区块链技术应用于教育系统的研究与设计

涂伟沪

摘要：随着线上教育不断发展，教育平台在教育者和受教育者之间搭建桥梁，但是这种模式存在教育成果剽窃、泄露等问题。区块链技术为这些问题的解决提供了可能，利用分布式存储、加密算法等技术为其提供保护，弥补线上教育的不足。

关键词：区块链;教育;保护

中图分类号：TP311文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）12-0061-03

随着人们对教育的需求不断增加，而新技术的使用不断推动了中国在线教育的发展。从需求的角度来看，在线教育今后将进一步增加，无论是以考试为基础的教育、以兴趣为基础的教育还是以爱好为基础的教育。从供应的角度来看，目前最常见的做法是将教育工作者作为第三方从网上教育机构或平台输出教育盈余[1]。即使自媒体现在已经足够受欢迎，第三方教育平台的技术、业务和宣传能力也吸引了许多我们自媒体教育工作者，将自己的教育成果投放其中。

电子教育平台在整个电子教育系统中发挥着重要作用，但在实际应用中也存在一定的问题。在实践中，教师在线教学和研究的结果很容易被剽窃，知识产权得不到保护。大部分平台仅支付给老师部分报酬，而对学员收取较高的费用，这样平台就可以获得较高的中间差价。教师对其课程的受欢迎程度缺乏透明度，而教师的工资又不充足，这严重影响了教师从事研究和创新的积极性，这是一个在线教育平台集中化的问题[2]。此外，一些犯罪分子利用伪造网站和大型网络以低价和难以管制的方式出售盗版资源。教育工作者，特别是教师创造的教学材料等资源，无法在平台上得到有效保护和传播。虽然新的数字版权保护系统和数字水印技术可以解决版权的归属问题，但在大规模的教育系统中应用这些系统的费用可能很高，而相关问题仍然存在。

1 区块链与教育系统的结合

（1） 区块链在教育系统中的应用

鉴于区块链的公开和透明性质，任何有关资源创造的信息都可以通过消费者查询、追踪、获取，并且更加可靠和真实。通过教育来培养的平台教师，他们的工作、活动和过程中的交易链，每一个信息节点都是透明的，错误的记录反馈给学生，老师和学生之间的透明交易。改变了师生之间信息不透明的现象，实现使最有能力的人工作得更多、并根据他们的工作量来分配他们的报酬，有效提高了教师从事教学和研究工作的积极性。一旦每个教师都在教育网络平台上发表了自己的所有原始教学资料，包括教学材料、教学课程等，学生们每下载一次就会收取一定的费用。在资源的传播和使用过程中，每个节点的使用数据都可以追踪，共享的教育资源也可以追踪。一旦发现剽窃行为，就可以迅速追查和获得证据。

与此同时，区块链技术提供了教育成果数字化的不可更改的证据，而且易于追踪的来源也为版权纠纷提供了真實和有效的证据。同时，可以将这一数字化测试与现有的应用程序完全结合起来，对每一个文本、图像、音频和视频进行独特的时间标记，将交叉核对与其他方法结合起来，主要确保数据的完整性和一致性。

此外，客观教育平台链和双方的学生，即教育需求平台阵列中的教育系统，可以让学生了解他们的学习需求，因为区块链系统中的数据组链条，无论是教师、学生还是教师的个人评估信息，都是客观和公正的，即教师信息是绝对真实的，授课评价不能通过刷单改变。

（2） 区块链教育系统的设计思路

首先，建立了教育系统，采用区块链技术作为数据储存工具，并与教育平台进行互动。

此外，该系统还通过微信方案与用户互动，微信方案作为小规模应用程序，在教育系统中发挥学员作用的用户提供学习和服务。

2 系统分析与设计

（1） 节点的加入

在区块链系统中成为节点的用户首先进行登记，选择学生或教师的角色进行认证，特别是确认教师的身份。该系统有独立的认证要求，符合法律规定和行业标准。用户验证后，在当地生成一对钥匙，这是椭圆曲线加密算法生成的一个公用钥匙和一个私人钥匙，发送到供签字处理的验证模块，私人钥匙需要由用户安全保管[3]。

除了验证用户的作用外，验证模块还具有签发数字证书的功能，即与作为验证中心的节点建立信任关系，以解决通信保密和节点身份确认的问题。该单元用其私人钥匙数字签名用户发送的公用钥匙，并将公用钥匙作为数字证书交付用户。收到数字证书后，用户正式成为区块链系统的法定节点。图1显示了用户成为节点的过程。

（2） 数据的生成

学生和教师在区块链系统中是对等的联络点，但他们在教育平台上发挥不同的作用，因此两种角色产生的数据记录不同。

这一区块链系统中储存的数据记录分为两类：一类是教师课程的记录，在教学过程中，教师需要加载教学材料、教学录像和其他教育成果，这些记录在区块链中书写。为了确保教师知识产权的可追溯性，另一个是对学生购买情况进行登记，目的是在一系列不可更改的数据中形成真正的交易[4]。不同类型的记录被定义为在区块链上书写之前的一种记录。

除了类型识别外，由节点生成的记录还要经过一段时间内生成的活跃内容的签名处理。首先，对教师来说，加载的教学成果，如课堂软件和录像，是通过该系统的MD5算法处理的，以形成128位的数字摘要;其次是学生采购记录。随后对课程的评估将列入一份数字摘要;最后，该系统生成一份完整的区块登记册，附有数字证书、节点信息、登记类型以及详细内容和签署的记录。

