孫華林 盛昀瑤 王瑩

摘要：該文介紹了區(qū)塊鏈概念、分類及Fabric框架技術，分析了非學歷在線教育之現(xiàn)狀及面臨的問題，給出了基于Fabric構建非學歷在線教育學習成果認證系統(tǒng)的設計和原型實現(xiàn)過程，對構建終身學習型社會具有一定的理論指導意義和實際應用價值。

關鍵詞：區(qū)塊鏈;在線教育;成果認證

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）35-0232-03

近兩年，被金融市場“比特幣”概念帶火的區(qū)塊鏈技術因具有“可追溯、防篡改、去中心化[1]”等特點，受到各國政府及企業(yè)的高度關注，其在金融、政務、物流、審計等領域的應用越來越廣泛。區(qū)塊鏈可排除被中心化代理控制的風險，其發(fā)展及應用在不久的將來可能會顛覆各行業(yè)傳統(tǒng)的運行模式。教育界也開始考慮應用區(qū)塊鏈構建教育信息化基礎設施，解決教育問題，提供創(chuàng)新服務[2]。國外，2015年秋季麻省理工學院的媒體實驗室采用區(qū)塊鏈研發(fā)了學習證書平臺在區(qū)塊鏈上共享學歷證書信息。國內，沈忠華認為區(qū)塊鏈的“去中心化、可追溯”可解決教育評估過程中易受教育機構行政部門約束（如評估材料造假）等難題。上述研究一定程度上解決了傳統(tǒng)學歷教育中存在的一些問題。研究者一直關注區(qū)塊鏈在各行業(yè)包括傳統(tǒng)的以“學校為中心”的學歷教育的應用研究。但在教育領域，隨著以慕課為代表的全球開放教育資源運動的持續(xù)深入發(fā)展，人類學習呈現(xiàn)出模式數(shù)字化、內容多樣化、機會民主化、場所分散化的日益多元的去中心化特征，研究者對這種去中心化的在線教育領域的研究不多，尤其是在線教育如何構建“可信”的“學習過程檔案及學習成果認證”的研究方面。本文將基于Fabric區(qū)塊鏈框架，解決“去中心化、缺少政府信用支撐”的在線教育在構建終身教育體系時面臨提供“學習者真實學習軌跡與過程記錄、學習成果認證”等一系列問題，對構建終身學習型社會具有重要的理論指導意義和實際應用價值[2]。

1 區(qū)塊鏈及其開發(fā)框架

1.1區(qū)塊鏈概念及分類

區(qū)塊鏈技術是基于塊鏈式數(shù)據(jù)結構來驗證與存儲數(shù)據(jù)、采用分布式節(jié)點共識算法來生成和更新數(shù)據(jù)、利用密碼學原理保證數(shù)據(jù)訪問安全、采用智能合約編寫腳本來操縱數(shù)據(jù)的一種全新的分布式基礎架構和計算范式，它具有“可追溯、防篡改、去中心化”的特征[3]。

根據(jù)應用場景不同，區(qū)塊鏈一般可以分為公有鏈、聯(lián)盟鏈和私有鏈3種類型。公有鏈顧名思義，就是鏈上的每一個節(jié)點都是“公共的、開放的”，網(wǎng)絡上的任何組織或用戶都可以訪問這個節(jié)點;私有鏈和公有鏈之“開放節(jié)點”特征恰恰相反，其鏈上的節(jié)點僅僅向有權限的用戶開放，其他沒有權限的用戶不能查看或操作私有鏈上的節(jié)點中的數(shù)據(jù);聯(lián)盟鏈是介于公有鏈和私有鏈之間的一種“去中心化”被弱化的區(qū)塊鏈類型，一般是由利益攸關方組成的聯(lián)盟發(fā)起和創(chuàng)建，聯(lián)盟鏈中的每一個節(jié)點都代表某個組織，這些組織都是通過充分的授權才能進入聯(lián)盟鏈，成為其中的一分子[4-5]。

