基于区块链的高校联盟学分管理系统研究

　　摘 要：促進高校联盟主体间信任是区块链在高等教育领域应用热点。以EduCTX项目为例，阐述基于区块链的跨校学分管理系统业务模型、技术模型，总结优缺点与面临的挑战。EduCTX项目以学分登记、跨校转移、证伪为核心业务，以高校、学生、雇主为服务对象，构建以ARK技术、Dpos共识机制、Github开源平台为基础的六层开放联盟式学分管理区块链系统。区块链去中心化特征与高校松散联盟需求相契合，分布式账本增强教育信任感，降低成本。但也存在学分可交易性差，使之很难形成有效激励机制，对高校与学生不可信任的预设有悖于学校立德树人使命，学分记录永久不变不利于实现终身学习等问题。

　　关键词：区块链;高校联盟;学分管理

　　0 引言

　　区块链技术已应用到多个领域，从开始的数字货币扩展到数字金融、物联网、智能制造、供应链管理、数字资产交易等[1]。区块链在我国高等教育领域应用尚处于构想阶段，如何促进区块链技术与高等教育深度融合，破解当前我国高等教育中信息孤岛、资源不均衡、跨校合作壁垒高等问题，是教育信息化发展面临的新挑战。

　　欧美发达国家2016年开始在高等教育领域积极探索区块链技术应用，如麻省理工学院、霍尔伯顿学院、尼科西亚大学等，将区块链技术应用于高校学位管理[2]、学习结果总结性评估[3]、学位记录和证书存储访问[4]等领域，降低学历证书欺诈[5]，尝试学术技能与成就奖励货币化[6]，提高录取、注册等流程效率，以减少管理成本[7];探索区块链教育应用[8]，提出基于区块链的证书颁发、验证和分享技術方案[9]，建立基于区块链的学习信息、荣誉和奖励教育记录系统方案[10]，基于区块链的MOOC学习者身份识别与认证系统模型[11]，基于区块链的学分银行系统模型[12]，基于区块链的学习成果管控模型[13]。上述区块链教育应用模型多是系统模型设计，尚未开发出可用平台并应用。对已有区块链教育应用分析则是综合多个案例，从教育视角分析居多。区块链教育应用是教育模型与技术模型的结合，投入应用的系统与最初的设计思路相比必然有很大变化，所以对应用案例的理论反思有助于促进区块链技术在高等教育中应用。

　　EduCTX项目2016年启动，该项目参照欧洲学分转移和累积系统(ECTX)，率先利用区块链技术探索全球高校学分与学历证书管理。2017年平台建成并投入使用，迄今已运营两年多，是具有全球代表性的区块链教育应用个案。本文以EduCTX项目为例，从教育业务模型、技术模型以及两者结合视角，分析其推进中的困难与挑战，以期为我国高等教育应用区块链技术提供借鉴。

　　1 学分与学历证书管理

　　随着高等教育国际化与高校国际联盟组织发展，学分互认成为校际、国际间高校文化交流、课程共享的基础。当前大多数高校都有自己的学分管理系统，存储有学生课程记录。学生个人数据仅用于查看或打印完成的课程记录。学生学术记录很敏感，并且有复杂的管理规定，且因为数据的标准化，以及存储、安全性等原因，其它高校几乎无法直接获取这些数据。如果学生有转校或访学需求时，会因系统不能互访而无法直接证明其学分或学历证书真伪。此外，当学生完成学业后，如果毕业证丢失，补办又是一个复杂过程。建立全球去中心化、可信赖、安全的学分与学历证书管理平台具有现实意义。

　　区块链技术通过运用数据加密、时间戳、分布式共识和经济激励等手段， 在节点无需互相信任的分布式系统中实现基于去中心化信用的点对点交易、协调与协作[14]，能较好解决信息不对称问题，有助于实现多个主体之间的协作信任与一致行动。EduCTX项目是针对欧洲学分转移和累积系统(简称ECTX)面临的难题，利用区块链技术为个人、高校、用人单位对学历证书管理、颁发和呈现提供的技术平台，将不同利益相关者聚集在一起，创造一个全球化、高效、精简和多样化的环境，以避免跨国、跨校合作中的语言与行政障碍[15]。以区块链技术突破组织间边界，解决高等教育国际化中联合授予学位、学生交换项目等难题，推动高校深度合作。

　　2 EduCTX项目分析

　　EduCTX项目建立在分布式对等网络系统上，以代币(token)代表学生已完成课程的学分值，构建一个基于区块链技术的去中心化、分布式、可互操作、统一、易用的学分与学历证书管理系统。任何组织或个人能够在此系统核实学历证书是否合法，以有效减少文本工作，改善高校间沟通，简化学生学分与学历证书存储与管理，加快学分、学历证书验证过程，满足客户需求。

