基于区块链的学生电子证书可信共享平台的研究与实现_蔡雪莲.pdf

195数据库系统设计Database System Design电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering17 种特征，经过试验后发现，本文方法能够有效缩减特征数量，同时不降低算法性能，是一种行之有效的方法。但观察最优值可以发现，5 个最优特征有一定相关性，可能是一个局部最优值，下一步将继续研究如何利用特征相关性进一步提升算法表现。参考文献1 张佳鹏,李琳,朱叶.基于强化学习的无人驾驶车辆行为决策方法研究进展 J.电子科技,2021,34(5):6.2 王姝静.电子商务平台个性化推荐强化学习算法研究J.中外企业家,2020(9):1.3 贺嘉璠,汪慢,方峰,等.深度强化学习技术在智能空战中的运用 J.指挥信息系统与技术,2021,12(5):8.4 孙辉辉,胡春鹤,张军国.移动机器人运动规划中的深度强化学习方法 J.控制与决策,2021,36(6):12.5 唐运军,孙舒畅.机器学习中的特征工程方法 J.汽车实用技术,2020(12):3.6 顾亚文.浅谈基础特征工程 J.数字技术与应用,2020,38(2):2.7 施启军,潘峰,龙福海,等.特征选择方法研究综述J.微电子学与计算机,2022(039-003):1-8.8 盛超,宋鹏,郑文明,等.基于子空间学习和伪标签回归的无监督特征选择 J.信号处理,2021,37(9):8.9 梁伍七,王荣华,刘克礼,等.特征选择算法研究综述J.安徽广播电视大学学报,2019(4):7.10 唐运军,孙舒畅.机器学习中的特征工程方法 J.汽车实用技术,2020(12):3.11 姚旭,王晓丹,张玉玺,等.特征选择方法综述 J.控制与决策,2012,27(2):161-166,192.12 Gheyas I A,Smith L S.Feature subset selection in large dimensionality domainsJ.Elsevier Science Inc.2010.作者简介张坤（1990-），男，辽宁省大连市人。硕士学位，助教。研究方向为通信及计算机技术应用。姚媛（1985-），女，辽宁省北票市人。大学本科学历，工程师。研究方向为通信及计算机技术应用。蔡宇（1990-），男，辽宁省大石桥市人。大学本科学历，助理工程师。研究方向为水声对抗及计算机技术应用。现实生活中，学生的学生证，资格证，获奖证书等证书需要在不同的场合使用。目前，这些证书大多都是纸质形式的。纸质版的证照存在着制作效率低、携带不方便、易丢失、传递性差、补办麻烦等问题。作为纸质证书的有效补充，电子证书无需携带，信息容易共享，传递性高，是证书使用和管理的新趋势。然而，电子证书造假却比纸质证书成本更低。同时，集中式的电子证书管理系统，也存在信息泄露和被恶意篡改的风险。引入安全可信且不可篡改的区块链技术是解决上述问题的最有效方案之一。借助于区块链技术去中心化、防篡改和信息可追溯等特性，我们提出了一个新型的基于区块链技术的学生电子证书可信共享平台。该平台能够实现学生证书管理的电子化，打通学生证书颁发和使用部门的数据互通，并为证书数据的隐私性、安全性、可行性提供一个解决方案。1 相关工作区块链技术在 2008 年由Bitcoin:A peer-to-peer electronic cash system1一文提出，是一种多方共同维护，使用加密基于区块链的学生电子证书可信共享平台的研究与实现蔡雪莲1沈中楚2（1.广东工贸职业技术学院 广东省广州市 510440 2.广东工贸职业技术学院 广东省广州市 510440）摘要：本文设计了一个基于区块链技术的学生电子证书可信共享平台。该平台借助于区块链技术防篡改和信息可追溯等特性，保障了电子证书的真实性。使用智能合约，实现了证书颁发和使用的智能化，无需第三方参与就能实现证书的历史追溯，提高了证书颁发和使用的效率。