学资源进行加密发送，购买方收到加密数据后，用私有密钥进行解密即可拿到交易的数字教学资源，从而杜绝数字教学资源被第三者得到。非对称加密算法为数字教学资源创作与流通过程中的版权交易提供了安全性的解决方案，使交易双方利益得到最大保障。

（4）智能合约，自定程序规则，便于信息管理

区块链技术允许使用者自行编写一定的程序规则，部署到区块链中，而这些程序规则被称为“智能合约”。智能合约可以定义完成特定活动所需要满足的条件，如果未能达到条件即交易无法进行。通过智能合约扩展了区块链的功能，使其不仅仅应用于金融领域中。

在智能合约技术下，资源创作者可以自行编写一组程序规则部署到区块链上。当达到预先设定的规则后，便可自动完成数字教学资源的确权、授权、对全网侵权行为进行监督和处理，完成各类版权交易。整个过程无需中介，不仅减少了版权的交易成本，还能实现数字教学资源版权内容访问、分发、获利管理等流程的自动化、智能化和透明化。

三、基于区块链技术的数字教学资源溯源管理设计框架和系统架构

1.基于区块链技术的数字教学资源溯源管理设计框架

基于区块链技术的数字教学资源溯源管理设计框架如图3所示。将数字教学资源的创作与流通过程中产生的数据信息进行上链处理。在教学资源数据库中运用标注法、工作日志法、反向查询法、数据溯源技术、可逆信息隐藏技术、电子取证技术等一系列技术手段将上传的数字教学资源进行处理。引入第三方数字教学资源认证监督机构，对其进行核实并将优质资源的认证过程纳入到系统架构中，打破传统数字教学资源创作与流通过程中的信息孤岛。对数字教学资源溯源数据进行量化分析，揭示教学信息运动与科学活动的内在规律，从而更好地为使用者服务。

数字教学资源在创作与流通过程中应遵循教育部教育信息化技术标准委员会发布的《教育资源建设技术规范》（CELTS-41）引证标准。结合目前数据溯源技术和可逆信息隐藏技术将版权信息按一定的编码或加密算法嵌入到数字教学资源载体中，让其具有可逆追溯特征，为数字教学资源溯源确认提供了有效的技术手段与确权方法。并且引进第三方数字教学资源认证监督机构，使用信息确权的电子取证技术对上传的教学资源加盖特定的存证戳，使上传的数字教学资源形成的时间和来源信息固定化。起到核实数字教学资源的产权信息、认证优质的数字教学资源的作用，为数字教学资源与创作者之间的权属关系提供证明。

应用区块链技术的去中心化、分布式存储、非对称加密算法、智能合约等特征将教学资源进行上链管理。明确记录每一项数字教学资源的创作与流通过程，并且对每一次的资源版权交易进行合理分配，从而保证教学资源创作者的利益不受损失。同时使用者可以上传自己的教学资源并进行比对，进行侵权检测和溯源查询。从而减少传统确权的时间和流程，便于数字教学资源的溯源和管理。

2.基于区块链技术的数字教学资源溯源管理系统架构

基于区块链技术的数字教学资源溯源管理的系统架构分为两大部分（见图4）：一是底层的区块链平台，二是协议层、拓展层和应用层。

区块链底层平台提供数字教学资源数据库维护、分布式账本的维护、智能合约的生命周期管理等区块链功能，实现数字教学资源数据的不可篡改和智能合约的业务逻辑。

协议层是整个技术架构的基础，它提供了数字教学资源存储渠道，构建了网络环境、资源交易通道，制定了节点奖励规则等。运用标注法、工作日志法、反向查询法、数据溯源技术、可逆信息隐藏技术、电子取证技术等为数字教学资源创作与流通过程中的溯源管理提供技术支撑，保障整个架构的运行。

拓展层由教学资源流通的业务逻辑与区块链技术的共识机制共同构建，引进第三方数字教学资源认证监督机构，建立了账户中心、教学资源产权登记、优质教学资源认证、教学资源交易、支付系统等，通过智能合约实现教學资源溯源的查询、版权交易、侵权检测等功能。

应用层，即面向个人和机构，为使用者提供注册登录、实名认证、个人中心、教学资源管理、产权维护、维权取证等功能。使用者可以对上传的教学资源进行溯源和管理，进而维护自身合法权益。

四、基于区块链技术的数字教学资源溯源管理的意义

1.通过对数字教学资源的引证进行规范，便于数字教学资源的管理

随着新兴网络技术的发展，提高了数字教学资源的传播速度，降低了传播成本。但是传统数字教学资源管理体系确权周期长、资源管理成本高、维权手段单一等已经无法适应当前时代的快速发展。[11]对于数字教学资源引证进行规范化管理必将成为未来教育工作者面临和解决的问题。通过区块链技术搭建的数字教学资源溯源管理系统架构，对全网数字教学资源获取、加工、使用、再加工、保存的全过程进行溯源和管理。能够使数字教学资源的确权流程简单，达到“上传”及“确权”，通过溯源比较分析对维权进行取证，达到“侵权有依”等效果，从而降低管理成本、避免版权交易纠纷、提高管理效率。