　　2.1 EduCTX业务流程与功能模型

　　EduCTX区块链网络平台用户主体为高校、学生及潜在雇主。对高校或其它组织而言，EduCTX平台有利于成员组织各种讲座、研讨会或培训班，并为参与学生提供数字证书，能相互共享和验证其它机构颁发的证书可信度。对学生而言，该平台为学生提供一个安全的数字钱包，能够轻松地向任何组织或机构证明其所持证书的完整性与合法性。

　　该平台实现高校成员注册、资格审查与高校区块链网络节点的联通功能;实现学分登记、跨校、跨国转移功能;实现雇主等第三方组织对学分与学历证书的真伪验证功能。如图1所示，非成员通过平台提出申请，经其它成员审核后成为正式成员。成员高校各自建立网络节点，共同形成EduCTX区块链网络。成员高校及师生都可加入该网络。学生在成员高校注册后，平台会分配一个专门的区块链钱包。学生完成课程后，高校教师将课程对应学分的ECTX代币转移到学生区块链地址。学生只需提供自己的区块链地址即可在全球范围内向雇主、高校证明自己已完成的课程、学历证书。整个过程不存在管理、文字或语言方面的障碍。

　　2.1.1 高校加入EduCTX平台流程

　　非成员高校通过EduCTX平台提出申请后，平台会为其生成区块链钱包和地址，地址中包含一组公共密钥和私有密钥。生成地址后，平台会自动将申请高校的注册请求发送给EduCTX平台中某个成员高校。成员高校先验证申请高校官方信息，接着将ECTX代币转移到申请高校的区块链地址中。平台确认交易后，成员高校通过私有通道向申请高校提出发送报销单(Reimbursement)，即ECTX代币请求。申请高校通过其私人渠道收到成员高校的报销单请求后，将ECTX代币转移到成员高校的区块链地址，并告知成员高校验证与申请交易是否存在。如果报销单数值不正确，则成员高校终止申请注册过程。如果正确，成员高校将适当数量的ECTX代币传输到申请高校，并通过EduCTX平台向申请高校发送指令帮助其建立区块链网络节点。网络节点建立成功后，申请高校正式加入EduCTX区块链。如果成员高校履职不佳，或不按照协议使用相应权限，则成员高校可以投票撤销其资格，并将其分配给新的或现有成员高校，以确保所建立的区块链网络安全和可信任。

　　2.1.2 学生注册流程

　　学生注册时，平台为学生分配一个ID并生成一个新区块链地址，地址包含公共密钥和私有密钥，并分配一个2-2多重签名区块链地址，里面存储发送者-发送学分高校名称、接收者-匿名出现的学生、代币-课程学分值、课程名称等信息。该多重签名区块链地址与学生ID存储在成员高校数据库中。高校将ECTX代币转移到学生2-2多重签名区块链地址中，并通过高校的私人通道为学生提供区块链多重签名钱包设置所需信息，具体包括设置EduCTX区块链钱包说明、含有学生公共密钥和私有密钥的区块链地址、学生所在高校的公共密钥、兑换脚本(Redeem script)等，学生依此信息建立自己的区块链钱包，用本人公共密钥和组织公共密钥设置2-2多重签名区块链地址，并生成和签署ECTX代币传递到所在高校区块链地址。高校使用私有密钥签署交易，确认该生已成功创建钱包。

　　2.1.3 学分登记流程

　　考试结束后，教师即可確认并发布考试结果。教师或高校管理办公室找到学生区块链地址，根据课程对应学分使用区块链钱包将适当数量的ECTX代币转移到学生的2-2多重签名区块链地址。其结果存储在学校区块链节点中心数据库中，同时在中心数据库做备份。

　　2.1.4 第三方组织验证学生学分记录流程

　　学生发送自己的区块链地址和兑换脚本给验证者，验证课程学分或学历证书真伪。组织检查兑换脚本以验证学生的区块链地址，并使用区块链平台访问区块链数据，检查2-2多重签名地址中ECTX代币数量。之后通过私人通道要求学生使用私有密钥签署一条消息以验证身份，如果签名消息通过验证则确认ECTX代币属于该学生。

　　2.2 EduCTX平台技术架构

　　2.2.1 基于ARK技术构建开放式联盟式EduCTX区块链

　　区块链有公共型、私有型、联盟型，EduCTX项目基于ARK，采用DPoS共识机制构建兼具公共与联盟特征的教育区块链。ARK不仅是一种加密货币，还是一个区块链大规模应用生态系统，能将各种原本竞争的高校区块链网络节点连接起来，实现各区块链之间的互操作。此外，ARK开放、灵活，提供12种以上适合不同客户开发的编程语言，方便各种私有区块链网络节点加入该平台，提升区块链技术及其客户端应用程序的可用性[16]。EduCTX平台更改DPoS的共识参数，将ARK区块链调整为联合型区块链。该技术能保证高校在加入区块链联盟系统时保持相对独立性，更好地吸引高校加入EduCTX项目。

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文章名称： 基于区块链的高校联盟学分管理系统研究

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