李康樂 張玉芬 張瑞雪

（哈爾濱金融學(xué)院 黑龍江省哈爾濱市 150030）

2008年，區(qū)塊鏈技術(shù)作為數(shù)字貨幣的底層支撐協(xié)議首次出現(xiàn)于“中本聰”的論文《Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System》[1]中，隨著比特幣創(chuàng)世區(qū)塊的誕生，區(qū)塊鏈技術(shù)從理論走向應(yīng)用[2]。

1 概念

近年來區(qū)塊鏈（Blockchain）的應(yīng)用場景逐漸被擴(kuò)充到金融領(lǐng)域之外的諸多行業(yè)，但由于技術(shù)不夠完善及相應(yīng)變體較多，目前并沒有一個確切的定義[3]。

“中本聰”在論文中把區(qū)塊鏈技術(shù)描述成一種去中心化、可信任、不可篡改、安全可靠的分布式存儲系統(tǒng)；Swan[4]在《Blockchain:blueprint for a new economy》中將區(qū)塊鏈定義為去中心、公開透明的分布式數(shù)據(jù)庫；袁勇等[5]認(rèn)為區(qū)塊鏈?zhǔn)菙?shù)字加密貨幣體系的核心支撐技術(shù)，是以時(shí)序?qū)^(qū)塊以鏈條的方式連接，并采用加密技術(shù)保證數(shù)據(jù)無法修改的一種去中心化的記賬方式；姚國章等[6]認(rèn)為區(qū)塊鏈?zhǔn)侵竿ㄟ^去中心化和去信任的方式，由所有節(jié)點(diǎn)共同維護(hù)的一個特定數(shù)據(jù)庫的集成方案；黃奇帆[7]指出區(qū)塊鏈實(shí)質(zhì)上就是一種去中心化的分布式數(shù)據(jù)庫。

以上關(guān)于區(qū)塊鏈的論述，無論是中本聰?shù)淖畛醵x，還是國內(nèi)學(xué)者的闡述，區(qū)塊鏈本質(zhì)上都是一種去中心化的分布式數(shù)據(jù)庫，它的安全性由純數(shù)學(xué)算法的安全性來保障，具有可信、時(shí)序、可靠的特點(diǎn)。

2 區(qū)塊鏈在教育領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀

隨著區(qū)塊鏈技術(shù)研究與應(yīng)用的增多，2013年開始出現(xiàn)區(qū)塊鏈技術(shù)與教育行業(yè)的融合。

2.1 “區(qū)塊鏈+教育”研究現(xiàn)狀

區(qū)塊鏈與教育領(lǐng)域的結(jié)合已逐步成為區(qū)塊鏈技術(shù)的重要研究方向之一?！吨袊逃F(xiàn)代化2035》提出要建立數(shù)字教育資源共建共享機(jī)制，完善利益分配機(jī)制、知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)制度和新型教育服務(wù)監(jiān)管制度[8]；文獻(xiàn)[9]提出了區(qū)塊鏈在教育領(lǐng)域的幾種應(yīng)用模式，包括教育資源共享、個體學(xué)信數(shù)據(jù)、畢業(yè)證書管理、自組織學(xué)習(xí)等；文獻(xiàn)[10]認(rèn)為，可以利用區(qū)塊鏈的可信性和安全性，記錄學(xué)生的在校信息；文獻(xiàn)[11]認(rèn)為“區(qū)塊鏈+教育”可以重塑高等教育，推進(jìn)資源共享和強(qiáng)化教學(xué)管理；文獻(xiàn)[12]設(shè)計(jì)了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的教育公共服務(wù)平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)互信下的資源共享與版權(quán)保護(hù)。

另外，文獻(xiàn)[13-15]認(rèn)為區(qū)塊鏈可以在高教評估、產(chǎn)教融合及科研經(jīng)費(fèi)管理等方面發(fā)揮積極作用。

