区块链技术在教育领域的应用模式与现实挑战

现代远程教育研究2017年2期／总146期区块链技术在教育领域的应用模式与现实挑战*□杨现民李新吴焕庆赵可云——————————————————————————————————————————摘要：区块链技术被视为继云计算、物联网、大数据之后的又一项颠覆性技术，受到各国政府、金融机构以及科技企业的高度关注。区块链技术在本质上是一种通过去中心化、高信任的方式集体维护一个可靠数据库的技术方案，其核心技术包括分布式账本技术、非对称加密算法以及智能合约等，具有去中心化、共识机制、可追溯性以及高度信任等特征。区块链技术作为比特币的底层技术不仅在金融等领域日益应用，在教育领域同样具有较大的应用潜力，有望在互联网+教育生态的构建上发挥重要作用，推动教育体系变革。借鉴金融领域区块链应用的经验，教育领域的区块链主要体现为六大应用模式：建立个体学信大数据、打造智能化教育淘宝平台、开发学位证书系统、构建开放教育资源新生态、实现网络学习社区“自组织”运行以及开发去中心化教育系统。当然，由于教育领域自身的独特性和复杂性，区块链技术的应用也面临教育应用推广运行难、教育数据产权模糊、数据存储空间有限以及区块链技术自身安全隐患所引起的师生隐私保护风险等诸多挑战。关键词：区块链；教育应用；应用模式；现实挑战中图分类号：G434文献标识码：A文章编号：1009-5195（2017）02-0034-12doi10.3969/j.issn.1009-5195.2017.02.005——————————————————————————————————————————*基金项目：江苏高校优势学科建设工程资助项目“江苏师范大学教育学省优势学科建设”（苏政办发〔2014〕37）；江苏省“333”工程项目。作者简介：杨现民，博士，副教授，江苏师范大学智慧教育学院，江苏省教育信息化工程技术研究中心；李新，硕士研究生，江苏师范大学智慧教育学院（江苏徐州221116）；吴焕庆，博士，副教授；赵可云，博士，副教授，曲阜师范大学传媒学院，中国教育大数据研究院（山东曲阜276826）。【学术时时空】区块链技术在教育领域的应用模式与现实挑战一、引言区块链技术被视为继云计算、物联网、大数据之后的又一项颠覆性技术，受到各国政府、金融机构以及科技企业的高度关注（Wrightetal.，2015）。2016年美国、英国、日本等发达国家相继将区块链技术上升到国家战略层面，成立了区块链发展联盟。同年，国务院印发的《“十三五”国家信息化规划》首次将区块链列入我国的国家信息化规划，并将其定为战略性前沿技术之一。当前，各行各业都开始关注区块链技术，积极探索利用该技术破解行业难题，促进行业创新发展。在金融领域，全球银行巨头组建R3联盟，包括汇丰银行、瑞银、美国银行等40多家国际大型金融机构，共同发展区块链技术。美国纳斯达克率先推出基于区块链技术的证券交易平台Linq，成为金融证券市场去中心化趋势的重要里程碑（袁勇等，2016）。在北京召开的数字货币研讨会上中国人民银行行长周小川指出，需要密切关注区块链等技术对金融领域带来的影响，要求探索发行数字货币（陈一稀，2016）。在科技领域，IBM联合Linux基金会建立了一个专门区块链开源项目超级账本（Hyperledger），已经进入实质开发阶段。公司将在WatsonIoT平台上提供WatsonAPI帮助企业客户和开发者基于云计算进行物联网应用的开发与测试，以期实现利用区块链引领物联网自治。在能源领域，国外企业已经启动能源区块链项目，比如：德国西门子与纽约新创事业合作将区块链技术应用于微电网电力交易市场；美国的能源公..34区块链技术在教育领域的应用模式与现实挑战【学术时时空】司LO3Energy与比特币开发公司ConsensusSystem合作，在纽约布鲁克林Gowanus和ParkSlope街区为少数住户建立了一个基于区块链系统的可交互电网平台TranActiveGrid。