热技术下的冷思考:区块链在教育领域应用的理性审视

□ 朱 祎

随着比特币(Bitcoin)的快速发展，区块链技术(Blockchain)作为其底层支撑技术，被普遍认为是一项具有颠覆性的信息技术，并将推动全球范围内的相关产业变革。

2016年以来，多个国际组织和国家相继发布报告探讨区块链可能带来的影响。联合国社会发展研究所的报告指出，区块链技术具有促进大规模合作(cooperation at scale)的潜力。[1]国际货币基金组织的报告认为，相比虚拟货币，区块链技术将会带来更大的影响。[2]英国政府首席科学顾问(Chief Scientific Adviser)建议政府可应用区块链技术中的分布式账本技术来提升公共服务的效率。[3]日本产业经济省报告指出，区块链技术具有广泛地改造社会体系的潜力，并预测2025年之后区块链技术将会成为一种主流技术。[4-5]美国政府的多个部门已经开始探索应用区块链技术来改进数据管理方式，提升数据安全性。[6]

在我国，2016 年国务院发布的《“十三五”国家信息化规划》将区块链技术定位为“战略性前沿技术”，要求进行超前布局。[7]同年10月，工信部提出了我国区块链技术发展路线图和标准化路线图等相关建议。[8]2018年，工信部提出要持续推进区块链的领域标准研制工作，并提交国际标准提案。[9]2019年，中共中央总书记习近平也指出：“要把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口……加快推动区块链技术和产业创新发展。”[10]

随着区块链技术受到越来越多的关注，我国教育界也开始积极探讨区块链技术在教育领域的应用。在中国知网以“区块链”作为关键词搜索教育类期刊论文，共检索到文献262篇，最早的一篇论文发表于2016年，文中提出了基于区块链的众筹重构教育概念[11]。其后，相关研究开始大量出现，2019年共发表论文141篇，相比2016年的12篇增长了11.75倍，如图1所示。

图1 CNKI相关期刊文献数量

作为一种前沿性技术，区块链技术尚在快速发展之中，其实际应用也在探索过程之中。目前，国内对区块链应用在教育领域的研究主要集中在展望与规划方面，有研究认为区块链技术可以完善知识产权保护[12]，解决全球性学历造假难题，构建远程学习支持服务新模式[13]，将其与智慧机器人技术相结合能提升深度个性化学习效果，甚至能“形成全民参与、协同建设的一体化教育系统”，推动教育公平[14]。可见，大部分学者对区块链技术在教育领域的应用表现出乐观而美好的期盼，提出了很多有益的思路和方向，研究从微观层面的教育信息认证、中观层面的学习平台打造，到宏观层面的“自运行”教育系统的构建，涵盖面非常广泛。但是，综合这些研究却不禁让人感觉到一丝困惑，在学者们提出的应用领域中，区块链技术是否具备良好的适应性？是否能够切实解决我们所面临的问题，进而对教育领域产生全面而深远的影响？回答这些问题需要我们审慎而理性的思考。

从技术发展史来看，大部分新技术的应用都经历了热潮期、低谷期，然后达到最终成熟期的发展模式。在区块链技术的发展初期，我们既不能低估其可能带来的深远性影响，也不能过于乐观地夸大尚未出现的颠覆性作用，而是需要深入剖析区块链技术的特点，理性审视其在教育领域的适用性，以期能真正解决教育所面临的难题，促进教育研究与实践在信息时代的健康发展。

一、设计理念及适应性分析

2008年，学者“中本聪”(Satoshi Nakamoto)在密码学邮件列表(Cryptography Mailing List)中发表了题为《比特币:一种点对点电子现金系统》(Bitcoin:A Peer-to-Peer Electronic Cash System)的论文，其目的是为了设计一种基于密码学原理而不是信任体系的电子支付系统，该系统允许交易双方直接交易而无需一个可信任的第三方。“中本聪”提出了一种通过点对点、分布式的时间戳服务器来生成时序记录的电子交易证明，从而解决双重支付问题的方案。[15]简单地说，这就是区块链技术。限于篇幅原因，本文主要对其设计理念进行详细剖析。

首先，区块链技术的设计初衷和目标是：无需可信任第三方就能进行虚拟货币交易(数据交换)。这意味着，区块链技术设定了一个前提，即参与数据交换的人与人之间、人与机构之间、机构与机构之间都是不可信的，需要设计出一系列复杂的方法和算法来解决信任度的问题。

