基于区块链技术建立高职院校学生学习历程档案的研究

朱娟玉

摘要：目前在高职院校中学生学习历程档案的建立过程中仍然存在着集中主导、易造假、不够安全可靠等问题。本文研究利用区块链技术分布式、去中心化、可信任，透明性、不可篡改、时间戳等良好的技术特性解决上述问题，使基于区块链技术建立的高职院校学生学习历程档案更加客观有效、安全可靠，数据稳定性更好。

关键词：区块链;去中心化;不可篡改;学习历程档案

中图分类号：G647.24;G270.7 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）09-0198-03

1 本文研究的科学依据和意义

1.1 科学意义和应用前景

区块链（Blockchain）的概念源于数字货币——比特币，它的特点是利用在网络中分布式记录与存储，不依赖中心机构的管理，这是一种利用区块以链的方式组合在一起的新型数据结构。以区块记录待处理的交易信息是根照时间的先后秩序生成的，组成部分是区块头和区块主体，区块头的作用是通过主链连接到下一个区块，区块主体作用是存储数据信息。系统会在区块和链形成时自动生成时间戳，并为数据信息打上时间标签，达到不可篡改而且不同数据库都可提取数据信息的目的，这是区块链数据库的一大创新点。从应用方面看，区块链是一个分布式的共享账本和数据库，具有去中心化、不可篡改、全程留痕、可以追溯、集体维护、公开透明等特点。这些特点保证了区块链的真实与透明，为区块链创造信任奠定基础。而区块链能在多区域进行应用，主要是基于区块链能够解决多方面信息不对称的问题，以实现多个主体间的相互信任与行动相一致。

1.2 国内外研究动态

从2016年起，美国、英国、日本等发达国家成立了区块链发展联盟，相继将区块链技术上升到国家战略层面。欧盟在2018年2月已成立欧洲区块链观察论坛，中欧在区块链产业政策中逐渐引领全球。在我国，国务院印发《“十三五”国家信息化规划》，区块链与大数据、人工智能、機器深度学习等新技术，成为国家布局重点[1]。2017年10月，工信部颁布《中国区块链技术和应用发展白皮书》，指出：“区块链系统的透明化、数据不可篡改等特征，完全适用于学生征信管理、升学就业、学术、资质证明、产学合作等方面，对教育就业的健康发展具有重要的价值”。这是我国首个落地的区块链官方指导文件。国家互联网信息办公室2019年1月10日发布《区块链信息服务管理规定》，自2019年2月15日起施行。目前，关于区块链技术各行业都开始关注，而且在利用该技术解决行业出现的难题中努力探索，并进一步促进行业创新发展。随着区块链技术的逐步完善以及应用领域不断拓展，国际上一些教育机构和学者开始关注并探讨区块链技术在教育领域的应用。比如，享誉全球的美国麻省理工学院媒体实验室已利用区块链技术颁发数字证书和数字币，以认可加入其全球研究伙伴计划的各行业人才;霍博顿软件工程学院从2017年开始利用区块链技术授予学习认证;塞浦路斯尼科西亚大学使用区块链技术追踪、记录学生的学习过程和结果等等。北京邮电大学李青教授指出，区块链技术在教育领域具有较大的应用潜力，有助于打造更加开放和更具公信力的教育系统。“区块链+”教育的应用也在不断发展。

1.3 研究依据

高职院校学生学习历程档案可以有个人学籍信息、学习程度、学习成绩、学生行为日常考核、社会实践教育活动、参加的各类等级认证和毕业前的顶岗实习等组成。但在平时的记录中可能存在容易被修改，过程不够多元和透明问题，更甚至有造假行为。而通过区块链的分布式、去中心化、透明性、不可篡改、时间戳等特点可以完整地记录，这些信息将如身份证一样，作为个人的评判依据。另外还能对学生的非在校的学习进行记录，包括学生平时的日常表现、参加各类竞赛、各项培训、自学、实习与社会活动，也能成为记录的内容。平时记录学生对知识和相关专业技术的学习进度和掌握程度，这些记录情况都将成为学生的资质证明，最后可以总体评价每位学生的综合素质。基于区块链技术的学生学习历程管理将有助于学校、教师、学生个人及其父母全面了解并管理学生的信息，从而更中有针对性地改善学习绩效，同时也有助于企业雇佣到与企业契合度最高的员工。