在食品领域，英国萨德大学去年一份研究报告指出，如果将区块链技术应用到食物供应链中，通过让食品的各项数据变得透明，或可减少食物被浪费的现象，从而解决日益严重的食品浪费等全球性问题（金科网，2017）。此外，沃尔玛也在尝试用区块链技术记录食品来源，试图让消费者掌握更多的食品信息，从而改善目前食品行业的一些乱象。在医疗领域，飞利浦医疗和Tierion进行合作，让飞利浦医疗通过区块链技术来完成关于病历资料的认证以及病人的隐私保护（张波，2016）。区块链技术有助于解决医疗行业目前遭受的大规模数据质量问题，为医疗行业提供唯一真实性数据来源，使系统不再遭受人为错误或者手工数据和解，从而解决医疗数据信任问题。随着区块链技术的逐步完善以及应用领域的不断拓展，国际上一些教育机构和学者开始关注并探讨区块链技术在教育领域的应用。北京邮电大学李青教授指出，区块链技术在教育领域具有较大的应用潜力，有助于打造更加开放和更具公信力的教育系统（李青等，2017）。整体来看，当前区块链技术在教育领域的应用探索刚刚起步，缺少成熟的应用案例和清晰的应用思路，亟待加强产学研多方协同研究和实践推进。基于此，本文将对区块链技术的概念与核心技术进行介绍，分析来自金融领域区块链应用的经验与启示，结合现有典型教育案例探讨区块链技术的教育应用思路与价值，并对可能面临的挑战进行分析，以期推动区块链技术在教育领域的应用进程。二、区块链概念与核心技术2008年11月，一位自称中本聪的科学家发表了一篇名为《Bitcoin:APeer-to-PeerElectronicCashSystem》的论文，提出了一种基于P2P组网技术、数学、密码学以及时间戳技术的电子现金系统的构架理念，并于2009年1月设计了一种加密数字货币——比特币，标志着比特币正式诞生。此时人们并没有注意到区块链的概念，直到比特币系统在没有专人维护安全运行多年后，比特币系统的底层核心技术——区块链，作为一种去中心化的数据库技术才开始进入人们的视野。1.区块链的概念区块链（Blockchain）的概念源于数字货币——比特币，是一种把区块以链的方式组合在一起的数据结构（Wangetal.，2016）（见图1），它不依赖中心机构的管理，而在网络中分布式记录与存储。区块按照时间顺序生成并记录待处理的交易信息，由区块头和区块主体两部分组成，区块头负责通过主链连接到下一个区块，区块主体负责存储数据信息。当区块和链形成时系统会自动生成时间戳并为数据信息打上时间标签，这是区块链数据库的一大创新点（Pilkington，2015）。区块链的运作机理是将传统由中心机构统一记录和管理的记账账单变为全网公开并由各个节点共同维护的账单，每笔交易信息都可以通知到全网的用户，账本中的信息可以由所有用户共同核对，这样交易在缺少第三方信用主体时一样可以得到信用担保，从而保障信息的真实性与可信度。图1区块链结构示意图2.区块链核心技术区块链技术是一种通过去中心化、高信任的方式集体维护一个可靠数据库的技术方案，数据库中的每个区块包含系统的全部数据信息，使用数字签名验证信息的有效性和完整性，通过密码学原理链接到下一个区块并形成一条主链（Kosbaetal.，2016）。区块链技术基于密码学原理，使得任何达成一致的双方可直接支付，从而不需要第三方平台的参与，解决了中介信用问题。通过区块链技术，比特币实现了在没有任何中介机构参与的情况下完成双方可以互信的转账行为。区块链的核心技术主要包括分布式账本技术、非对称加密算法以及智能合约。块头块主体时间戳区块1块头块主体时间戳区块2块头块主体时间戳区块3块头块主体时间戳区块4..35现代远程教育研究2017年2期／总146期（1）分布式账本技术分布式账本技术就是交易记账由分布在不同地方的多个节点共同完成，而且每一个节点记录的都是完整的账目，因此它们都可以参与监督交易合法性，同时也可以共同为其作证。其本质是一个可在由多个机构、不同地理位置或者多个节点组成的网络里进行数据共享的资产信息库（MBA，2016）。