2.2 區(qū)塊鏈在高校教學(xué)管理中的研究現(xiàn)狀

基于區(qū)塊鏈的教學(xué)管理最具代表性的是伍爾夫大學(xué)（Woolf University）。2018年成立的伍爾夫大學(xué)是世界上第一所基于區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行學(xué)校教學(xué)管理的大學(xué)，學(xué)生、教師和教育機(jī)構(gòu)之間的關(guān)系由智能合約自動管理[16]。

文獻(xiàn)[17]針對區(qū)塊鏈技術(shù)與高校教學(xué)管理融合的可行性進(jìn)行了分析，認(rèn)為高校應(yīng)當(dāng)融合區(qū)塊鏈技術(shù)，設(shè)計(jì)更為完善的綜合性教學(xué)管理系統(tǒng)，將學(xué)生的學(xué)籍、成績、獲獎、證書等基本信息經(jīng)過時(shí)間戳標(biāo)注，存儲在區(qū)塊鏈中；文獻(xiàn)[18]討論了區(qū)塊鏈技術(shù)在高校教學(xué)管理中成績管理、學(xué)位學(xué)歷認(rèn)證和學(xué)習(xí)檔案3 個細(xì)分場景的應(yīng)用；文獻(xiàn)[19]認(rèn)為基于區(qū)塊鏈的技術(shù)優(yōu)勢，可以將之應(yīng)用于高校教學(xué)管理中，并具體分析了在學(xué)生成績管理、學(xué)習(xí)檔案管理及畢業(yè)證書認(rèn)證等方面的優(yōu)勢；文獻(xiàn)[20]提出在高校教學(xué)管理中部署教學(xué)管理區(qū)塊鏈系統(tǒng)，建議全面錄入學(xué)生信息，包括學(xué)生的各類考評信息，以及在校期間的表現(xiàn)、社交、特長等個人信息，并運(yùn)用智能合約功能，自動完成學(xué)生期末綜合評價(jià)考核；針對成績管理，文獻(xiàn)[21]指出目前國內(nèi)高校成績管理系統(tǒng)大多采用B/S 架構(gòu)，屬于中心化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，存在單點(diǎn)故障、中心節(jié)點(diǎn)不誠實(shí)等問題，利用區(qū)塊鏈技術(shù)的特性能夠?qū)崿F(xiàn)成績系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可信性。

學(xué)籍是高校教學(xué)管理系統(tǒng)的重要組成部分，也是用人單位確認(rèn)畢業(yè)生學(xué)歷和學(xué)習(xí)經(jīng)歷的檔案材料，當(dāng)前學(xué)生的學(xué)籍認(rèn)證可以在“學(xué)信網(wǎng)”的學(xué)籍管理系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)。但是文獻(xiàn)[22]指出，區(qū)塊鏈技術(shù)能夠改變“學(xué)信網(wǎng)”過于中心化的安全隱患，能夠有效保障學(xué)籍信息的真實(shí)性，因此，基于Fabric 框架開發(fā)了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的高校學(xué)籍管理系統(tǒng)原型；文獻(xiàn)[23]基于區(qū)塊鏈技術(shù)設(shè)計(jì)了高校學(xué)籍管理系統(tǒng)，系統(tǒng)采用Hyperledger fabric 框架搭建底層區(qū)塊鏈運(yùn)行環(huán)境，以智能和約實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的查詢與更新操作。

文獻(xiàn)[24]認(rèn)為區(qū)塊鏈和教育教學(xué)相融合，可以對教育資源建設(shè)、教學(xué)過程評價(jià)等發(fā)揮積極作用，可以實(shí)現(xiàn)“以學(xué)為中心”的教育理念；文獻(xiàn)[25]認(rèn)為區(qū)塊鏈技術(shù)特性使得其在學(xué)習(xí)成績記錄與追溯方面具有很好的應(yīng)用價(jià)值，從而在教學(xué)管理的評價(jià)體系上具備很好的科學(xué)性與實(shí)踐性；文獻(xiàn)[26]認(rèn)為區(qū)塊鏈技術(shù)可以和高校教學(xué)過程相結(jié)合，建設(shè)參與度高、資源廣泛的教學(xué)課程系統(tǒng)；文獻(xiàn)[27]指出基于區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建的教育教學(xué)資源平臺，有利于實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源的自增長，使教師能夠主動分享課件、視頻、大綱等教學(xué)材料；文獻(xiàn)[28]認(rèn)為結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)、云文件技術(shù)，提升上傳文件質(zhì)量，可以有效解決區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)存儲空間的問題。