1.4 特色与创新

利用区块链的分布式、去中心化、透明性、不可篡改、时间戳等特点可以完整地记录学生在校期间的学习历程，建立相应的档案可随时查阅。再者，通过区块链或许可以做到“因材施教”。通过日趋完善的学生信息系统，可以了解每位学生的具体情况如兴趣爱好、学习方式等。从而安排符合学生自身需求的课程目标和任务，再者也可由学生自己选择喜欢的课程，将做到“学有所用、学以致用”。

2 研究内容

目前，高等院校拥有的学生档案一般局限于学生的学籍档案，学生的学习程度、学生行为日常考核、社会实践教育活动、参加的各类等级认证和毕业前的顶岗实习等这些信息的统一和可追溯性较差。高等职业学院在学生管理和学生能力培养等方面，每所学校都有自己的风格和特点。为了满足学生管理部门、用人单位等不同群体了解学生情况的需要，所以建立全面、深度反映高职学生真实情况的学生学习历程档案很有必要。可便于学生管理者通过这一档案全面精准地认识和了解高职学生的各类情况，科学地进行规划管理措施，展开有特色、针对性的学生管理工作;学生将来就业时用人单位对学生在校期间的学习过程也有清晰的了解。利用传统的记录方式，这些档案中的记录较为分散查看不容易，还可能存在容易被修改，过程不够多元和透明问题，更甚至有造假行为。如何利用区块链技术的特点解决这些问题就是本文主要研究的内容[2]。

从广义来看，区块链技术数据生成和更新是用分布式节点共识算法来实现、存储与验证数据是用块链式数据结构来完成、数据传输和访问的安全是用密码学的加密技术来保证、采用的智能合约由自动化脚本代码编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构与计算方式。从狭义来看，区块链的数据结构是将数据区块按照时间顺序相连组合成的一种链式方式，并利用密码学方式保证数据的不可篡改和不可伪造的分布式账本。根据区块链技术的特点，将高职院校学生学习历程档案作为主链，每项记录内容为区块，在所有区块的共同维护和监督下形成稳定的数据结构，并且利用分布式技术记账原理确保其稳定性和安全性。利用区块链技术的应用让高职院校学生学习历程档案呈现动态客观的发展。学生学习历程具有时序性、发展性的特点，是一个不断生成的过程，它具有“链”的结构特征。学生学习历程档案作为学生档案的一部分，完全具有利用区块链技术原理来研究解决问题的可行性[3]。

3 研究方法

3.1 理论上分析

区块链使用的是分布式账簿系统，它组成的区块是由一序列利用密码学方法产生的，这些区块按生成时间顺序前后排列，区块里面包含的交易信息可用于验证其信息的有效性，且生成下一个区块。区块链最明显的特点是没有作为中央服务器的第三方监管，每个区块都是一个节点相互监管，里面的交易信息不能被篡改。区块中包含的信息可是任何数据，包括文档。区块链的共享模式主要利用点对点技术实现去中心化，同时具有较高的数据安全性和管理方便的特点。

3.2 实验方法和步骤

本研究在对学生学习历程档案特性充分考量的基础上，构建具有去中心化、集中监管特点的学生学习历程数据共享框架网络结构。其中，区块链上的节点是按顺序排列的，而且节点序号是区块的基本属性信息之一。在学生学习历程档案建立的共享框架网络结构中，各节点的主体可以是学生处、教务处、后勤处、团委会、各二级学院和学生等，每个节点之间能完成相互关联。在学生学习历程数据共享框架结构中，底层构架为区块链技术，使用教育智能合约制度和规则验证、数字签名以及具有较高技术的加密算法等共识机制，达到各部门数据的自动上传、下载与更新等具体操作。因此，本文研究基于的区块链学生学习历程共享框架结构。此结构主要有四层组成。第一数据存储层。首先将学籍信息、学习程度、学习成绩、学生行为日常考核、社会实践教育活动、英语等级证书、计算机等级证书、各类专业等级认证和毕业前的顶岗实习记录等数据转换成数字化信息并存储为区块的模式，发送至本地服务器。第二数据连接层。把存储完成的区块数据通过加密算法、合约制度等共识机制形成相连的区块组，且可以实时同步与更新网络数据库。第三数据交易层。各部门將数据信息封存在等待验证的区块中，然后区块链系统把各区块与上一个区块的主链连接，并且将区块链中各区块的数据信息复制到每个节点，因此整个区块链上的全部数据均在每个节点上都有记录。区块中的基本数据信息有时间戳、当前版本号、区块容量、区块地址等，通过这些信息确认区块中数据的来源与真实性，如果有疑问，每个节点都能做为“证人”的角色，节点的数据都可追溯、都有证可查。第四数据共享层。为了进一步提高数据信息的查询速度，本校数据库和校外数据库将采用树状拓扑结构保存各节点的数据信息[4]。