（3） 区块的结构

在教育平台中，用于进行存储交易的区块链由在链结构中的不同时间段形成的块组成，每个块包括区块头和区块体，如图3所示。区块头包括HASH值、块号、块根和前一块的时间编码。块轴是从下到上计算的树木结构，即每个父节点是根据两个孩子节点的组合计算的，而根节点是根据二级两个节点的组合计算的，因此叶片节点是基底[5]。工作表节点存储教师和学生在教育系统中制作的每一个记录。这些记录被表示为叶片节点，所有组合都是哈希计算，使得任何记录的内容被修改，叶片节点的哈希计算值被修改，并且，最后，改变根节点的哈希计算值，由此确定的根节点的哈希计算值在块中准确地作为记录集的唯一摘要。因此，家长块的四个哈希值、块号、块根和时间戳形成下一个块的父哈希值，接收在新周期内生成的记录，并且再生以形成可靠和不可伪的块链。

（4） 签名和验证

数字签名的作用是确认节点的身份。该系统中使用的数字签字主要有两种类型：一种是在记录生成后一对节点的签字。另一个是注册过程中，认证模块用自己的私钥对用户的公钥签名;

当加入节点块链系统时，在数字证书上持有用于正式成为节点块链的节点块链时，用于由表达式发送的数字证书模块的用户的公开密钥认证，然后记录节点块链。通过验证数字证书，所有合法或非合法节点的广播需要验证，防止伪造数据的节点。

为了确保教师的教学成果不被盗窃，不被窜改，并确认原始作者的归属，更需要数字签名。数字签字使用散列函数功能来确保数据在传播期间的完整性，同时结合加密技术以确保数据的保密性和可追踪性。每个节点在私人密钥和数字签名摘要之后合法地生成用于活动的内容，导致整个广播链到块，使用的验证系统的所有节点在同一个节点和由权利主体验证的情况下将新的密钥节点摘要[6]。

（5） 录入权的归属

当记录被传送到区块链网络时，一旦所有节点都验证了这些记录，拥有进入权的节点最终会在块上输入记录。界定进入权的归属基本上是重新设计协商一致机制，在这一机制中，区块链的传统节点以计算力为代价争夺进入账户的权利，并为账户的一轮运作规定一个固定的期限。

考虑到传统的协商一致机制提出的问题，这一教育制度规定将一轮的交易分为一定数量的登记操作，即所产生的每128个登记操作都由获得进入权的节点输入和生成一块。这就取消了固定时间限制新的一轮进入权是在这一回合最活跃的节点获得的，绕过了传统的进入权方法。

（6） 记录的上链过程

经过注册的教师或学生在区块链系统中创建了所有节点，首先从收到文件开始，作为验证被遗弃的非法节点数字证书的节点，然后由MD5处理内容验证，与原始端口形成对比，而同一记录和验证。在编号的掩盖下，使该系统在通过第1条之后从零开始新的输入、记录和核实周期，重点是与所有节点有关的活动，如果第128条在该周期由活动点进行登记和核实的话。在输入块和生成零计数器之后更长时间，准备下一个计数周期。

（7） 查詢记录

在这一教育平台中，使用块链作为存储系统的主要目的不仅在于安全存储用户产生的文件，而且还在于为用户提供真实和可靠的查询功能。

教师和学生的每一个账户中心默认地显示自己的生产历史，系统根据节点标识符索引记录的生产时间，最后，列表的头，包含重要信息，例如记录类型。除了默认历史之外，还可以根据条件查看节点[7]。每个节点与其他节点产生的交易记录被存储在数据库中，作为与外国密钥相关联的表格。老师询问哪些学生购买了自己的课程，或者是否有其他课程老师的名下是否还有其他课程。通过链接操作返回请求结果。图2显示了查询流程。

该系统保留了超级管理员的身份，该超级管理员在区块链数据库的操作中只享有查询权，并负责存档和检查完整的记录。

3 系统的实现

该系统的前端部主要是一个小型方案，其对象是选择和购买课程的学生。学生可在个人中心查阅相关档案，学生购买的课程档案可在订单中查阅，学习和评价档案按时间顺序列在历史档案中。

面向教师的后台管理设计的功能相对复杂，如图3所示;账户中心显示教师记录。

4 结语

本文将教育系统与区块链技术相结合，完成了教育平台自身的去中心化，并通过密钥确保的知识产权权及隐私的保护。在本系统中区块链技术维护了真实可靠的数据，交易双方的数据得到高级存储解决了信任问题。

参考文献：

[1] 刘小龙，张治.区块链技术在教育信息化中的应用思考——以上海公共教育联盟链的建设为例[J].教育传播与技术，2020（5）：76-80.

[2] 王慧，王励成，柏雪，等.区块链隐私保护和扩容关键技术研究[J].西安电子科技大学学报，2020，47（5）：28-39.

[3] 陈思吉，翟社平，汪一景.一种基于环签名的区块链隐私保护算法[J].西安电子科技大学学报，2020，47（5）：86-93.

[4] 李胜广，赵士伟.浅谈区块链技术在个人隐私数据保护中的作用[J].中国安防，2020（7）：34-39.

[5] 张茜茜，郝志伟，邓亚晗.区块链技术在高校“第二课堂成绩单”中的应用价值研究[J].教育教学论坛，2020（1）：1-3.

[6] 黄达明.区块链技术在教育领域的应用现状与展望[J].南京信息工程大学学报（自然科学版），2019，11（5）：541-550.

[7] 曹颖.基于区块链的个人征信系统设计与实现[D].西安：西安电子科技大学，2019.

【通联编辑：梁书】