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摘要：本文利用区块链技术的优势，设计了基于区块链的学生信息资源管理系统，并分析了该系统的框架、关键技术以及可以给未来教育领域带来的改变。该系统能够有效控制学生学历造假等行为，实现学校对学生的综合行为管理，为企业人才招聘提供一个更加可信的平台。
关键词：区块链；学生信息资源管理；系统设计
0引言
现如今，由于素质教育在我国越来越受重视,大学生综合素质测评体系开始朝着更远的方向发展，各高校也着手尝试各种评价体系，针对大学生的各方面设定评价标准与具体实施方案，通过采集大学生求学期间学习、生活、活动实践等方面的信息来对大学生的综合素质作出相对合理的评定。但是，从目前来看，各大高校的评定标准都比较单一，大多数高校仍然是通过成绩来评定学生的素质。以往的研究数据表明，这种传统的单一模式至今仍为多见的主要原因是一些其他评价指标并不像考试成绩这般便于进行处理，例如考试作弊、违反校纪、宿舍违章等，这些信息无法仅集中于学校某一职能部门中，这就导致了信息录入上的困难，况且，录入信息的真假也难以辨别，作弊现象的出现将无可避免。近几年来，有少数高校看到了上述信息管理的短板，并为此专门成立了一个部门来对这些数据进行处理，但是数据信息管理的这单一模式并未被打破，仅以成绩作为评价标准的现状还是没有改善。技术创新是实现管理创新的有效途径。而目前，随着信息技术的快速发展，作为P2P网络通信、密码学以及共识机制融合创新的区块链技术，以其所具有各种特点——信息共识性、不可篡改性，记录的不可逆性和可追踪等等，成为了解决这一问题的有力工具。由于现代社会对各种信息的管理普遍采用更加方便快捷的电子信息的形式，对比区块链分析后发现，二者之间存在以下几点相似之处：（1）二者存储皆为已经删除无用信息后的有用信息；（2）存储方式皆为电子信息；（3）存储种类皆为数据信息。从可行性上来看，利用区块链技术的优势来构建学生信息资源管理体系是符合信息资源管理基本要求的，完全可以不用担心操作性方面的问题。
1区块链
（1）区块链技术原理
区块链是通过密码学算法保证其不可篡改和伪造的一串按照时间顺序链接叠加数据块的数据结构。区块是区块链的最小单位，是交易信息的载体，每个区块会根据一定的时间顺序将区块链链接起来，而且每个区块上都会标记时间戳来保证数据的安全性以及可追溯。区块链中不存在严重的数据集中存储，从结构上来说，区块链是一个点到点的去中心化网络，其中的每个节点既可以作为用户角色也可以作为服务器角色对数据进行更改，并且最终将参与的所有数据信息保存下来。由非对称加密算法建立区块链的信任机制，该算法同时需要公钥以及私钥各一个，公钥是在全网范围内的节点使用相同的加解密算法，私钥只有自己知道。使用时将公钥私钥组合起来即可相互解密——用公钥加密的数据只有用相对应的私钥才可解密，同样，用私钥加密的数据也只有对应的公钥能解密。用自己知道的私钥加密节点，然后让网上的其他用户使用公开的秘钥来解密，不仅可以保证数据的安全可靠，还能确保数据的可追溯。区块链的工作机制与复式记账相似，每一个区块都有且仅有一个对应的哈希值，下一个区块会指向上一个区块的哈希值，当你随意更改任意一个区块中的数据时，都会因区块中哈希值的变化而使区块链的指向发生错误，其他节点则会拒绝这种有错误的交易行为，这个验证过程被称为“共识机制”。区块链中数据传递是以去中心化的方式实现，这打破了传统方式下的信任中心的加密数据共享，所以该共识机制能够充分保障区块链中信息的安全可靠。
（2）区块链技术特点