高校教學(xué)管理督導(dǎo)檔案包括周教學(xué)檢查、教學(xué)計(jì)劃和開課教案、學(xué)期教學(xué)檔案檢查、聽評課、教學(xué)異常處理、教學(xué)反饋、評教等材料。文獻(xiàn)[29]建議在高校教學(xué)督導(dǎo)檔案管理中嵌入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)，利用區(qū)塊信息不能被篡改的特性保障教學(xué)督導(dǎo)檔案真實(shí)性的需求。

2.3 “區(qū)塊鏈+教育”應(yīng)用場景

從現(xiàn)有研究文獻(xiàn)分析，國內(nèi)外均已有“區(qū)塊鏈+教育”項(xiàng)目正式運(yùn)行。

尼科西亞大學(xué)于2014年頒發(fā)了數(shù)字貨幣碩士學(xué)位證書；麻省理工學(xué)院運(yùn)用區(qū)塊鏈技術(shù)開發(fā)了證書平臺；索尼公司建設(shè)了基于區(qū)塊鏈的學(xué)習(xí)和認(rèn)證平臺；霍伯頓軟件工程學(xué)院使用區(qū)塊鏈記錄畢業(yè)證書；巴塞羅那大學(xué)教育區(qū)塊鏈平臺記錄了學(xué)生學(xué)習(xí)過程。

國內(nèi)一些基于區(qū)塊鏈的教育應(yīng)用場景也已應(yīng)用。國內(nèi)首個校園區(qū)塊鏈項(xiàng)目在中央財(cái)經(jīng)大學(xué)成功運(yùn)行；北京航空航天大學(xué)與北京大學(xué)聯(lián)合實(shí)現(xiàn)了北航鏈；清華大學(xué)聯(lián)合全國多所高校共建了青藤鏈。

綜上，區(qū)塊鏈技術(shù)由于其結(jié)構(gòu)去中心化，數(shù)據(jù)具有可信、無法篡改、時(shí)序等特點(diǎn)，在高校教學(xué)管理中具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用意義，尤其是在頒發(fā)可信的學(xué)歷證書方面，不僅有眾多的理論研究，類似的應(yīng)用項(xiàng)目也在國內(nèi)外實(shí)際場景中得以運(yùn)行。在高校教學(xué)管理中融合區(qū)塊鏈技術(shù)的研究，目前包含了成績管理、學(xué)業(yè)證書、學(xué)籍檔案、教學(xué)資源以及針對教學(xué)管理的督導(dǎo)檢查等方面，這些研究文獻(xiàn)對區(qū)塊鏈技術(shù)與教學(xué)管理的結(jié)合進(jìn)行了探究，指出了這種結(jié)合具有的前景和實(shí)踐意義，但是在數(shù)據(jù)交易形式、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、共識機(jī)制、激勵機(jī)制以及數(shù)據(jù)存儲等細(xì)節(jié)方面較少涉及，而這些研究又恰恰是建設(shè)一個完整的系統(tǒng)所不可或缺的內(nèi)容。因此，本文試圖在這些微觀方面進(jìn)行探究。

3 基于區(qū)塊鏈實(shí)現(xiàn)可信的高校教學(xué)管理系統(tǒng)

區(qū)塊鏈技術(shù)與高校教學(xué)管理系統(tǒng)相融合，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可信的教學(xué)管理平臺，將在證書頒發(fā)、成績查詢等方面具有權(quán)威性。