1.2區(qū)塊鏈主流開發(fā)框架介紹

1.2.1比特幣Bitcoin

比特幣是區(qū)塊鏈技術的第一個應用場景，也讓區(qū)塊鏈技術從此名聲大噪，對區(qū)塊鏈技術崛起有著舉重若輕的作用，這里不再詳述。

1.2.2以太坊Ethereum架構

這是區(qū)塊鏈2.0的典型應用代表，是一種面向所有公眾的公有鏈。其采用五層架構，從上到下分別為數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡層、共識層、激勵層和智能合約層。數(shù)據(jù)層是基礎層，主要負責數(shù)據(jù)存儲及數(shù)據(jù)安全，采用leveldb實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲，基于哈希函數(shù)和非對稱加密保證交易安全;網(wǎng)絡層采用點對點技術實現(xiàn)鏈中節(jié)點的互聯(lián);智能合約層為開發(fā)者提供可編程特性，其實現(xiàn)了區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)透明、不可篡改及永久運行的三個特性。以太坊中智能合約運行環(huán)境是以太坊虛擬機（EVM），運行在EVM中的Code被沙箱封裝起來只能有限制的調用。目前基于以太坊的合約項目已達到數(shù)百個，比較有名的有Augur、TheDAO、Digix、FirstBlood等。

1.2.3 Corda架構

Corda是由R3CEV推出的一款分布式賬本平臺，主要是為金融機構特別是銀行打造的一個系統(tǒng)。從區(qū)塊鏈的嚴格意義上來講Corda并不是真正意義上的區(qū)塊鏈，它是一個“受區(qū)塊鏈啟發(fā)的”技術平臺。Corda采用UTXO模型、網(wǎng)絡是基于P2P的分布式網(wǎng)絡，沒有廣播，只是基于點對點的消息交流方式，網(wǎng)絡中的每個節(jié)點都執(zhí)行稱為CorDapps的應用程序的JVM run-time environment。

1.2.4螞蟻區(qū)塊鏈Baas

螞蟻區(qū)塊鏈BaaS的全稱即Blockchain as a Service，也就是大家熟悉的阿里云區(qū)塊鏈服務。因基于云平臺開放區(qū)塊鏈技術，架構平臺具有高性能、高可靠和高容錯性，在隱私保護方面也做得很好。螞蟻區(qū)塊鏈BaaS主要的應用場景是企業(yè)級聯(lián)盟鏈，采用三層技術架構（分別為底層BaaS Core、中間層BaaS Plus和頂層BaaS Marketplace），主要有聯(lián)盟鏈管理、身份認證、自動化部署、區(qū)塊鏈服務、業(yè)務配置等五個核心功能。

1.2.5 Fabric架構

Fabric是由IBM和DAH主導開發(fā)的一個區(qū)塊鏈框架，是超級帳本的項目成員之一。它是一種“松耦合”架構，架構中的共識機制、身份驗證等模塊采用組件化設計思想，允許開發(fā)人員根據(jù)應用需求選擇相應的模塊來實現(xiàn)功能。Fabric是一種采用了Docker容器技術的分布式智能合約平臺，允許開發(fā)者將編寫的智能合約代碼放在容器中運行，因此開發(fā)人員在智能合約編碼階段可以使用Java、Python、C#等所有開發(fā)語言來實現(xiàn)。

2 非學歷在線教育之現(xiàn)狀及困境

2.1現(xiàn)狀

在傳統(tǒng)的學歷教育及非學歷技術培訓市場，信息化教學正在顛覆人們受教育的方式。各種依托網(wǎng)絡的在線資源如面向“公眾”的MOOC課程及面向“小眾”的SPOC課程如雨后春筍般涌現(xiàn)出來，傳統(tǒng)的線下教學如以學校、各類培訓機構為中心的“中心化”教育模式逐步向網(wǎng)絡在線模式轉變[2]。這種轉變?yōu)閷W習者帶來了教育選擇多樣化、培訓內容多樣化、受教育機會均等化、降低學習者學習成本等好處，學習者可以因地制宜、根據(jù)自己的時間、特點選擇線上教育資源。近兩年出現(xiàn)了諸如中國大學慕課網(wǎng)、職教云等一系列在線資源平臺，為廣大學習者提供了幾千門在線優(yōu)質課程，有力地推動了教育的機會均衡發(fā)展。

