區塊鏈在高校教務管理中的應用研究

田釗 王超 趙軍

摘 要：教務管理是高校人才培養過程的重要環節，教務管理信息化為教育工作起到了極大的推動作用。隨著數據和用戶的不斷增多，高校教務管理存在數據信息易被篡改、資源共享不夠全面、用戶信息可能會被泄露、教學人力物力浪費、存儲安全防護性能較低、知識產權保護欠缺等問題。本研究將區塊鏈技術引入其中，提出高校教務管理數據共識機制及共享模型，構建基于區塊鏈的高校教務管理一體化平臺，在保證高效完成教務管理工作的基礎上，能夠確保教務管理過程中數據的安全可靠和全面共享，最終為實現智慧校園提供重要支撐。

關鍵詞：區塊鏈;教務管理;數據安全

區塊鏈技術在產業變革和科技研發中起到了重要的作用，并不斷延伸到數字金融、智能制造、智慧醫療等多個領域。2020年，教育部印發了《高等學校區塊鏈技術創新行動計劃》，提及落實區塊鏈在教育重大戰略中的任務安排，探索區塊鏈在高校人才培養、教師授課認定等方面的應用。借助區塊鏈技術，不斷加快智慧校園的前進步伐，可以更好地推動教育事業的發展。

區塊鏈技術是把加密數據以區塊的形式按照時間順序進行鏈式連接而形成的永久且不可修改的消息記錄。從某種意義上講，我們可以將區塊鏈技術看成一種新的可靠的信息傳遞技術，也可以將其看成一種新的數據分布式存儲技術。區塊鏈中各節點利用分布式共識機制自主形成一致的決策，不需要中心協調和監管機構，具有去中心化、防篡改、安全等特點。

教務管理是高校業務工作的重要內容。隨著信息化的發展，我國已形成較成熟的高校教務管理系統。該系統用戶繁多，關系復雜，層級較多，主要功能包括培養方案提出、授課計劃部署、教學任務制定、排課選課管理、考試考場安排、成績管理、畢業離校審核、學籍學位管理、教工學生管理等，服務于學生、一線教師、教務管理人員，能夠公開教學資源，發布教學通知，保障教學運行。

將區塊鏈技術引入高校教務管理，能夠與高校師生管理、學生升學就業管理、教學資源共享、績效獎勵評價等多方面進行深度融合，對高校教務管理的高效穩定發展具有重要的推動意義。2017年，歐盟發布了《教育中的區塊鏈》，介紹了區塊鏈技術在教育應用中的一些基本原則及基于區塊鏈技術開發和落地的各種應用方案。當前，我國教育部明確提出要積極探索基于區塊鏈技術的智能學習成效記錄、成果認證、轉移轉化等方案。構建基于區塊鏈的高校教務管理一體化平臺，能夠確保教務管理過程中數據的安全可靠和全面共享，不斷提高高校教務管理水平，為高校的人才培養過程提供一種新的管理方式。

一、高校教務管理中存在的問題

我國高校教務管理信息化水平越來越高，已能滿足學生和教師的大部分需求，不僅有效提高了教學效率及效果，也較大幅度地提升了學校整體的管理水平。目前，大部分教務工作都是以線上半自動和線下全人工相結合的方式完成的，如教師對學生期末成績評定的工作。教師在獲取學生期末考試試卷后，通過線下試卷批改給出學生的期末試卷成績，疊加學生線下的平時成績，登錄教務管理系統對學生的成績進行錄入，線上生成學生期末成績單，教師打印后線下簽字提交給院系教務管理部門，負責教務管理工作的教師對成績單進行線上線下審核，確認無誤后提交給學校教務處審批并存檔，整個過程線下線上相結合完成。由于線下審批流程較多，涉及人員較多，如果成績出現問題很難進行人員責任認定，也存在效率低下和人力物力浪費的問題。

目前高校教務管理系統存在的問題主要包括以下幾個方面。

第一，數據信息易被篡改。教務管理系統存在較多的線下審批流程，容易出現部分數據信息被篡改的問題，無法保證數據的真實性和一致性。

第二，資源共享不夠全面。高校中各院系一般都有各自的教學資源服務器，而這些教學資源一般較少被其他院系的師生知曉，使得教學資源不能有效共享，從而使得寶貴資源的真正價值不能有效發揮。

第三，用戶信息可能會被泄漏。學生和教師的個人信息一般以明文的方式存儲在中心服務器或分布式服務器中，如果服務器遭到惡意攻擊，會造成大量信息泄露。

第四，教學人力物力浪費。當前教務管理過程中存在較多的線下工作，在業務對接的過程中可能因為溝通不暢，造成數據不斷修改和完善，造成人力物力的嚴重浪費。

第五，存儲安全防護性能較低。很多高校的教務數據庫都是中心式存儲方案，網絡意外或惡意攻擊有可能造成教務系統癱瘓。

第六，知識產權保護欠缺。高校教務系統中存在大量教師的教學大綱和授課內容等具有版權的資源，如果沒有資源版權的認定，可能造成教師的資源被盜用和濫用，最終影響教師高質量教學資源的共享，造成教學資源的浪費。

二、高校教務管理數據共識機制及共享模型

區塊鏈作為分布式網絡系統的代表，采用特有的共識機制協調網絡中所有節點的存儲數據保持一致。將院系、教務處和教師等以節點的形式加入區塊鏈，網絡中所有節點都有參與記錄教務管理數據的權利，通過共識機制選擇符合條件的節點作為出塊節點，出塊節點將需要記錄的教務管理數據打包成區塊并發送至其他節點，所有節點根據自己持有的數據對區塊中的數據進行驗證，驗證通過的區塊被節點各自存儲一份，保證每個節點存儲的教務管理數據都是最新且相同的，共識完成的區塊被鏈接在教務管理區塊鏈上。

共享模型將高校教務管理與區塊鏈相結合，利用區塊鏈的去中心化特性對高校教務管理數據進行分布式存儲，并利用智能合約技術將繁雜的教務管理工作轉化為可執行的代碼，簡化教務管理過程，其主要功能包括數據安全存儲、數據共享、數據處理等。在共享模型中，數據上傳的過程是由教師節點將數據發送給院系、教務處進行審核，審核通過后利用加密技術對數據的隱私部分進行加密并提交到區塊鏈網絡中，通過共識機制，數據存儲在區塊鏈中并被所有節點知道。例如，統計學生個人信息時，學生的信息數據經過院系審核后擬上傳至區塊鏈，由于信息包含了身份證、家庭住址等隱私，要對這些隱私字段進行加密后才能提交到區塊鏈網絡中。查詢區塊鏈上的數據時，一些公開的數據可直接在網絡中查詢，而一些被節點加密、比較私密的數據，需要向相應節點申請權限，得到授權后才能進行查詢。再如，教師個人教案屬于私人數據，當其他教師想要查詢某個教師的個人教案時，需要向該教師節點申請訪問權限，獲得授權后才能對相關信息進行查詢。經各院系協商后，共享模型將一些常見的業務處理流程轉化成相應的智能合約代碼，當數據被提交到區塊鏈網絡中時觸發某種條件，便會自動執行對數據的操作，以此代替傳統的人工操作。例如，計算學生期末成績時，只需提交學生的期末考核成績和學生平時成績到區塊鏈網絡中，觸發相應條件后自動執行智能合約，智能合約會根據成績占比將兩種成績相加計算出學生的最終成績。

三、基于區塊鏈的高校教務管理一體化平臺

基于區塊鏈的高校教務管理一體化平臺采用Hyperledger Fabric作為區塊鏈底層，以聯盟鏈作為區塊鏈形式，參與主體包括系統管理員、院系教務管理部門、教務處、教師等。系統管理員是系統的開發人員和維護人員，主要負責常規的環境配置、智能合約部署、軟件更新等系統維護工作，不被允許訪問用戶隱私數據;院系教務管理部門、教務處負責對教務數據進行處理和管理，作為全節點接入區塊鏈，具備數據讀取權限、數據寫入權限、授權權限;每位教師都是一個教師節點，教師節點通常作為數據的源頭，具備提供數據和讀取數據權限、授權權限。