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

高校教學(xué)管理系統(tǒng)屬于高校內(nèi)網(wǎng)運(yùn)行的軟件平臺，數(shù)據(jù)的上鏈、存儲主要由位于校園內(nèi)網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)完成。同時(shí)，結(jié)合畢業(yè)生及用人單位對證書、成績等信息的查詢需求，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)架構(gòu)時(shí)需要考慮到外網(wǎng)或者公網(wǎng)設(shè)備的訪問請求。

3.1.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

區(qū)塊鏈系統(tǒng)是基于現(xiàn)有校園網(wǎng)、通過軟件以P2P 協(xié)議完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N虛擬的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，屬于內(nèi)網(wǎng)教育鏈。高校內(nèi)部運(yùn)行的軟件系統(tǒng)，選用校園內(nèi)教學(xué)管理部門、教學(xué)院系、教師及學(xué)生的計(jì)算機(jī)或移動設(shè)備作為區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)運(yùn)行，組成內(nèi)部的區(qū)塊鏈系統(tǒng)。教學(xué)管理部門、教學(xué)院系的計(jì)算機(jī)作為區(qū)塊鏈的全節(jié)點(diǎn)（Full Node，F(xiàn)N）存儲全部區(qū)塊數(shù)據(jù)，教師及學(xué)生的計(jì)算機(jī)或移動終端可以是全節(jié)點(diǎn)也可以作為輕量級節(jié)點(diǎn)（Light Node, LN），輕量級節(jié)點(diǎn)僅存儲數(shù)據(jù)的哈希值。

內(nèi)網(wǎng)教育鏈的結(jié)構(gòu)比較簡單，教育鏈全部由內(nèi)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。鏈上數(shù)據(jù)除了可由內(nèi)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)訪問外，從應(yīng)用的角度，還應(yīng)考慮存在外網(wǎng)節(jié)點(diǎn)訪問的需求，比如基于證書管理的應(yīng)用，學(xué)生畢業(yè)后，畢業(yè)證書上鏈，學(xué)生或用人單位需要時(shí)，可以直接通過公網(wǎng)查詢，這就涉及到外網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的訪問功能。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1：可信高校教學(xué)管理鏈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

在圖1 的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)由FN 和LN 兩種節(jié)點(diǎn)組成。FN 由教學(xué)管理部門以及教學(xué)院系的管理人員的計(jì)算機(jī)設(shè)備承擔(dān)，也可以包括部分愿意擔(dān)當(dāng)FN 的教師設(shè)備，F(xiàn)N 設(shè)備的特點(diǎn)是24 小時(shí)在線、存儲空間大；LN 是教師設(shè)備和學(xué)生設(shè)備，只在需要時(shí)上線，僅存儲數(shù)據(jù)的哈希值，存儲空間不需要很大。為了實(shí)現(xiàn)公網(wǎng)節(jié)點(diǎn)在需要時(shí)訪問教學(xué)管理區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)需求，需要在內(nèi)網(wǎng)選擇1-2個FN 作為邊界節(jié)點(diǎn)，通過IP 地址映射實(shí)現(xiàn)公網(wǎng)到內(nèi)網(wǎng)的訪問。這種方法是把校園網(wǎng)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的私有IP 地址在防火墻上映射成公網(wǎng)IP 地址，公網(wǎng)設(shè)備訪問的是經(jīng)過映射后的公網(wǎng)IP。

3.1.2 體系架構(gòu)

可信教學(xué)管理系統(tǒng)是基于區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用，其底層架構(gòu)是區(qū)塊鏈技術(shù)，如圖2所示。

圖2：可信教學(xué)管理系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

圖2 的體系結(jié)構(gòu)由提供技術(shù)支撐的底層區(qū)塊鏈技術(shù)、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上鏈存儲的觸發(fā)機(jī)制、教學(xué)管理中的應(yīng)用場景及完成應(yīng)用數(shù)據(jù)互聯(lián)的接口層4 部分組成。