区块链技术主要具有去中心化、信息高度透明、不可篡改、集体维护和分布式数据库几个特征。首先，整个区块链系统采取分布式核算和存储，并不依赖于第三方管理机构，不存在数据中心化的管理，区块链中的任何参与者都是一个节点，且每个节点之间的权限对等。其次，系统中的数据块由整个系统中所有具有维护功能的节点来共同维护，而这些具有维护功能的节点是任何人都可以参与的。其三，区块链技术基础是开源的，数据信息是公开给所有人的。其四，区块链的不可篡改性由共识机制来保证，最长的链条才被全网公认。区块链中每个节点都有着数据库中完整的信息，这些信息一旦被记录就无法被篡改。最后，整个系统通过分布式数据库，让每个节点都覆盖数据库的所有信息，单一区块的损坏不影响整体安全性。并且系统中的节点越多、系统计算能力越强，该系统的数据安全性就越高。
（3）区块链技术应用于学生信息资源管理的优势
相比于目前存在的学生信息管理模式，基于区块链技术的学生信息资源管理体系能将传统管理模式升级。区块链系统中每个节点不仅仅是参与数据的传递，同时也对其他任一节点的内容变更进行确认。除此之外，数据信息的真实可靠也是毋庸置疑的，区块链技术的特点——数据的不可篡改性，能保证非法篡改数据的这种想法以及行为没有可乘之机。区块链中，数据传递是以点对点的去中心化方式实现的。区块链的核心思想是分布式记录，存储以及传播，属于去中心式管理，任何人都无法控制整个区块链系统。区块链里每个节点中都有作为标记的时间戳和哈希值，两者的存在可以追溯数据的生成周期，即信息的各种变化过程在所有节点面前都是公开透明的，从而不用担心传输过程中学生信息数据的安全性。在数据的交互传递过程中，存储方式也同样重要，区块链所支持的分布式存储，能够有效地防止一些自然灾害、人为篡改等客观因素给用户带来的损失。分布式存储不同于集中存储会，它会将数据分散开来存储，把数据分散给多个网络节点，各个节点之间相互验证，相互备份，在进行数据交流时也是将数据加密后才传输出去，即使存储从数据的某一节点出现问题，也并不会造成难以估量的影响，其他的节点不受该节点的影响，仍会发挥它们各自的作用。除此之外，由于不存在单一的中心化的硬件或者管理机构，盗取信息数据的情况也几乎不可能出现，基于该区块链系统完全可以实现学生信息的数据安全存储。
2当前教育领域区块链应用的案例
（1）去中心化的学习记录和学分银行机制
以数据为中心的大学生的信息管理体系目前正在逐步应用，使用应用区块链技术记录学生的学习行为，从而在各个应用平台上实现数据的共享。这种方式在很大程度上简化了记录流程、提高了工作效率。利用区块链的可追溯性，不可篡改性以及出色的安全机制，来记录跨地区、跨院校甚至跨国学习者的信息，从而实现高速度、低成本的学分记录和查询。从长远来看，基于区块链技术的学分银行解决了技术和信任两个层面上的问题，配合完善的学分认证体系，更方便学习者获得学习认证或学历。
（2）“山东省互联网金融工程研究中心”高校链项目
高校毕业生在应聘时企业可能会提出需要进行学历验证等问题。然而，认证信息的程序往往会很繁琐，证书的真假难辨等问题更是令人头疼，认证这些信息需要耗费大量的人力财、财力、精力。考虑到这些成本的损失，国内齐鲁工业大学（山东省科学院）发起了高校链项目。高校链是采用天德区块链技术实现的一种用于记录高校教师和学生信息的区块链系统。该系统利用密码学技术以及具有自主知识产权的共识机制，能够在区块链上高效、真实地记录教师的基本信息，以及学生的学分、成绩、奖学金、毕业证书、实践活动等求学过程中的各类信息，并确保链上信息的不可篡改以及可追溯。与此同时，该系统提供了相当完善的访问控制机制，能够保证链上的隐私信息的安全性。高校链系统是高校教师和学生信息管理方式的一种颠覆性创新，能够彻底解决篡改学生成绩单、伪造求学经历、毕业证造假等行为，对学生的日常学习也将起到有力的约束作用，促使学生回归做学问的本职，并方便企业招聘，使企业可以用较低的招聘成本找到符合自身需求的人才，做到人尽其才。同时，高校链系统的研发对我国的可信人才资源信息库建设以及促进人才的跨国交流与流动具有重要的意义。
3系统设计
3.1系统框架