因为没有一个机构和参与者是可信的，所以数据不能集中放在一个或者几个机构的服务器上，必须放在每一个参与机构和每一名参与者的计算机中，每一个参与交易的机构或者参与者都保存一份完整的、相同的数据。这就是“去中心化”，其设计的目的是防止某一个或几个机构或者参与者独占数据的管理权限。

由于数据是分布式存放的，当需要添加一条数据时，就必须全网广播，由发起人通告所有数据持有者，告知所有人要在本地数据库中添加记录，在通过某种算法获得超过所有持有者的添加确认之后，这条数据才能被添加进区块链中。假如存在数据不一致的情况，那么就需要启动一个所有数据持有者都参与的投票机制，以某种算法来确定数据的一致性，这就是集体维护的“共识机制”。假如有黑客想篡改数据，由于有共识算法的存在，黑客需要篡改一半以上CPU算力的参与者在其本地保存的数据才能达到目的，显然在参与者人数众多的互联网环境中，要具有这样的能力几乎是不可能的。

为了进一步消减数据被篡改的可能性，“中本聪”给数据增加了一个时间维度，即数据只能按照时间戳的顺序单向添加，无法删除和修改。区块之间采用链式方式串联在一起，子区块中还保存着父区块的哈希值，区块之间环环相扣。这个设计使得数据无法修改，且具有“可追溯性”。

为了防止参与者否认交易行为，区块链技术采用了非对称加密算法和哈希算法。所谓非对称是指加密用的密钥和相对应的解密密钥是不一样的，使用非对称加密算法的时候先产生两个密钥，一个密钥对所有人公开叫作公钥，另一个密钥由用户自行保存叫作私钥。用公钥加密之后的密文只能由私钥才能解密，用私钥加密之后的密文只能由公钥才能解密。

当一个数据需要加入区块链中，首先使用哈希算法算出数据的具有唯一性、不可逆的哈希值，就像生成了这段数据的指纹，然后使用私钥进行加密，将密文加入区块链中。这样，只要用这个参与者的公钥解密这个密文，再与数据的指纹和时间戳进行比对，就能够判断是否是这个参与者提交的数据。这一系列算法，保证了不可否认性和不可伪造性。这个方式还有一个好处，就是在保证匿名的前提下，来证明某人的身份。比如，至今人们还不知道“中本聪”到底是谁，尽管不断有人声称自己是“中本聪”，不过很快就被戳穿，因为验明正身的方法非常简单，那就是“中本聪”用自己的私钥加密一段文字，所有人只有用“中本聪”的公钥才能解密。

区块链技术采用了一系列新技术，成功解决了信任度的问题，具有“高度信任”性。当然，其代价是牺牲了效率和存储空间，相比集中式存储方案，分布式数据库添加数据的效率偏低，查询速度要相差几个数量级，数据不能被修改或删除。此外，分布式数据库还需要浪费更多存储空间，参与者越多，数据的副本就越多，需要的存储空间就越大。

综上所述，区块链技术适用那些存在信任度危机的场景，其具有如下特征：第一，系统中不存在一个至高无上的管理者，没有一个具有绝对管理权的角色来统一管理和维护数据，即去中心化。第二，特征数据对所有参与者公开，所有参与者都能直接访问数据，即共识机制。第三，数据只能被单向添加，不能被删除或者修改，即可追溯性。第四，数据写入的并发性能要求不高，对存储空间浪费不敏感，即高冗余性。

二、在教育领域应用前景的理性审视

1.应用领域的适用性审视

如前所述，区块链技术除了众所周知的主要特征，即去中心化、共识机制、可追溯性和高冗余性之外，在实际应用中，还具有数据公开性、只读性和低并发性等不同于中心化解决方案的特点。所以，要将区块链技术应用到教育领域，我们不能仅仅停留在以上四个主要特征上，还需要结合实际考虑其他特点，以理性和审慎的态度去分析区块链技术在教育领域的适用性。