2.2面臨的問題

網(wǎng)絡在線開放教育雖然為學員提供了大量的優(yōu)質課程，有力地推動了新時期的新的學習方式變革，也存在著“信任危機”問題。傳統(tǒng)的線下學歷教育因有政府的信譽支撐，學歷教育過程中的“過程材料、學習成績”及發(fā)放的學歷證書不會產(chǎn)生“信任危機”，而缺少“政府信譽支撐”的網(wǎng)絡在線開放教育面臨提供“學習者真實學習軌跡與過程記錄、學習成果認證”等一系列信任問題，基于區(qū)塊鏈技術構建“可信的學習過程檔案”勢在必行。

3 Fabric框架技術在非學歷在線教育中的運用

3.1 Fabric及其架構

3.1.1 Fabric框架技術

Hyperledger是由Linux基金會主導的區(qū)塊鏈開源項目，項目包含了面向多個領域的區(qū)塊鏈開源框架，其中Fabric是這些開源框架中最著名的一個。根據(jù)區(qū)塊鏈的分類性質，F(xiàn)abric框架是一種適合構建跨多個組織的去中心化應用的企業(yè)級解決方案，可以歸類為聯(lián)盟鏈，這種聯(lián)盟鏈和以太坊等公有鏈在設計上有區(qū)別，那就是引入了身份驗證、權限控制及數(shù)據(jù)隱私保護機制，以適應企業(yè)級應用的限制性要求[6]。

Fabric分布式賬本采用不可篡改的區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)結構保存信息，可以將學習者的各個學習環(huán)節(jié)記錄到區(qū)塊鏈中，保證了溯源信息的透明與可信。

3.1.2 Fabric架構

Fabric是聯(lián)盟鏈，其架構核心為Identity，Ledger及Transac-tions，Smart Contact幾個部分[7]。Identity即身份管理戚員管理，只有有權限的org組織才被允許加入?yún)^(qū)塊鏈網(wǎng)絡;Smart Con-tract即智能合約，體現(xiàn)為一段業(yè)務邏輯代碼一鏈碼;Fabric不僅提供了方便的、可以根據(jù)不同需求來設置共識協(xié)議的方法，還提供API方便應用開發(fā)，服務端ChainCode開發(fā)可采用Go、Java或者Node.js，客戶端應用可以使用Java SDK。Fabric整體架構如下圖1所示。

3.2基于Fabric的非學歷在線教育學習成果認證系統(tǒng)設計

如圖2所示，非學歷在線教育學習成果認證系統(tǒng)分為Fab-ric區(qū)塊鏈網(wǎng)絡平臺、Application應用組件及智能合約部分。區(qū)塊鏈網(wǎng)絡平臺設計了CA、Endors及Order三個節(jié)點和一個DataStore服務。CA節(jié)點負責證書管理，如果某組織org1中的p節(jié)點沒有加入channel通道中，那么Order在下發(fā)區(qū)塊的時候，就不會向org1組織中的節(jié)點分發(fā)這個區(qū)塊;DataStore服務可以實現(xiàn)對分布式賬本的各種操作，Application應用組件部分基于Fabric-Node.js-SDK采用gRPC遠程過程調用訪問區(qū)塊鏈平臺進行各種數(shù)據(jù)操作，智能合約部分采用編碼實現(xiàn)和外界數(shù)據(jù)交換接口功能。

3.3系統(tǒng)最小原型的實現(xiàn)

3.3.1系統(tǒng)需求

基于Fabric的非學歷在線教育學習成果認證系統(tǒng)功能需求分析將主要分為賬戶管理、學習管理、區(qū)塊鏈管理及加密傳輸管理4個模塊。

賬戶管理主要實現(xiàn)組織機構用戶注冊功能。學習者在網(wǎng)上學習前系統(tǒng)首先采用非對稱秘鑰進行區(qū)塊鏈節(jié)點的合法性檢驗，驗證通過的節(jié)點才有被允許加入?yún)^(qū)塊鏈網(wǎng)絡的權限。學習管理模塊對學習的資源、學員信息、培訓機構、學習過程記錄等進行統(tǒng)一管理。區(qū)塊鏈管理模塊是整個系統(tǒng)的核心，系統(tǒng)中學員的學習過程、成績等資料將被記錄到節(jié)點區(qū)塊中，這一過程具體采用的是監(jiān)聽機制，即當監(jiān)聽到系統(tǒng)中有學員學習成果信息后，成果信息將被記錄在最近的節(jié)點中，然后這個節(jié)點通過區(qū)塊鏈廣播的方式向整個鏈發(fā)送自己記錄的區(qū)塊數(shù)據(jù)。