基于区块链的学生信息资源管理体系的服务对象包括广大学生，各高校以及商业企业。本文设计的系统实现流程框架如下图所示，该系统以区块链系统为主体。采集学生的各种素质行为并以数据的形式呈现给学校，再由学校职能部门将学生的数据信息录入学生信息资源管理平台上，不只是学校可以录入数据，学生本人也可主动往学生信息资源管理平台录入信息。该平台通过区块链系统对数据进行记账，由于各部门节点的业务结构可能不尽相同，传统的系统会存在信息数据结构不匹配的问题，就需要专门对数据进行修改，浪费人力物力资源。而采用区块链技术就能够有效解决这类问题，因为每个节点都有数据录入的接口，可直接将学生个人的信息数据通过系统进行录入，这一过程即为数据记账。记账成功后，高校学生或是商业企业都可以通过应用层（学生信息资源管理平台）查询学生的素质行为信息。
3.2系统结构设计
本系统由应用交互层和区块链网络层两层结构组成。其中区块链系统负责对提交的学生信息进行真伪辨析，并在多节点达成共识后将学生信息挂到区块链上。另外，区块链提供了一套应用接口，以便应用层能够在区块链上实施数据的添加、查询等操作。
（1）网络层设计
本系统所设计的区块链由三个部分组成：底层区块链、节点管理与智能合约。底层区块链层可以说是本系统的核心功能区，系统的运行维护，对数据的查询都是基于该层提供支持。底层设计由共识协议、分布式记账和账本管理三部分组成。与区块链最初的应用——比特币，基于公有链技术的网络挖掘与交易中的技术有所不同，本文设计的学生信息资源管理体系是基于私有区块链技术的。分布式记账是节点网络中的每个节点在参与记录的同时也来验证其他节点记录结果的正确性，得到全网认可后各节点网络数据库中的所有数据都实时更新并存放于所有参与记录的网络节点中。账本存储基于Hadoop环境下的HBase存储优化技术，HBase是基于Hadoop平台之上的一种分布式列式高维数据库，可扩展性高、吞吐量大、容错能力强、支持动态扩容、支持高并发高速读写，且可以根据业务需求方便地建立多级索引表，为检索区块链上的数据提供灵活的操作方式和良好的性能。节点管理目的在于节点在进入到私有链网络中都必须经过节点注册、身份认证、身份审核三个流程，这也保证了区块链网络的私有性和安全性。智能合约是系统根据事件描述信息中包含的触发条件，当触发条件满足时，从智能合约自动发出预设的数据资源，以及包括触发条件的事件。对外提供接收和处理各种智能合约的接口，通过HTTP请求协议或者命令行的方式实现区块链网络中智能合约的接收和动作的执行。
（2）应用层设计
应用层是用户直接对区块链数据进行操作的部分，实现双方的友好交互。在这一部分，所有的用户信息数据都会安全完整的存储于区块链上，并且用户完全可以通过应用层实现对数据的查询操作，并将交易数据以一种更加直观便捷的方式提供给用户。能够在区块链上高效、真实地录入学生的基本信息，以及学分、成绩、毕业证、奖学金、实践活动等求学经历的各类信息。同时为学生信息数据的需求方提供全文检索功能，查询出的信息携带区块链特有属性，以确保信息的真实性。应用层系统设计以B/S架构为基础，后端服务采用JavaWeb技术开发，以SpringMVC、Hibernate为开发框架。前端表现层使用Html/Javascript/CSS等语言。应用层分为两大部分——教务部门管理系统和学生信息登记与查询系统。教务部门管理系统的形式并不唯一，根据不同的需求可以有相应的变化，其中主要包括数据录入、数据的查询更改和审核等。关于学生信息登记与查询系统，学生与用人单位均可使用该系统进行信息的查询。
4系统核心技术
（1）共识协议
共识协议是区块链的核心基石，是区块链系统安全性的重要保障。共识协议中还包括促使区块链系统有效运转的激励机制，是区块链建立信任的基础。在比特币网络中采用了POW工作量证明共识机制，只有同时控制整个系统中超过51%的节点，才能对数据库进行修改，否则单个节点上对数据库的修改是无效的，也无法影响其他节点上的数据内容。所设计的学生信息资源管理体系与比特币不同，是基于私有链的，没有比特币那种公有链网络那么多的节点数量，无法使用传统应用于比特币中的共识协议，所以需要采用其他算法提高信任阈值。