平台基于 Fabric 联盟链，前后端分离，前端采用 Vue 技术，用户界面包含 PC网页端和微信小程序端。后端采用轻量级的 Web 框架 Gin，由 Fabric-SDK-Go 调用合约层链码，完成区块数据上链或读取区块数据的操作。关键词：区块链技术；电子证书；智能合约；Fabric；Gin；Fabric-SDK-Go196数据库系统设计Database System Design电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering技术保证信息传输和访问安全的分布链式结构数据库。十多年来，区块链从以比特币为代表的虚拟货币的 1.0 时代，发展到智能合约与货币相结合,对金融领域提供广泛的应用的2.0 时代，再到在金融行业之外的各行业应用的 3.0 时代，区块链凭借其独特的信用建立机制，正在影响并改变许多行业的运转规则，是将来发展数字化经济、构建新的信息信任体系必不可少的技术之一2。正因如此，全球主要发达国家和发展中国家都在加大产业扶持，提升国家在区块链技术和产业的竞争力。2016 年，工信部颁布中国区块链技术和应用发展白皮书中指出：“区块链系统的透明化、数据不可篡改等特征，完全适用于学生征信管理、升学就业、学术、资质证明、产学合作等方面，对教育就业的健康发展具有重要的价值”。在 2021 年颁布的“十四五”规划纲当中，将区块链作为新兴数字产业之一，明确提出要“推动智能合约、共识算法、加密算法、分布式系统等区块链技术创新，以联盟链为重点发展区块链服务平台和金融科技、供应链管理、政务服务等领域的应用方案，完善监管机制。”2021 年 3 月，教育部印发的关于加强新时代教育管理信息化工作的通知中提到：“探索推动区块链技术在招生考试、学历认证、学分互认、求职就业等领域的应用，提高数字认证可信性”。在此背景下，构建基于区块链技术下的学生电子证书可信共享平台具有非常重要的意义。本文设计并实现了基于区块链技术的学生电子证书可信共享平台，为学生证书的管理带来了如下的改进：（1）基于区块链技术。本项目利用区块链技术的数据不可篡改、可溯源的特性保障了电子证书的真实性。利用区块链技术的去中心化特点，避免数据存储于一个机构使证书数据存在伪造的可能，让证书更有说服力。（2）基于智能合约。使用智能合约，实现了证书颁发和使用的智能化，无需第三方参与就能实现证书的历史追溯，提高了证书颁发和使用的效率。（3）提供证书接口。系统向外提供接口，为其他招聘网站和火车购票网站等第三方机构提供服务，优化了证书在求职、乘坐公共交通工具及其他场合的使用。打通了学生证书颁发和使用部门的数据互通。2 系统设计2.1 设计目标现实生活中，学生的学生证，资格证，获奖证书等证书需要在不同的场合使用。如学生凭学生证享有火车票优惠，需每年携带学生证到火车站注册以做优惠资质绑定；学生到具有学生优惠的门店消费，需出示学生证才能获取优惠。同时，学生的其他一些证件，如考证的资格证书、比赛的获奖证书等，经常需要在评优评先、面试、晋升等场合提供。学生证书的使用涉及学生、学校、证书颁发机构、证书使用机构。他们共享数据的同时，还要保证数据的安全性、完整性图 1：系统架构图 2：用户注册流程图 3：证书签发流程基金项目：2022 年广东省科技创新战略专项资金（“攀登计划”专项资金）项目（pdjh2022b0818）。197数据库系统设计Database System Design电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering和可靠性。2.2 总体设计根据不同场景下的信任构建方式，区块链主要分为三大类：公有链、私有链和联盟链。公有链是一种完全开放的区块链，即任何人都可以加入网络并参与完整的共识记账过程，彼此之间不需要信任。私有链数据的产生、共识、维护过程完全由单个组织掌握，被该组织指定的成员仅具有账本的读取权限。联盟链是一种半开放式的区块链，只有指定的成员可以加入网络，且每个成员的参与权各有不同。