对于我国来说，由于诚信体系并未构建成熟，学历证书尤其是高等教育学历证书的真伪验证成为一大社会难题。[16]从2001年起，教育部开始实施高等教育学历证书电子注册制度，“中国高等教育学生信息网”(http:∥www．chsi.com.cn，简称“学信网”)成为我国高等教育学历证书查询的权威网站，成功地解决了高等教育学历证书真伪的验证难题。[17]从技术角度来说，这是一个典型的中心化解决方案，数据集中存放，所有人都信任权威数据源提供的信息。

我国的学历教育管理体系早已建立了一整套规范而严格的审批制度，来确保设立教育机构的正规性和权威性，从信任度角度来说，公办的或是民办的中小学、大学都具备较高的可信度。这不是一个完全缺乏可信度的环境，如果使用区块链技术，其合理性不高，存在过度应用，甚至带来信息泄漏等负面作用。除学信网之外，各学历教育机构在其官网上提供一个简单的证书查询服务，也同样可以解决证书真伪性的辨识问题。

这个案例说明，在很多局部缺乏信任的教育场景里，如果存在一个可信的权威，那么中心化的解决方案往往更加合理、高效、简单，引入区块链技术的必要性和可行性并不高。从设计理念和适用性来考量，区块链技术更加适用于缺乏权威管理角色，值得牺牲效率和存储空间，来解决信任度问题的教育场景。

2.应用方式探析

那么，区块链技术该如何在教育领域应用呢？笔者以为至少可以有两种应用方式，即全面应用方式和部分应用方式。

(1)全面应用方式

全面应用方式要求教育场景具备这样两个特点：首先，它是一个非中心化、分布式体系；其次，存在信任度难题。经过分析，笔者以为学分银行符合这两个特点，完全适用该方式。

学分银行正处于探索的瓶颈期，它作为构建学习型社会的一个重要支撑，是学习成果认证、存储和转换的“立交桥”，其主要目标是为了促进各级各类教育的纵向衔接与横向沟通，拓宽正式学习、非正规与非正式学习的途径和渠道，满足现代人个性化与多样性的学习需求，推动学习型社会的建设。自2011年开始，学分银行不仅成为学术界研究的热点，也成为政府、院校在终身教育领域的实践重点，全国多个省市相继建立学分银行。

经过几年的实践，学分银行的“立交桥”作用似乎并没有充分发挥出来，其建设并非如当初预想的那么顺利，在运作过程中遇到了种种困境。

首先，作为一项具有探索性的新生事物，各省市创建的学分银行模式各异、彼此独立，各区域性学分银行为实现其实践需求，制定了所面向教育领域的学分认定和转换框架标准。多主体运作导致的多样性，使得数据交换存在障碍和难度。[18]其次，对学习成果认定和存储同时存在无需认定和无法认定的窘境。目前，学分银行的实践更加关注于正式学习成果的存储和认定，但是由于正式学习成果完全可以由相关院校或者教育部提供认定，所以实践中的集中存储需求和转换需求都不高。[19]同时受限于鉴定识别技术，学分银行还无法有效认定和存储终身学习中广泛存在的非正规、非正式学习成果，这类学习成果认证亟待解决。[20]最后，作为学习成果认定的主体，存在合法性的迷思。学分银行不是教学主体，无权制定人才培养方案或者课程体系，也没有颁证发证的权力，其学习成果认定权是否具有合法性，这个问题在法律界、学术界还存在争论。[24]

要解决学分银行所面临的困境，除了需要在理论、政策上进行进一步的探索和扶持之外，在技术上，区块链技术恰好是一个解决其发展困境的有效技术方案，如图2所示。

图2 学分银行体系运用区块链技术示意图

第一，区块链技术最显著的特点是“去中心化”，而国内现有的各类学分银行相互独立、模式各异，已经自然形成了一个典型的非中心化的体系。运用区块链的分布式存储技术，将所有学分银行都维护同一个主链，区块链数据在它们之间互为备份存储，既保证了数据的安全性、完整性，又轻松实现了数据的共享互通。

第二，区块链技术天生就是面向最终用户的技术，能方便而简洁地解决非正规、非正式学习成果的认定难题。学习者学习经历和学习成果的认定，由教育机构和学习者共同完成之后可即时添加到区块链中，具体过程如图3所示。

图3 非正式学习成果加入区块链的流程图

第三，学分银行在对各类教育机构进行认证之后，可以生成并发放各教育机构的密钥，提供用于验证证书有效性的公钥集中查询，通过技术手段实现对各类教育机构的认定与信息公开。