（1）應(yīng)用層。應(yīng)用層包括了高校教學(xué)管理的8 個基本功能，分別是：成績管理、證書頒發(fā)與查詢、學(xué)籍檔案管理、共享教學(xué)資源、學(xué)生在校期間的獎懲信息、教學(xué)過程評價(jià)、課程管理以及教師的教學(xué)成果管理。

成績管理：記錄學(xué)生上學(xué)期間的考試成績。當(dāng)學(xué)生需要查詢成績單時(shí)，可以通過移動終端直接查詢。

證書管理：記載學(xué)生在上學(xué)期間獲得的畢業(yè)證書、學(xué)位證書以及各種培訓(xùn)證書。當(dāng)用人單位需要驗(yàn)證證書時(shí)，基于區(qū)塊鏈的平臺可以提供有公信力的證書查詢。

教學(xué)資源：教師教學(xué)過程中形成的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，包括MOOC、教學(xué)課件、教學(xué)案例、學(xué)習(xí)資料等。

龍血樹(Dracaena cambodian)屬于百合科龍血樹屬，樹葉為線狀披針形，簇生于枝條頂端，樹形極具特點(diǎn)，可塑性強(qiáng)，可以根據(jù)人的意愿塑造出不同形狀，樹干古樸滄桑，同時(shí)還能在頂部萌發(fā)新枝，給人一種沉穩(wěn)而不失朝氣的感覺，且十分耐陰，可在室內(nèi)盆栽多年仍然綠意盎然，是園林綠化及家庭盆栽的名貴樹種，具有很好的觀賞價(jià)值。同時(shí)藥用價(jià)值極高，具有止血、生肌、行氣等功效。

學(xué)籍檔案：記錄學(xué)生的學(xué)籍信息。

教學(xué)評價(jià)：針對教學(xué)過程中的評價(jià)情況，包括教師對學(xué)生的評價(jià)、學(xué)生對教師的評價(jià)以及督導(dǎo)的教學(xué)評價(jià)上鏈存儲。

獎懲信息：學(xué)生在上學(xué)期間的任何獎懲信息均存儲在教學(xué)管理鏈上，任何時(shí)刻均可提供具有公信力的學(xué)生誠信查詢。

課程管理：記錄學(xué)生課表及授課教師。

教學(xué)成果：教師的教學(xué)成果均可上傳至教學(xué)管理鏈，基于時(shí)間戳的記錄可有效保護(hù)成果版權(quán)。

（2）接口層。接口層是不同應(yīng)用間數(shù)據(jù)交互的訪問點(diǎn)，可以提供查詢、數(shù)據(jù)采集等功能。

（3）合約層。智能合約是可按照約定條件自動運(yùn)行的軟件，通過在程序中提前設(shè)置運(yùn)行條件，觸發(fā)約定操作。合約層通過智能合約的自執(zhí)行能力觸發(fā)數(shù)據(jù)上鏈或數(shù)據(jù)交易行為。

（4）區(qū)塊鏈技術(shù)層區(qū)塊鏈技術(shù)層包括P2P 網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)傳播機(jī)制、數(shù)據(jù)的處理和存儲子層、節(jié)點(diǎn)間達(dá)成共識選舉記賬節(jié)點(diǎn)的共識機(jī)制以及激勵節(jié)點(diǎn)積極參與的激勵機(jī)制。

3.2 共識機(jī)制

共識機(jī)制是區(qū)塊鏈的核心創(chuàng)意之一。在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，共識機(jī)制解決了分布式節(jié)點(diǎn)間的一致性問題。所謂共識，是指在分布式組網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，彼此互不信任的多方節(jié)點(diǎn)通過信息交互，達(dá)成一致的過程[30]。區(qū)塊鏈系統(tǒng)的共識就是多數(shù)節(jié)點(diǎn)認(rèn)可某節(jié)點(diǎn)的記賬權(quán)利，實(shí)質(zhì)就是通過共識機(jī)制選舉記錄節(jié)點(diǎn)的過程。