3.3.2基本數(shù)據(jù)存儲（CouchDB）

系統(tǒng)有培訓機構信息、學員信息、課程信息、講師信息、學員學習過程記錄5個基本數(shù)據(jù)表。

培訓機構信息包括機構名稱、地址、用于標識機構唯一身份的ID、公鑰publicKey、私鑰privateKey及標識學員身份的stu-dentID;學員信息包括學員姓名、性別、身份證號和標識學員唯一身份的studentID;課程信息主要包括課程ID、開課時間、結束時間、學時、課程簡介、開課講師ID;學員學習過程記錄信息包括主鍵ID、開始學習時間、結束學習時間、學員標識studentID、學員狀態(tài)、培訓機構ID、機構簽名信息、學習課程ID、是否完成學習、獲得成果信息列表等信息。

3.3.3系統(tǒng)簡單實現(xiàn)過程

編寫并部署智能合約函數(shù)，調用這個函數(shù)將培訓機構信息、課程信息、講師信息寫入到分布式賬本中，并生成區(qū)塊記錄。學員注冊后可以選擇某個培訓機構中的課程資源進行學習，此時需要在學習過程記錄中寫入學習操作記錄。當學員完成學習并有成績等學習成果產(chǎn)生時，系統(tǒng)將會調用預先編譯并部署完成的智能合約自動更新該學員的狀態(tài)信息，并在分布式賬本中記錄相關操作然后生成區(qū)塊。

4 結束語

本文采用Fabric框架構建了非學歷在線教育學習成果認證系統(tǒng)原型，通過在“鏈”上發(fā)布與記錄學習者的學習軌跡、過程記錄及學習成果，保證了鏈上的數(shù)據(jù)不可篡改、偽造和公開透明，為學習者提供了可信的終身學習檔案和學習成果認定，對構建終身學習型社會具有一定的理論指導意義和實際應用價值。

參考文獻：

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[2]孫華林，盛昀瑤，蘇寶莉.區(qū)塊鏈+在線教育的現(xiàn)狀分析與研究[J].湖南郵電職業(yè)技術學院學報，2019（6）：16-18.

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[4]周利平，張景韶，蘇理華.基于區(qū)塊鏈技術的學分銀行學習成果認證體系結構變更[J].湖北函授大學學報，2018，31（16）：34-37.

[5]張偉遠，張璇.推進終身學習和建立學分認證制度的最新發(fā)展與實踐探索[J].終身教育研究，2017（2）：11-16.

[6]葉柯.區(qū)塊鏈在學分銀行平臺中的應用研究——基于Ethe-reum區(qū)塊鏈的學分銀行系統(tǒng)的研究與實踐[J].寧波廣播電視大學學報，2018（12）：113-118.

[7]熊維祥.基于區(qū)塊鏈技術的學分認證系統(tǒng)研究[D].北京：北京郵電大學，2018.

【通聯(lián)編輯：謝媛媛】

收稿日期：2019-10-19

基金項目：2018年度CCF職業(yè)教育發(fā)展委員會職業(yè)教育科研課題“區(qū)塊鏈視域下在線開放教育與傳統(tǒng)教育學分互認體系構建研究”（項目編號：CCFV2018010）;2018年度江蘇高校哲學社會科學研究基金項目“區(qū)塊鏈新技術視域下在線開放課程之學分鏈生態(tài)體系構建研究”（項目編號：2018SJA1845）

作者簡介：孫華林（1977-），男，江蘇徐州人，常州機電職業(yè)技術學院副教授，碩士，研究方向為教育教學信息化、云計算及大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈。