2023年一套基于区块链的可信学历学位认证系统.docx

一套基于区块链的可信学历学位认证系统 华芳 丁毅 孙伽宁 李洁 沈薇 摘   要：学历学位是衡量学生知识水平和社会认可度的重要证明，而现有学历学位数据管理系统存在中心化、易篡改及难以追溯等问题，导致出现造假现象。区块链数据具有不可篡改、可存证、可追溯的特点，将区块链应用于学历学位管理系统，可对学历学位获得过程进行溯源。文章基于区块链和智能合约技术，设计了一套可信的学历学位认证系统，从效率和可信度平衡、访问控制平安等角度展开设计工作，并详细介绍系统的运转流程，为学历学位认证可信溯源的开展提供参考。 关键词：学历学位溯源;区块链;协同存储;智能合约 中图分类号： TP311          文献标识码：A Abstract： Education and degree is an important certification to measure students" knowledge level and social recognition， while the current data management system of education and degree has problems. The problems are centralization management， easy to tamper with and difficult to trace， which lead to the phenomenon of fraud. Data on blockchain has the characteristics of non-tampering， credible storage and traceability. The application of blockchain in education and degree management system can trace the process of obtaining education and degree certification. In order to provide a reference for the development of credibility traceability of education and degree certification， the paper designs a trusted education and degree certification system based on the technology of blockchain and smart contract， considering the balance between efficiency and credibility， access control security measures etc.， and introduces the operation process of the system in detail. Key words： education and degree traceability; blockchain; collaborative storage; smart contract 1 引言 學历学位证书是社会衡量学生能力的重要标准之一，对于个人的求职与深造都会产生重要影响。目前，只有学信网、学位与研究生教育开展中心以及国（境）外学位认证系统，能提供国内外学历学位证书认证。但是目前学位学历管理系统普遍采用集中化的数据管理，存在单点故障以及数据被篡改的风险，且难以实现学历学位获得过程的溯源[1]。因此需要进一步研究学历学位证明管理方式，加强过程溯源、加大造假难度，从而减少学历学位造假现象。 区块链具有去中心、可追溯存证、不易篡改等特点，近几年在金融交易以及物流溯源方面已经发挥了重要作用，区块链与教育的结合也在逐步展开。2023年，教育部在两会中提出关于探索运用区块链技术进行学位证书认证的建议，明确表示将密切关注区块链技术，积极探索其在学生管理中的应用[2]。同年发布的教育信息化2.0行动方案[3]中也指出要积极探索基于区块链技术的学习效果记录、转移、交换、认证等有效方式。工业和信息化部在中国区块链技术和应用开展白皮书也提出了建立基于区块链的教育存证平台的设想[4]。 将区块链与学历学位溯源结合，可以防止数据被恶意篡改，学历学位判定规那么执行公开透明，能有效减少数据造假的风险。但是依然存在一些问题：区块链上数据处理速度较慢、处理本钱高，学历学位溯源又涉及到大量的学生数据，区块链与学位溯源结合后系统业务执行效率不高;学历学位溯源系统具有不同的用户角色、不同的操作内容，如果不对用户权限加以可信管理，易产生不正确的修改或误操作，且缺乏追责监管机制;智能合约可以用于控制学位认证规那么，但规那么在实际中是变化的，不同届的学生可能需要制定不同的学历学位判定规那么，每次都重新编写智能合约程序，会为管理员带来许多冗余工作。 针对以上区块链与学历学位溯源认证结合后存在的问题，本文在基于区块链的学历学位溯源认证系统中，设计并实现了数据协同存储、智能合约用户访问控制、学位判定智能合约模板三局部功能，促进区块链学历学位溯源系统平安、高效运行。 2 相关工作 2.1 传统学历学位认证开展现状 为了提供学生学历学位证书有效性证明，2002年学信网上线。随后，推出了“学信二维码〞，学生可将该二维码嵌入求职简历中。2023年，教育部学位中心也开始提供学位认证效劳，还可通过国外学位认证系统查询国外证书的有效性[5]。 以上认证都是通过权威机构的背书，这在一定程度上增加了学位证书的伪造难度，但是这种中心化的数据管理方式依然存在数据篡改风险。具体表现为： （1）传统学位认证数据存储在中心化的数据库中，数据可以被高权限的管理员修改，甚至访问日志也可能被改动，存在学历学位数据的不真实以及不可追溯的风险。 （2）传统学历学位的认证通常采用半人工审核的方式，认证规那么可以被人为修改，审核人员具有较大权力，执行结果可能存在质疑。 （3）传统学历学位认证通常只有少数权威机构参与，其他角色如学校、教师、学生的参与度缺乏，缺乏公开透明的高效约束机制，且认证往往只是注重结果，认证过程追溯功能受限。 2.2 基于区块链的教育認证研究现状 近几年，众多学者积极探索区块链在各领域的应用，“区块链+教育〞就是其中之一，目前已有众多区块链加教育认证工程落地。2023年Bitproof公司与霍伯顿学校联合，将区块链与教育存证结合，使用区块链记录学生学习成果。随后索尼公司、麻省理工学院[6]也展开了区块链在教育存证中的研究。2023年，欧盟委员会在发布的区块链在教育行业（Blockchain in Education）报告中指出区块链与教育结合中的数字认证、信用认可、学分转换和支付交易方面还需进一步研究[7]。英国开放大学知识媒体学院与英国电信也创立了一个名为“OpenBlockchain〞的基于以太坊的区块链教育平台，利用区块链智能合约对开放大学的课程证书进行记录，同时还会提供证书关联信息，如接收方、颁发方、颁发标准以及颁发依据等。 局部学者也在进行“区块链+教育〞的可行运作模式的探索。Sharples（2023）[8]提出利用区块链建立一个研究成果、创意以及声誉的记录系统，实现可信存证。吴莎莎（2023）[9]分析了将数字徽章认证理念与内容嵌入区块链平台可行性，并提出了基于区块链技术的在线学习凭证公布系统的架构及应用方式。李中振（2023）[10]指出区块链技术去中心、不可篡改的特点可以有效保障学籍信息的平安和真实，作者还基于Fabric框架开发了一个学籍管理系统原型。Jirgensons （2023）[11]指出在线学习颁发的数字证书可以鼓励学生学习，且证书分享方便，但是存在证书失效的风险，因此提出将区块链作为在线认证证书记录、存储以及管理的底层技术，实现在线学习证书的可信认证。 我国近几年采用信息化手段实现学历学位信息管理，一定程度上增加了学位造假的难度。但是，由于传统系统采用中心化的管理方式，数据依然存在篡改风险。近几年区块链技术在物流溯源、金融交易等领域被广泛应用，但是区块链与学位认证结合的技术方案还在探索中，本文提出一套区块链学历学位溯源认证技术方案，力图在性能和效率之间寻找平衡，高效利用智能合约特征，为可信学历学位的认证开展提供支持。 3 区块链及相关技术 3.1 区块链技术 区块链是一种新兴的技术，具有分布式、不可篡改、公开透明、可追溯的特点[12]。智能合约是传统纸质合约的数字化版本，智能合约与区块链的结合，使其具备合约公开和不可篡改的特性。主流的区块链平台有以太坊（Ethereum）、Hyperledger Fabric以及EOS（Enterprise Operation System）[13]。目前，区块链平台普遍存在数据处理速度慢、存储本钱高的问题，除了通过修改共识算法提高存储的效率，还可以结合分布式存储系统[14]，如区块链数据库BigchainDB[15]、分布式文件系统IPFS[16]、Swarm[17]等协同存储，在高可信与高效率之间寻找平衡。 区块链技术在学位认证应用中发挥的作用主要表达在三个方面。 （1）利用区块链技术存储学历学位认证数据，可保证数据不易篡改，完成学历学位认证的全流程追溯。 （2）区块链智能合约可以将学历学位认证规那么公开透明，并自动执行，具有较强的可信度。 （3）区块链根底上的学历学位认证系统可加强多角色或多单位的参与度，形成一套可信公开约束机制，有效推动可信认证模式的开展。 3.2 访问控制技术 访问控制是指在鉴别用户的身份后，通过某种方式显示的许可或限制用户对数据的访问、对功能的操作，防止违法用户进入或合法用户错误操作带来破坏。目前有基于角色（Role-Based Access Control，RBAC）、属性（Attribute-Based Access Control，ABAC）等访问控制模型[17]。 RBAC模型满足最小特权、职责别离以及数据抽象的原那么，同时具有易管理、易建模的特点。目前，以RBAC为根底的访问控制模型在各企业权限管理系统中广泛应用。由于区块链上数据不可篡改，区块链智能合约一旦部署便不可篡改、全网节点共同执行、执行过程公开透明，因此区块链可作为访问控制模型的维护者，解决以往访问控制部署在中心化效劳器易被篡改的问题[18]。已有学者提出将访问控制模型与区块链智能合约结合，用于物联网设备[19]以及系统[20]的访问管理。 4 学历学位可信溯源机制 本文针对当前学历学位验证的可信性挑战，设计并实现了一套基于区块链的学历学位溯源系统，并提出了数据协同存储机制、智能合约用户访问控制机制以及学位判定智能合约模板机制，以提高学历学位溯源系统的数据处理效率和信息可信度，方便管理员对学历学位系统进行维护。 4.1 系统架构 基于区块链的学历学位溯源系统架构如图1所示，该系统可分为四个模块：前端页面展示、后端业务逻辑、合约规那么及可信存储。 （1）页面展示面向用户，可供学生、教务管理人员以及用人单位等更新或查询学生学历学位相关数据。 （2）业务逻辑模块支持对前端收集到的数据进行增加、更新等操作，同时包含对区块链以及链下分布式存储系统接口的调用。 （3）合约规那么即区块链智能合约中的程序，用于执行关键业务逻辑，包括用户访问控制、学历学位授予和学年合格性判定等。 （4）可信存储由区块链以及链下分布式存储系统组成。区块链用于存储学生属性数据、智能合约判定所需数据以及智能合约判定结果。链下分布式系统那么存储除智能合约规那么以外全部数据，包括关键信息和非关键信息。关键信息包括关键属性数据，比方学生身份数据。智能合约判定所需数据为判定规那么所需数据，智能合约生成结果那么包括学生是否毕业等判定结果。其