1999年，Castro 等人提出了實(shí)用拜占庭容錯（Practical Byzantine Fault Tolerance, PBFT）[31]共識算法，該算法將拜占庭容錯（Byzantine Fault Tolerance, BFT）的計(jì)算復(fù)雜度由指數(shù)級降到了多項(xiàng)式級，使其能夠應(yīng)用在實(shí)際系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)故障節(jié)點(diǎn)數(shù)小于節(jié)點(diǎn)總數(shù)的1/3，PBFT 都可以正常運(yùn)行[32][33]。區(qū)塊鏈的內(nèi)部組網(wǎng)形式或聯(lián)盟形式多采用技術(shù)成熟的PBFT共識機(jī)制或其相應(yīng)的變種實(shí)現(xiàn)共識。

3.2.2 PBFT共識過程

PBFT共識過程包括五個階段，分別是請求（request）、預(yù)準(zhǔn)備（pre-prepare）、準(zhǔn)備（prepare）、提交（commit）、回復(fù)（reply），如圖3所示。在系統(tǒng)中，預(yù)設(shè)教學(xué)管理部門節(jié)點(diǎn)、院系節(jié)點(diǎn)及成為FN 的教師節(jié)點(diǎn)可以參與成為主節(jié)點(diǎn)的選舉。

圖3：PBFT共識過程

PBFT共識機(jī)制的特點(diǎn)是收斂速度快，能夠較短時(shí)間內(nèi)達(dá)成共識。但其需要在一個封閉的節(jié)點(diǎn)集合中兩兩節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，比較適用于聯(lián)盟鏈或私有鏈，是在聯(lián)盟鏈或內(nèi)部鏈中使用最多的共識機(jī)制。

3.3 區(qū)塊結(jié)構(gòu)

可信教學(xué)管理鏈的區(qū)塊包含區(qū)塊頭（Block Header）和區(qū)塊體（Block Body）兩部分。區(qū)塊體由一定時(shí)限內(nèi)每個節(jié)點(diǎn)上鏈的數(shù)據(jù)以交易的形式組成。區(qū)塊頭由所有交易的Merkel 根、父區(qū)塊哈希（每一區(qū)塊只有一個父區(qū)塊）、本區(qū)塊哈希、時(shí)間戳、賬戶信息以及版本號等基本信息構(gòu)成，如圖4所示。

圖4：區(qū)塊的基本結(jié)構(gòu)

3.4 數(shù)據(jù)模型

可信教學(xué)管理鏈的數(shù)據(jù)模型采用賬戶形式實(shí)現(xiàn)。賬戶類型包括：班級賬戶、學(xué)生賬戶及教師賬戶。其中，教學(xué)管理部門及院系均采用教師賬戶形式。

采用賬戶形式存儲數(shù)據(jù)的原因是賬戶的形式與教學(xué)管理的數(shù)據(jù)分類有較強(qiáng)的匹配性。在高校教學(xué)管理中，課程、學(xué)生的組織形式是以班級為單位體現(xiàn)的，所以設(shè)置班級賬戶，而無論教師還是學(xué)生在學(xué)習(xí)或教學(xué)過程中，數(shù)據(jù)的記載是以個體形式存在的，所以分別設(shè)置了學(xué)生及教師賬戶。

班級賬戶存儲屆別、專業(yè)、班級、課表等信息；學(xué)生賬戶存儲學(xué)生在上學(xué)期間與個人相關(guān)的一切信息；教師賬戶除包含教師的個人信息外，還包括教師課表、教學(xué)資源、評教信息以及教學(xué)成果等。

3.5 數(shù)據(jù)存儲

3.5.1 可信教學(xué)管理涉及數(shù)據(jù)

高校教學(xué)管理所涉及數(shù)據(jù)類別較多，基本涵蓋了教師與學(xué)生兩大教學(xué)主體的大部分信息。本文設(shè)計(jì)的可信教學(xué)管理系統(tǒng)，僅選擇以下信息存儲于教學(xué)管理區(qū)塊鏈系統(tǒng)：學(xué)生的學(xué)籍信息、課程信息、成績信息、證書信息、獎懲信息、評教信息、教師的教學(xué)計(jì)劃及教學(xué)資源。