第四，第三方机构只需两步，即可自行完成对学习者学习成果的真伪验证。第一步，访问学分银行获取教育机构的公钥，完成教育机构的信息真伪的验证。第二步，在区块链中查询相关数据，使用学习者和教育机构的公钥进行真伪验证。之后的学分转换则由第三方机构自行完成，整个过程无需学分银行参与，具体过程如图4所示。

图4 对学习成果进行验证的流程图

可见，运用区块链技术克服了各学分银行间数据交换的障碍，解决了非正式学习成果认证的难题，规避了学分银行认证权的合法性迷思。

(2)部分应用方式

如上分析，在绝大部分教育场景中，并不完全缺乏信任度，往往是某些环节、局部在一定程度上需要增加信任度，来更加方便验证真伪，所以，部分应用方式将是区块链技术在教育领域的应用常态。

如，数字学习证书。在教育领域，各种各类成果证书真伪的验证一直是一个难题。因为数字时代纸质证书的仿制变得异常简单、容易，而各教育机构仍然拘泥于传统思路和手段，单纯发放纸质证书，造成证书真伪难辨。发放基于非对称加密算法和哈希算法的数字学习证书(digital credential)，是有效解决的手段之一，也是改革的方向。

每所教育机构都生成自己的公钥和私钥，私钥自行保存，公钥向公众公开。发放各类成果证书时，首先使用私钥进行加密，然后，在各类成果证书中附上密文，第三方在进行证书验证时只要通过教育机构公开的公钥对这段密文进行解密，即可验证成果证书的真伪。由于数字证书是可以逐级验证授权，即教育主管部门可以生成并下发二级证书给所属教育机构，所以，数字证书还能同时起到对教育机构资质的验证作用。

目前，很多高校在区块链技术应用方面的探索大多集中在数字学习证书方面，比如英国开放大学的知识媒体研究所(Knowledge Media Institute)推出的OpenBlockChain系统、麻省理工学院的媒体实验室(The MIT Media Lab)研发的学习证书平台Blockcerts、美国Mozilla基金会提出的“开放勋章”框架(Open Badges Infrastructure)，这些系统在本质上都是利用非对称加密技术来解决学习成果证书的可信度问题。

又如，时间指纹。区块链技术通过增加时间维度和数据指纹的链式存储的结合来实现数据的不可修改性和操作的可追溯性，这种技术叫作时间指纹技术。在教育领域，可以运用时间指纹技术来保证学习者学习过程数据的确定性。在教育实践中，为了避免一次性期末考试带来的弊端，越来越多的学校采用形成性考核(Formative Assessment)的方式对学习者学习过程进行全面测评。但由于形成性考核的时间跨度较长，考核次数较多，考核方式多样，所以往往存在数据收集困难、考核结果易被篡改等问题。将时间指纹技术引入形成性考核中，将学生的考核结果以链式方式存储，就能进一步保证形成性考核结果的有效性和准确性。

三、对教育领域影响的展望

单纯从技术角度来看，区块链技术是一个诸多成熟技术的混搭体，而不是一个完全创新性的技术。但从设计理念来看，区块链技术却独树一帜，拥有着极其深远的影响。在经济全球化、信息数字化时代，人类社会面临着一系列的挑战，如何跨越国别界限实现货币的自由流转？如何解决虚拟世界中存在的信任危机？如何改变人类社会的固有模式以适应数字时代的新需求？区块链技术正是尝试应对这些挑战的方法之一，其吸引全球瞩目的原因在于对数字时代的洞见，以完全打破传统货币数字化的思维方式，提出了一个完全符合全球化时代、数字化时代需求的“去中心化”解决方案。

那么，如何看待区块链技术对教育领域的影响？笔者以为，如果仅以一种技术来看待区块链，那么这个技术对教育领域的影响将是局部的、微观的。如果以一种理念来看待区块链，那么这个技术对教育领域的影响将是深刻的、久远的。

进入21世纪，人类社会全面进入信息时代，知识大爆炸，终身学习成为所有人的需求。在工业社会构建的教育体系中，教育和学习拘泥于校园中、限定在课堂上，进行面对面的知识传授，这已经不能适应个体随时随地进行学习的需求。在线教育、开放式课程(OCW)、在线资源库、MOOC等教育新形态的提出正是人们应用信息技术试图打破传统教育机构的地域局限，适应数字化时代，满足学习者知识渴求的一系列探索。同时，越来越多新的学习方式，如自主学习、适应性学习、移动学习、泛在学习、智慧学习等涌现，使得社会成员的学习更加碎片化、个性化、终身化。