不同于传统数据库技术由中央管理员进行数据记录与存储，这种账本能在点对点网络中的不同节点之间相互复制，处在同一个网络里的用户均可获得一个真实账本的副本，该账本里存储信息的安全性和准确性通过公开密钥（PublicKey）、私有密钥（Pri-vateKey）以及数字签名（DigitalSignature）的使用来控制账本的访问权，从而实现基于密码学原理的信息维护。（2）非对称加密算法非对称加密算法使用公开密钥（公钥）和私有密钥（私钥）来解决区块链网络中用户信息的安全问题（Wildetal.，2015）。公钥和私钥同时生成，任何用户都可以使用公钥来加密信息，以保证信息的真实性；私钥严格保密，只有信息拥有者才能使用对应私钥解密信息，以保证信息的安全性。（3）智能合约智能合约是一种类似于业务规则的数字化合约，具体体现为交易时自动执行的预先定义好的规则和程序，适合任意区块链数据结构（Victoria，2016）。智能合约的透明脚本代码，在各方监督下，符合条件时会自动执行，无法干预、操纵、反悔和篡改，在可信数据的基础上保证了程序运行结果的可信度。3.区块链技术特征区块链特殊的数据结构与运作机理，使区块链技术具有四个主要特征：去中心化、共识机制、可追溯性以及高度信任（Underwood，2016）。（1）去中心化区块链是由众多节点共同组成的点对点网状结构，不依赖第三方中介平台或硬件设施，没有中心管制，通过分布式记录和存储的形式，各个节点之间实现数据信息的自我验证、传递和管理。数据在每个节点互为备份，各节点地位平等共同维护系统功能，因此系统不会因为任意节点的损坏或异常而影响正常运行，使得基于区块链的数据存储具有较高的安全可靠性。（2）共识机制共识机制主要指网络中的所有节点间如何达成共识的认证原则，去认定一份交易信息的有效性，保证信息的真实可靠。有了该机制，区块链应用中便无需依赖中心机构来鉴定和验证某一数值或交易。共识机制可以减少伪冒交易的发生，只有超过51%的节点成员达成共识，数据交易才能发生，有利于保证每份副本信息的一致性，建立适用于不同应用场景的交易验证规则，从而在效率与安全之间取得平衡。（3）可追溯性区块链中的数据信息全部存储在带有时间戳的链式区块结构里，具有极强的可追溯性和可验证性。区块链中任意两个区块间都通过密码学方法相关联，可以追溯到任何一个区块的数据信息。（4）高度信任区块链是建立信任关系的新技术，这种信任依赖于算法的自我约束，任何恶意欺骗系统的行为都会遭到其他节点的排斥和抑制。区块链技术具有开源、透明的特性，系统参与者能够知晓系统的运作规则和数据内容，任意节点间的数据交换通过数字签名技术进行验证，按照系统既定的规则运行，保证数据信息具有较高的可信度，降低了系统的信任风险。三、来自金融区块链的启示与思考从区块链技术的发展来看，金融是其最先应用和发力的领域，当前国际上的诸多区块链应用案例也都来自金融领域。区块链技术受到风险投资的高度关注和热捧，逐渐成为全球创新领域的热点话题，正在掀起新一轮资本战争。多家世界知名金融机构联合成立了R3CEV和Hyperledger等区块链技术应用联盟，以应对金融领域这场技术标准的竞争和颠覆式创新浪潮（王硕，2016）。1.金融区块链的主要应用模式区块链技术正在改变金融体系间的核心准则（林晓轩，2016），因其安全、透明、不可篡改等特【学术时时空】区块链技术在教育领域的应用模式与现实挑战..36性，使得金融体系间的信任机制不再依赖于第三方管理机构。许多银行业务都将实现“去中心化”，从基于中介服务的交易模式转变为实时点对点交易模式，能够显著降低交易成本，提升交易效率（蔡钊，2016）。当前，区块链技术在金融领域的应用主要集中在数字货币、跨境支付、供应链金融与证券交易等四个方面。数字货币领域。当前，以比特币为代表的数字货币已受到欧美市场的逐步接受和认可，应用覆盖面越来越广，不仅能在商场用比特币购买商品，而且出现了替代现行银行借记卡的比特币借记卡和支取比特币