区块链技术在高校教育教学管理中的应用与挑战

许月 张夏晨 高捷

摘  要：传统的中心化关系型数据库由于存在的缺陷较多，已经逐渐无法满足高校教育教学管理对隐私和安全保护的需求。为此，必须要积极探索建设基于区块链技术的高校教育教学管理系统。该文先简要介绍了区块链技术，然后分析了区块链技术在高校教育教学管理中的应用优势，再阐述了区块链技术在高校教育教学管理中的主要应用，最后提出了区块链技术在高校教育教學管理中的应用挑战，希望能够给这方面工作带来一定的参考和助益。

关键词：区块链技术  高校  教育教学管理  应用  挑战

中图分类号：G643                             文献标识码：A                  文章编号：1672-3791（2020）09（c）-0038-03

Abstract： The traditional centralized relational database has been unable to meet the needs of privacy and security protection in university education and teaching management due to its many defects. Therefore， it is necessary to actively explore the construction of university education and teaching management system based on blockchain technology. This paper first briefly introduces the blockchain technology， then analyzes the application advantages of blockchain technology in university education and teaching management， and then expounds the main application of blockchain technology in university education and teaching management， and finally puts forward the application challenges of blockchain technology in university education and teaching management， hoping to bring some reference and help to this work.

Key Words： Blockchain technology; Universities; Education and teaching management; Application; challenge

当今时代，随着大数据与互联网的不断发展，虽然给高校教育教学领域带来了巨大的革新，但与此同时，学生教育管理建设也遇到了一些隐私保护与信息安全方面的挑战。区块链技术作为一种分布式公共储存技术，在很多领域包括教育教学领域中得到了较为广泛的应用。不过，目前区块链技术在教育教学领域中的应用尚处于起步阶段，所以我们有必要进一步深入研究区块链技术在高校教育教学管理中的应用与挑战问题。

1  区块链技术简介

区块链技术是一种为解决中心化关系型数据库储存的效率低、成本高、数据安全性低等问题，而利用去中心化的分布式数据库储存信息数据，借助数据加密、工作量证明、时间戳技术等手段对信息进行记录与传播，在无信任前提的各储存节点分布式网络中进行去中心化信用的点对点传输、协作及协调的技术。总体而言，区块链技术主要可分为3种体系：一是可编程数字加密货币体系;二是可编程金融体系;三是可编程社会体系。目前，区块链技术已经成为了很多领域的重点研究课题，也已经在部分领域中得到了比较广泛的应用，如教育教学领域、经济领域、科技领域等，可以说区块链技术的应用为这些领域带来了新的技术变革。区块链的基础模型主要包括以下几层：（1）数据层。主要任务是借助数据加密、时间戳技术等手段将信息数据封装在数据区块中。（2）网络层。主要任务是借助数据传播、数据验证、分布式组网等机制将节点参与进数据校验过程当中。（3）共识层。主要任务是借助共识算法使去中心化系统中的工作量证明等各个节点达成共识。（4）激励层。主要任务是借助经济激励的发行与分配机制使节点数据验证时得到利益最大化。（5）合约层。主要任务是对各类脚本、算法及智能合约进行封装。（6）应用层。主要任务是对技术的相关应用场景和案例进行封装。并且，在其基础模型中还包含了三大创新模块，分别是：链式区块结构（基于时间戳技术）、分布式节点（基于共识机制）、激励机制（基于共识算法）。

2  区块链技术在高校教育教学管理中的应用优势

区块链技术在高校教育教学管理中的应用优势主要在于以下几点：（1）公开透明。由于区块链技术具有公开透明的特点，所有资源创建信息都能够被真实地查询、追踪及获取到，所以在基于区块链技术的高校教育教学管理平台上，教师可以真实地掌握学生的学习记录、转发记录等信息。（2）去中心化。由于区块链技术采用的是去中心化的分布式结构，所以可以方便学生进行数据共享，并且去中心化的网络结构还能够更好地保障数据安全。（3）不可篡改。（4）高冗余度。（5）可编程特性。由于区块链技术具有灵活的可编程性，所以可以帮助拓展高校教育教学管理平台的应用，以便于探索更加丰富的教育教学场景。

3  区块链技术在高校教育教学管理中的主要应用

3.1 基于区块链技术进行学生成绩管理

在目前的高校学生成绩管理中，大多是将学生成绩档案储存于校内集中式数据库当中，并由该校进行统一管理。不过，近年来随着学生对学习内容与学习过程的自主管理需求的日益提升，传统的学生成绩管理方式已经不再适用于实际情况，逐渐被淘汰乃是必然趋势。而基于区块链技术进行学生成绩管理，可以有效改進传统学生成绩管理方式的弊端，将学生的学习过程与学习结果全面呈现出来。同时，学生自身在出国留学、人才交流时也可以向各相关高校和科研机构出示自己的区块链成绩单，而不必再麻烦地专门向申请学校开具学习证明、成绩单等资料。