然而一个不容否认的事实是，信息时代的学习方式、学习过程、学习形态已经发生变化，但学习成果的认证仍然保持传统的方式——以限定于某一正式教育机构的、阶段性学习的文凭为主，学分银行的出现在某种程度上是为了解决了这一问题。但在学分银行建设实践中，仍然试图采用传统的思维方式来解决一个全新的问题，寄希望构建一个强大且巨大的“中心体”来存储和认定所有学习者的所有正式、非正规、非正式学习成果。这个“中心体”希望拥有所辖范围内所有学习者的个人信息和学习成果记录，对所有学习成果的层次和质量进行权威性认定，指导规范所有学习成果之间的相互转换。在学历教育领域，具备政府强有力信用背书的学信网就是这样的一个“中心体”，保存了全国所有高校学历教育信息，其权威性甚至超越了颁发证书的高校本身。学分银行建设理应不同于学信网，就区块链技术应用于学习成果的认证而言，我们需要对学分银行的建设思路深入反思。

学分银行所面对的是时间碎片化、内容碎片化、地点碎片化、成果碎片化的终身学习，对学习成果的认证还沿用传统“中心化”的思维方式，这显然会遇到巨大的困难。这不仅仅体现在需要存储数据的巨量化，最关键的在于学习形式、学习成果的变动性和不确定性。可见，学分银行在探索过程中所面临困境的根本性原因是理念上的冲突，这也同样是保持着工业时代特性的教育体系与信息时代学习需求之间的根本性冲突。

秉承着区块链技术的设计理念，我们将人们贯穿终生的学习过程看作一条基于时间的、只能单向添加的学习链。学习链的主体是每一名学习者，而不是教育机构，每完成一次学习(正式或非正式学习)都由学习者、教育机构或教师共同确认后生成一张数字学习证书，然后加入学习者的学习链中。这样自然就形成一个“去中心化”的学习社区，学习可以随时发生、即时记录，对学习者知识、能力的评价也由原先的阶段性证书的评价，变成对整个学习过程、学习经历的评价，学习真正成为一种普遍的生活方式和生存状态。

信息技术对于教育的改革常常起到促进作用，所以当一个新技术出现的时候，教育界总是热衷于讨论与展望新技术可能带来的影响。但是当我们回顾这些年技术发展的路线，却不得不承认，技术对于教育机构的影响力并未像我们想象的、期盼的那么迅猛，它们往往对教育产生意想不到的深远的影响。回望被誉为MOOC元年的2012年，几乎一夜之间所有人都在惊呼MOOC将改变大学[22]，8年过去了，尽管MOOC网站越来越多，在线课程也越来越多，但大学似乎还是老样子，并没有彻底改变。不过，随着MOOC的流行，当人们需要学习知识时，第一选择已经不再是在校上课，而是上网观看各种教学视频进行在线学习。MOOC没有改变大学，MOOC改变的是知识的供给方式和人们的学习方式。

同样，区块链技术中真正有价值的，可能在于其基于数字时代的“去中心化”的全新理念，通过改变学习成果的存储方式为切入点，适应数字学习的新形态、新方式，进而带来整个教育领域供求关系的变化，最终促进教育体系从工业时代向数字时代的全面转型。

四、总结

目前，区块链技术已经成为世人瞩目的热点。在教育界，学者们已经积极开展区块链技术在教育领域的应用研究。笔者在详细剖析区块链技术设计理念的基础上，指出区块链技术的核心思想是为了解决信任危机问题，通过引入分布式数据库、使用非对称加密算法、增加时间维度、牺牲读写效率和占用额外存储空间等一系列方式，来保证整体信任度。

在大部分教育领域中，由于具备较高的信任度，所以区块链技术相比中心化的解决方案并不具备更多的优势。结合实际适用场景，笔者提出全面应用方式(如学分银行)和部分应用方式(如数字学习证书)，以最大限度地发挥区块链技术的优势。区块链技术的真正价值在于其对数字时代的洞见，打破传统“中心化”的思维方式，最终促进教育体系从工业时代向数字时代的全面转型。