在平臺中，對于學生信息、學生成績、教師教學安排等需要經過學校審核才能公開的教務數據，教師節點將其通過平臺提交到院系教務管理部門或教務處，院系教務管理部門或教務處審核數據是否合規，審核通過就可以提交到區塊鏈網絡中。對于教師個人教案、教師個人教學方法等可以由教師節點自行處理的教務數據，教師節點可以選擇以加密或不加密的方式將這些數據提交到區塊鏈網絡中。其他教師節點可以在平臺上隨時查詢區塊鏈網絡中公開的數據，當需要查詢某位教師的個人教案時，需要得到該教師的授權。教師節點可以通過授權決定誰有訪問自己個人教案等私人數據的權利。對于一些原始數據，需要被計算整理后才能公布。例如，已經得到學生期末考核成績和學生平時成績，需要按比例計算得到學生的最終成績，平臺將成績計算過程轉換為智能合約代碼部署在區塊鏈網絡中，一旦有能夠觸發計算的事件發生，智能合約就會自動執行，完成學生最終成績計算，其間不需要人為參與。

基于區塊鏈的高校教務管理一體化平臺具有以下特點：

第一，保證教務數據的安全性、不可篡改性。教務管理數據由所有節點共同維護，平臺中每個節點都存有區塊鏈上的數據，保證了教務數據的安全。教務數據的變化都被記錄并公開，保證了數據的不可篡改性。

第二，保證教務資源得以有效共享和充分利用。教師將自己的教育資源數據公開分享至網絡中，其他用戶可以對區塊鏈上的數據進行查詢，實現教育資源互通，消除了院系與院系之間的界限，使優秀的教學資源被所有人知曉。

第三，保證節點的匿名性，防止被攻擊，保護隱私信息。所有節點均使用公鑰地址與區塊鏈交互，彼此的真實身份無法探知。節點擁有很強的匿名性，使得通過網絡對特定節點進行攻擊的難度增大。節點通過私鑰對涉及隱私的信息進行加密，其他節點無法獲知經過該節點私鑰加密過的內容，從而可以保護教務數據中用戶信息的隱私。

第四，簡化教務管理過程中的工作流程，減少資源浪費。院系、教務處和教師等通過協商制定智能合約，將繁雜的教務管理工作形成可執行的合約代碼部署在區塊鏈網絡中，通過事件觸發的形式自動執行。執行過程不需要人員參與，減少了人力物力的消耗，也避免了因為溝通不暢導致的操作不統一和數據頻繁被修改。

第五，保護教育資源的知識產權。區塊的時間戳既保證了區塊的順序，也為每一筆交易數據提供了獨一無二的身份證明。這種鏈式結構和時間戳屬性，使得教師教學資源很容易查找和認證，極大保護了教師教學資源的知識產權。

下面以高校教務管理一體化平臺中教師對學生期末成績評定的業務為例，來說明教務數據信息的無法篡改和管理高效等特點。

第一步：教師登錄高校教務管理一體化平臺，將各科期末試卷成績和學生本學期的平時成績錄入平臺中，并使用私鑰對錄入的數據進行簽名，成績錄入完成后觸發部署在區塊鏈上的智能合約，合約執行將期末試卷成績疊加學生本學期平時成績計算出學生最終成績，生成學生期末成績單。第二步：院系教務管理部門通過高校教務管理一體化平臺獲取學生成績單，教務管理教師對成績單進行審核，確認無誤后將審核通過的成績單使用私鑰進行簽名并發送到平臺中。第三步：學校教務處通過高校教務管理一體化平臺獲取教務管理教師審核通過的學生成績單并進行審批，審批完成后通過私鑰簽名公布至平臺。

以上過程包括數據共識、身份認證、智能合約自動執行等。具體來說，利用加密技術對學生成績數據進行加密，有效保護數據隱私;在區塊鏈中對傳輸的數據進行簽名，便于進行數據認證操作;通過觸發條件執行智能合約計算學生成績，簡化教師操作。整個成績評定過程（包括數據上傳、成績計算、成績單審核和審批等驗證傳輸操作）都在區塊鏈上通過節點來完成，保證數據不會被篡改，也可以對數據進行準確的追溯。

區塊鏈作為一種新興的網絡技術，因其去中心化、安全、可靠的優勢與高校教務管理需求相匹配，為高校的教務管理模式改革提供了技術更新的新契機。課題組將區塊鏈技術應用到高校教務管理系統，提出基于區塊鏈的高校教務管理一體化平臺構建，并通過學生期末成績評定工作分析了一體化平臺的具體流程和優勢，從而有效解決當前教務管理系統存在的一些問題。

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責編：瀚 海