（2）智能合约
智能合约是一种通过信息化传播方式传播、验证或执行合同的计算机协议，本系统所设计的智能合约是节点用来与外部交互的接口。为保证智能合约可以在不同的环境下正常工作，减少读取时的时间损耗，提高区块链网络的适用性，所以本系统的智能合约使用HBase数据库。对于具体选择哪一种协议取决于诸多因素，不同的智能合约承担不同的功能，由共识协议进行同步。
（3）区块链网络层和应用层接口
为了满足学校各个部门节点对信息的各项需求，本文设计了区块链网络层与应用层接口API。在进行学生信息录入时，可能存在学校不同部门的数据结构各不相同的问题，而在本系统中，不同的部门节点只需调用API即可完成学生信息录入工作。网络层与应用接口层要不断进行完善、丰富系统功能，从而提高区块链网络的安全。综上所述，需要设计区块链网络层和应用层接口API。
5系统实现
本文设计的学生信息资源管理体系是以区块链为基础架构，应用交互层采用WEB应用方式实现，中间通过接口通信交互的多层级的综合体系。其中区块链底层以IBMHyperLedgerfabric技术为框架核心，采用私有链的设计模式，使用拜占庭容错算法（PBFT）共识算法维护数据，保证每个节点都有一份完整的数据备份，所有节点的数据内容完全一致。数据存储基于Hadoop环境下的HBase分布式存储技术，是一个高可靠性、高性能、面向列、可伸缩的分布式存储系统；应用交互层基于JAVAWEB语言开发，应用层包括两个部分，服务器端和客户端，服务器端采用了SpringMvc、hibernate技术框架开发，客户端使用Freemarker、Bootstrap、JQuery前端框架实现；节点网络层与应用层接口以HTTP请求为通讯方式提供接口API，使用restfulapi作为标准，数据交互格式为JSON格式。客户端用户的各种请求会发送至服务端接口接收，接口根据不同请求的类型进行转发，如果需要访问节点网络，则将请求转发至区块链网络层；如果需要进行学生数据的交互，则将请求转发至应用层接口API。API再将节点网络的返回值返回至服务器端，服务器端再发送至客户端以展示反馈结果。私有链中各节点网络为一台CentOS7操作系统的PC机，每个节点登录时均需完成节点的成员认证。当节点网络需要增添新节点的时候，需要向成员管理节点发送认证请求，管理节点审核并通过请求后，新节点完成注册后即可成节点网络中的节点。每台节点上会根据各自的需求运行不同的一个或多个智能合约。
6结语
本文设计了一种基于区块链的学生信息资源管理体系。学校各个有关部门可以便捷的利用该系统对学生在校的日常行为以及学业状态和参加的各项活动的获奖情况进行记录，从而达到对学生在校期间的信息全程记录，极大地方便了学生、学校和企业三方对于信息的不同需求。由于采用了区块链技术，由各节点自身进行维护，而且已经录入系统的信息将不能被随意篡改，任何对系统的操作都将留下记录，进一步保障了信息的安全性。目前，区块链技术在教育领域的发展尚未完善，还有很长的路要去探索，随着研究的深入我们面临的挑战也会更多。有关深层的技术层面还需要进一步开发，使平台在学生信息管理与实际应用方面更加人性化、智能化。但不可否认的是，从传统的学校等教育机构到各大从事教育行业的商业机构，在了解到这项新技术之后，都对区块链技术未来在教育领域的发展寄予厚望，纷纷加大研究力度，投入大量人力物力资源开展区块链的创新应用，希望能带来一场新的教育领域的变革。目前，区块链技术还未大范围应用在我们的日常生活中，在教育领域的应用也主要是基于区块链技术的成绩单、证书和学历认证方面。本文设计的基于区块链技术的学生信息资源管理体系为学生的职业生涯规划、学校对学生的行为管理、用人单位招聘优秀人才提供了一个更加安全高效的平台。
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作者:崔阿悦 朱聪惠 王星皓 单位:齐鲁工业大学