3.5.2 存儲原則

出于存儲空間的考慮，本系統(tǒng)并不把所涉數(shù)據(jù)全部上鏈存儲。數(shù)據(jù)上鏈存儲的原則是只存儲相對簡單的數(shù)據(jù)，如證書、成績、獎懲、個人基本信息等等，像教學(xué)資源等需要占用較大存儲空間的數(shù)據(jù)只計(jì)算數(shù)據(jù)的哈希（Hash）值上鏈存儲，具體數(shù)據(jù)在鏈下存儲。

出于盡量減少數(shù)據(jù)修改的原則，對可能會存在修改的數(shù)據(jù)，比如學(xué)生成績（存在誤判、核分錯誤等情況），將暫存在鏈下數(shù)據(jù)庫，延遲一段時(shí)間以滿足數(shù)據(jù)修改的需要，再將信息上鏈存儲。

3.5.3 數(shù)據(jù)操作類型

可信教學(xué)管理鏈對數(shù)據(jù)的操作可以分成讀操作和寫操作兩類（數(shù)據(jù)的修改和刪除都可以歸納為寫操作）。讀操作不建立區(qū)塊數(shù)據(jù)，主要用于對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的查詢，如學(xué)生查詢證書或成績信息；寫操作要建立區(qū)塊交易信息，主要是對數(shù)據(jù)的寫入，如數(shù)據(jù)上鏈存儲。

對于確實(shí)需要修改的區(qū)塊數(shù)據(jù)，在鏈下數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)進(jìn)行修改操作，加時(shí)間戳及修改標(biāo)記，同時(shí)將該修改操作以一筆寫操作的形式上鏈交易。查詢數(shù)據(jù)時(shí)，先在鏈下數(shù)據(jù)庫查詢，如果數(shù)據(jù)有修改標(biāo)記，上鏈查找該數(shù)據(jù)的Hash 值，查詢時(shí)要包括修改數(shù)據(jù)的最新時(shí)間戳，同時(shí)驗(yàn)證時(shí)間戳和數(shù)據(jù)的Hash 相符才確定數(shù)據(jù)正確。刪除操作，先針對鏈下數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)刪除，同時(shí)上鏈此刪除操作，方式是作為寫操作建立一筆新交易，即將該數(shù)據(jù)交易記錄為刪除標(biāo)記。當(dāng)用戶查詢該條已被刪除的記錄時(shí)，首先會發(fā)現(xiàn)鏈下沒有數(shù)據(jù)，接著查詢鏈上，如果有刪除標(biāo)記，則意味著該數(shù)據(jù)已被刪除。

由于數(shù)據(jù)的修改和刪除操作是對鏈下的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行，因此，數(shù)據(jù)查詢時(shí)，先查詢鏈下數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的狀態(tài)，然后查詢鏈上區(qū)塊的情況，通過比對驗(yàn)證數(shù)據(jù)的修改和刪除以確保數(shù)據(jù)沒有被篡改。

4 結(jié)語

區(qū)塊鏈技術(shù)從2009年的比特幣開始運(yùn)行至今，證明其具有極高的安全性、穩(wěn)定性，是可信、可用的。然而，為了確保數(shù)據(jù)的可靠性，區(qū)塊鏈的不足也十分明顯，一是系統(tǒng)并發(fā)效率較低；二是隨著應(yīng)用的推移，F(xiàn)N 所需存儲空間呈現(xiàn)快速增長；三是區(qū)塊鏈的匿名性，將給監(jiān)管帶來極大挑戰(zhàn)。

本文針對現(xiàn)有研究較少涉及的問題，設(shè)計(jì)了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的高校教學(xué)管理系統(tǒng)，在理論上拓寬了區(qū)塊鏈在教育領(lǐng)域的應(yīng)用場景，為區(qū)塊鏈在教育領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用提供了新思路。