联盟链往往通过颁发身份证书的方式事先建立信任关系，具备部分去中心化特点，相比于公有链拥有更高的效率。Hyperledger（超级账本）是一组开源工具，旨在构建表 1：区块链网络组织及节点账户类型组织名组织域名节点数学校node2.school.ipqn.c学生机构管理者排序组织表 2：核心智能合约列表合约名称功能描述输入参数结果注册合约用户注册用户结构体将提交的用户信息上链到区块链账号审批合约管理员审批账号管理员账号、审批账号、是否通过修改审批账号状态，并将账号信息上链到区块链学生账号审批合约学校审批学生账号学校账号、学生账号、是否通过修改学生账号状态，并将学生账号信息上链到区块链查询学生信息合约学校获取本校学生信息列表学校账号从区块链上获取指定学校账号下的学生账号列表学生证创建合约创建或修改学生证学生证结构体将填写的学生证信息上链到区块链学生证注册合约学校为学生注册学生证学校账号、学生证编号列表、注册时间在指定学生证上添加注册时间，并将学生证信息上链到区块链证书签发合约学校/机构账户签发证书学校/机构账号、证书模板编号、学生账号列表、证书类型为指定学生签发所选证书，并将证书信息上链到区块链证书撤销合约撤销证书学校/机构账号、证书编号、撤销原因除指定证书，为证书持有者发送撤销通知，并将删除信息上链到区块链图 4：证书撤销流程图 5：证书查询流程198数据库系统设计Database System Design电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering一个强大的、业务驱动的区块链框架3。Hyperledger Fabric 是 Hyperledger 项目的基石。它是基于许可的区块链，是目前最主流的联盟链开发框架。和其他区块链技术一样，它有一个账本，使用智能合约，是一个参与者管理交易的系统。Hyperledger Fabric 与其他区块链系统的不同之处在于，它是私有的和许可的。Hyperledger Fabric 网络成员通过一个受信任的成员服务提供者（MSP）来注册。注册准入机制避免了由比特币共识机制（POW）所带来的计算资源开销，从而可以大幅提高交易处理效率，满足企业级应用对处理性能的诉求。我们的系统使用联盟链 Hyperledger Fabric 作为项目的底层技术平台。使用智能合约实现证书的签发和撤销、用户对证书查看的权限设定、学校为学生注册学生证、学校为学生颁发结业证书等功能，将智能合约部署到多组织的区块链网络上，编写 Fabric-SDK-Go，并提供功能调用接口，便于其他部门调用。软件系统架构如图 1 所示。系统的前端用户界面包含PC 网页端和微信小程序端。后端采用轻量级的 Web 框架Gin，用户通过浏览器向后端应用层发起请求，后端根据注册的请求进行拦截,并将请求提交给 Fabric-SDK-Go，SDK调用合约层的链码，完成区块数据上链或读取区块数据的操作。3 系统实现3.1 功能模块的设计系统分学校、学生、机构、管理者四种账户类型。学生可以申请电子版学生证和查看自己已有的证书。学校可以审批学生提交的学生证。机构和学校可以创建证书模板并签发电子证书（考试证书、获奖证书等）。系统同时还向外提供接口，为其他招聘网站和火车购票网站等第三方机构提供服图 6：注册登录界面 图 7：学生申请学生证图 8：学校审批学生证 图 9：查看学生证 图 10：创建证书模板图 11：证书签发199数据库系统设计Database System Design电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering务，优化证书在求职、乘坐公共交通工具及其他场合的使用。注册模块：用户调用智能合约，智能合约对用户所填的密码进行 sha256 非对称性加密，然后将用户信息以数字资产的形式存入区块链中。如图 2 所示。证书签发模块：学校或机构调用智能合约，生成指定数据的证书模板，证书模