2.可以提升“信息速度”，进而提高教学创新生产力

教学工作者在阅读和使用数字教学资源的同时，能够访问到该教学资源的原始数据甚至整个教学资源的创作与流通过程。能够从数据开始找到与之相关的所有资料，帮助教学工作者更好地了解和再编辑。基于区块链技术的教学资源溯源管理可以将原始数据和研究创新过程完整记录下来，用户可以便捷地查询相关信息，提升“信息速度”（information velocity）[12]，进而提高教学创新生产力。

3.揭示教学信息流通与科学活动的内在规律

对于科学研究而言，为了确保科学研究的科学性和考证性，需要创作者对参考来源信息进行明确标注，对使用方法和数据进行透明化。教学资源的创新也应该在原有资源的基础上进行加工和突破。运用区块链技术对数字教学资源创作与流通过程进行记录，为其溯源提供了有力的支持，推动相应的科学研究创新。同时，通过对数字教学资源溯源数据的量化分析，能够为评估创作者对教学研究、教学评价、教学激励等方面提供一定的数据参考。

4.形成良性发展、共赢生长的生态结构

基于区块链技术的数字教学资源溯源管理与数字教学资源数据库密切相关，会形成一种如图5所示的良性发展、共赢生长的生态结构。数字教学资源数据库越丰富，就会使溯源更加准确;溯源更加准确，就会更好地保护创作者的权益;更好地保护权益就会吸引更多的教学资源创作者;创作者越多，数字教学资源的使用和引证会更加规范;数字教学资源的使用和引证的规范会溯源出更多的教学资源，来丰富教学资源数据库。

应用区块链技术对数字教学资源进行溯源管理，能够形成一种良性发展、共赢生长的生态结构。使用者可以查询到教学资源的创作过程，创作者能够清楚地了解教学资源的流通情况。根据智能合约自动检测所属版权交易过程，保护教学资源创作者的实际利益，使教学资源创作者的权益受到更好的保护，激发创作热情，促使资源创作者创造出更多、更优质的数字教学资源。从而完善数字教学资源的利益分配、数字教学资源的知识产权保护、教育资源服务管理及检测体系，建立数字教学资源的共建共享机制。

五、结语

区块链技术的发展并不会直接对生产力形成大幅提升，而是对于生产关系给予重构。就区块链技术发展前景来看，在行业中应用区块链技术势在必行。随着自身技术的不断成熟和发展，区块链技术也从最原始的金融服务领域扩展到医疗、文化等社会的各个领域。我国《“十三五”国家信息化规划》中，明确提出要加强与区块链等新兴技术相关的基础研发和科研工作，提前布局区块链技术在各个领域的应用发展。[13]新媒体联盟发布的《2019年地平线报告》（高等教育版）中将区块链作为面向高等教育的重要教育技术进展之一。

因此，教育行业更应该提前布局、积极合作，加强对区块链技术的创新、试验和应用。将区块链技术与数字教学资源的溯源相结合，提出一种基于区块链技术的数字教学资源溯源管理系统架构，从而对教学资源创作与流通过程进行规范和记录。从而便于数字教学资源的溯源和管理，对推动数字教学资源共建共享有着深刻的意义。

参考文献：

[1]中共中央、国务院印发《中国教育现代化2035》[DB/OL]. http：//www.gov.cn/zhengce/2019-02/23/content_5367987.htm.

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[3]李克东.数字化学习（下）——信息技术与课程整合的核心[J].电化教育研究，2001（9）：18-22.

[4]中央电化教育馆组编.何克抗主编.教育技术培训课程[M].北京：高等教育出版社，2007.10.

[5]杨保华，陈昌.区块链原理、设计与应用[M].北京：机械工业出版社，2017.8.

[6]Satoshi Nakamoto.Bitcoin：A peer-to-peer electronic cash system[EB/OL]. http：//xueshu.baidu.com/usercenter/paper/show？paperid=1fe422e1ba8443abec8ef2ffea45 ac97&site=xueshu_se.

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[9]宫晓林，杨望，曲双石.区块链的技术原理及其在金融领域的应用[J].国际金融，2017（2）：46-54.

[10]陈涛，马敏，徐晓林.区块链在智慧城市信息共享与使用中的应用研究[J].电子政务，2018（7）：28-37.

[11]冯永，钟将，叶春晓，吴中福.海量数字教育资源管理和共享的云服务模型研究[J].中国电化教育，2013（5）：117-123.

[12]Jim G.OneScience—A transformed scientific method[C].Tony H，StewartT，KirstinT.The Fourth Paradigm：DataintensiveScientificDiscovery.Redmond，WA： Microsoft Research，2009： 19-33.

[13]国发[2016]73号.国务院关于印发“十三五”国家信息化规划的通知[Z].

（编辑：王天鹏）