本研究建立的学生学习历程数据共享框架结构是B2B网络，这是节点间根据对学生学习历程档案的需要而形成。系统运行的核心基础是网络节点，教务处、学生处、后勤处、二级学院教师与学生等都可通过规则验证、数字签名、加密算法等验证其安全性后成为区块链网络系统中的节点。它通过哈希算法连接形成区块链网络以及负责区块生成。区块的基本结构由区块头和区块体构成。其中区块头由哈希值、时间戳、梅克尔树根等具体的基本数据信息组成，区块体是由交易的信息数据组成。学生学习历程档案的数据共享过程中，如果发生某一条数据信息伪造或被篡改，区块中任意一个数据的变更都会导致梅克尔树结构发生变化，通过交易数据信息验证对比，查找出伪造或被篡改的记录信息，所为在实际执行过程中，区块的记录信息很难伪造及篡改，这对学生学习历程档案的安全性与可靠性也有了保障。

学生学习历程档案在基于区块链技术的共享体系里，学生、教师、学校各部门都能够实时记录学生的学习过程，这些记录信息都将被保存，因此大量的学生个人学习数据信息封存在学生学生历程档案共享系统中。在校期间，教师通过学生学生历程档案共享系统，了解学生的学习习惯、学习能力、兴趣爱好，从而进行学情分析、施行因材施教。毕业后的就业中，用人单位可以通过区块链上的信息，真实了解学生在学校的全面状态，快速地找到企业所需的人员。

3.3 技术关键及其解决办法

这是一个通过相互信任、去中心化的方式统一维护的数据库系统。在区块链中，利用数字签名验证信息的有效性和完整性，数据库的每个区块含有系统的全部数据信息，由加密算法链接到下一个区块并形成一条主链。区块链的特殊数据结构与运作机理，使区块链技术的关键在于去中心化、共识机制、可追溯性以及高度信任。

区块链是不通过第三方管理平台，去中心化，通过分布式记录和存储的由众多节点组成点对点的网状结构。数据在每个节点相互备份，每个节点统一维护系统功能地位平等，各个节点之间完成数据信息的传递、管理和自我验证。所以不会因为任意节点的异常或出现问题而影响整个数据库系统的正常运行，使基于区块链存储的数据具有较高的安全性和可靠性。共识机制是区块链节点就区块信息达成全网一致共识的机制，可以保证最新区块被准确添加至区块链、节点存储的区块链信息真实可靠甚至可以抵御恶意攻击。有了该机制可以减少伪造交易的发生。区块链中的数据信息全部存储在带有时间戳的链式区块结构里，因此具有较强的可追溯性和可验证性。

4 结语

本文利用区块链技术分布式、去中心化、可信任、不可篡改、时间戳等良好的技术特性，解决高职院校中学生学习历程档案的建立过程中存在着不够安全可靠等问题，使基于区块链技术建立的高职院校学生学习历程档案更加客观有效、安全可靠，数据稳定性更好。

参考文献

[1] 杨现民，李新.区块链技术在教育领域的应用模式与现实挑战[J].学术时空，2017（2）：34-44.

[2] 单盈.建立高职院校学生成长档案开展特色学生管理工作[J].浙江档案，2008（10）：42-44.

[3] 许涛.区块链技术在教育教学中的应用与挑战[J].现代教育技术，2017（1）：108-114.

[4] 尹婷婷，曾宪玉.基于区块链技术的数字教育资源共享建模及分析[J].数字图书馆论坛，2019（7）：54-60.