3.2 基于区块链技术进行学生学习档案管理

在传统的高校教育教学管理系统中，主要是由校方对学生的信息数据进行统一录入和集中保存，因此当学生在进行考研等时，跨学校往往很难获取到学生的学习档案信息。如果基于区块链技术进行学生学习档案管理的话，则可以对这一问题进行有效解决，因为基于区块链技术所搭建出的高校教育教学管理系统具有去中心化的特征，既开放又自主，可以有效解决传统高校教育教学管理系统无法跨机构、跨系统等问题。具体来说，基于区块链技术的管理是将学生的学习档案信息储存在区块链上，并提供一个相应的二维码作为公开密钥或身份标识符，这样其他高校或科研机构即可利用这个二维码来访问学生的个人学习档案。同时，学生也可以利用个人私钥来实时获得自己的学习档案信息，以保证个人数据的安全性与私密性。基于区块链技术的高校教育教学管理系统是一种全新的信息组织形态，它实现了由学生个人掌握自己的信息数据，而无须把数据托管给学校进行集中管理。

3.3 基于区块链技术进行学生学位、学历认证

无论是在高校招生、用人单位招聘、还是在出国留学与人才交流时，均需要涉及学生学位、学历的认证。在学生学位、学历的认证过程中，主要会涉及学校、学生及需要认证方等几个主体。而就学生学位、学历认证的现状来看，主要存在着以下几点问题：（1）耗时较长，往往会浪费大量的时间。（2）费用较高，成本花费较大。（3）数据维护成本较高，后期的总成本投入较大。在有了区块链技术之后，高校基于区块链技术进行学生学位、学历认证，可以有效改善上述问题。基于区块链技术进行学生学位、学历认证是指将学生的学位、学历等档案信息储存在区块链的相应区块上，对区块链上各项信息的增、删、改、查等权限进行有效控制。同时，高校根据需要认证方所提供的数字身份信息等授予它们信息查询权限，需要认证方在进行学生学位、学历信息查询时只需通过多重签名来进行校验即可，而不必浪费过多的时间或花费过高的成本。另外，学生方面也保存有私钥，以用于对个人数字文件进行签名，从而确保自己的信息不会被篡改。由于区块链技术的分布式储存模式可以将传统的集中式储存模式完全替代，而不用如以往一般建立庞大的数据库，所以可以大大降低数据维护成本。

4  区块链技术在高校教育教学管理中的应用挑战

4.1 学生数据储存空间问题

在传统的区块链学生信息数据库系统中，至少需要有60GB的储存空间才能够满足单个节点同步数据的需求，而现有的民用储存设备虽然可以满足这一储存量需求，但仍旧需要尽快开发出能够推广至大规模的跨机构学生信息数据库系统。由于需要保持区块链中各节点的数据完全同步，所以当节点储存的区块链数据量出现急剧增加时，必然会对高校及学生实时更新数据信息造成一定的影响。

4.2 学生数据大规模处理效率问题

目前高校中正在使用的基于区块链技术的高校教育教学管理系统大多网络节点规模较小，而未来如果要想大规模应用区块链技术的话，则必然需要面对网络中包含的数十亿个节点，这对于学生信息数据的大规模高效处理来说是一个不小的挑战。就现状来看，学生数据大规模处理效率问题是限制区块链技术在高校教育教学管理高频读写场景中应用的主要因素之一。再者，确认时间也是一个难点问题，在目前的区块链高校教育教学管理系统中，单个区块的生成时间一般是10min，这显然给系统在频繁提交学生数据和储存时间敏感数据等方面造成了较大限制，影响了系统管理的实时性与高响应。

4.3 学生数据隐私和安全问题

虽然区块链技术支持多签名复杂权限管理、自带信任化、可防篡改，但是从整个区块链网络的角度上来看，其中仍旧存在着一些数据隐私和安全问题。以往学生是通过公钥地址来实现数据的传输与储存，虽然个人身份信息是匿名的，然而数据交换记录却是公开、可查的，所以一旦学生的身份标识与真实身份被联系起来的话，那么其个人信息即会遭到泄露，隐私性和安全性无法得到有效保障。而区块链技术在数据加密与解密方面所采用的则是公钥与私钥的非对称密钥机制，其可以有效保证数据储存过程的安全性与可靠性。不过，对于私钥的保存和使用问题，仍旧值得关注。因此在区块链技术的研究中，安全性威胁一直是一项重点研究的问题。据已有研究表明，基于工作量证明共识过程的区块链面临着51%攻击问题，也就是说，若区块链网络节点拥有全网51%以上的算力的话，即可对区块链中储存的数据进行篡改和伪造。基于股权证明的共识过程虽然能够解决51%攻击问题，但同时也会产生一些新的N@S攻击问题。未来，随着数学、密码学以及各种新计算技术的不断发展，区块链技术的非对称加密机制必然会变得越来越脆弱，甚至存在一定的被破解可能性。所以，区块链技术在高校教育教学管理中应用之时，学生数据隐私和安全问题始终是一项潜在风险问题。

5  结语

综上所述，区块链技术在高校教育教学管理中的应用主要体现在基于区块链技术进行学生成绩管理、进行学生学习档案管理以及进行学生学位、学历认证等。但目前在区块链技术的实际应用中，仍旧面临着学生数据储存空间问题、学生数据大规模处理效率问题、学生数据隐私和安全问题等挑战，所以未来的研究重点主要在于解决这些问题。

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