摘要：高校學(xué)分銀行作為教育模式的創(chuàng)新，為學(xué)生提供了跨校甚至跨國界的靈活學(xué)分認證途徑。然而，隨著應(yīng)用的深入，學(xué)分轉(zhuǎn)換過程中的安全性、透明度和效率問題逐漸顯現(xiàn)，亟須有效解決。區(qū)塊鏈技術(shù)以其獨特的去中心化特性、數(shù)據(jù)的不可篡改性和交易的可追溯性，為這些挑戰(zhàn)提供了創(chuàng)新的解決方案。深入分析了高校學(xué)分銀行在學(xué)分轉(zhuǎn)換中遇到的現(xiàn)狀和挑戰(zhàn)，詳細探討了區(qū)塊鏈技術(shù)在提升學(xué)分轉(zhuǎn)換安全性、增強透明度和提高效率方面的優(yōu)勢，并提出了一個構(gòu)建基于區(qū)塊鏈的學(xué)分轉(zhuǎn)換平臺的詳細方案，旨在通過技術(shù)創(chuàng)新推動教育模式的進一步發(fā)展和完善。

關(guān)鍵詞：教育信息化；高校學(xué)分銀行；區(qū)塊鏈技術(shù)；學(xué)分轉(zhuǎn)換平臺

一、前言

在終身學(xué)習(xí)理念的推動下，高校學(xué)分銀行作為一種新型的教育模式，旨在打破傳統(tǒng)教育體系的界限，實現(xiàn)學(xué)分的跨校、跨區(qū)域甚至跨國界轉(zhuǎn)換。然而，學(xué)分轉(zhuǎn)換過程中的信任問題、數(shù)據(jù)安全問題以及轉(zhuǎn)換效率問題，限制了學(xué)分銀行模式的廣泛應(yīng)用。區(qū)塊鏈技術(shù)以其在數(shù)據(jù)安全、透明度和去中心化方面的優(yōu)勢，為高校學(xué)分銀行提供了一種創(chuàng)新的解決方案[1-2]。

二、高校學(xué)分銀行學(xué)分轉(zhuǎn)換現(xiàn)狀和挑戰(zhàn)

當(dāng)前高校學(xué)分銀行在學(xué)分轉(zhuǎn)換領(lǐng)域面臨諸多挑戰(zhàn)，主要包括認證過程的復(fù)雜性，由于涉及多個教育機構(gòu)和認證機構(gòu)的審核，導(dǎo)致整個流程變得冗長且效率低下。安全性和隱私保護的不足增加了學(xué)生學(xué)分信息被泄露和篡改的風(fēng)險。透明度的缺失使學(xué)生難以追蹤轉(zhuǎn)換進度和結(jié)果。技術(shù)兼容性問題造成不同教育機構(gòu)的信息系統(tǒng)可能互不兼容，阻礙了學(xué)分信息的流通。政策和法規(guī)的限制可能影響學(xué)分轉(zhuǎn)換的靈活性和適用性。這些問題不僅增加了學(xué)生和教育機構(gòu)的負擔(dān)，也影響了教育質(zhì)量和信任度。為了解決這些問題，需要采取包括制定統(tǒng)一的學(xué)分轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)、加強數(shù)據(jù)保護措施、提高流程透明度和追蹤能力、采用先進技術(shù)簡化流程在內(nèi)的綜合性方案，以確保學(xué)分轉(zhuǎn)換的安全性、公正性和便捷性。

三、區(qū)塊鏈技術(shù)在學(xué)分轉(zhuǎn)換機制中的應(yīng)用優(yōu)勢

區(qū)塊鏈技術(shù)在高校學(xué)分銀行學(xué)分轉(zhuǎn)換機制中的應(yīng)用帶來了一系列顯著的優(yōu)勢，包括以下方面：

第一，去中心化。區(qū)塊鏈的去中心化特性消除了對單一中心化認證機構(gòu)的依賴，將數(shù)據(jù)存儲和管理分散在網(wǎng)絡(luò)中的多個節(jié)點上。這種分布性不僅減少了系統(tǒng)對單一故障點的脆弱性，而且通過多節(jié)點共識提高了學(xué)分轉(zhuǎn)換的效率和響應(yīng)速度。

第二，不可篡改性。區(qū)塊鏈?zhǔn)褂眉用芗夹g(shù)，如哈希算法，確保一旦數(shù)據(jù)被寫入?yún)^(qū)塊鏈，就無法被更改或刪除。這為學(xué)分信息的真實性和完整性提供了強有力的保障，大大降低了信息被篡改的風(fēng)險。

第三，可追溯性。區(qū)塊鏈的每個區(qū)塊都包含前一個區(qū)塊的哈希值，形成了一條長鏈，使得任何學(xué)分轉(zhuǎn)換記錄都可以追溯到其原始狀態(tài)。這種可追溯性增強了學(xué)分轉(zhuǎn)換過程的透明度，使學(xué)生和教育機構(gòu)能夠清晰地查看轉(zhuǎn)換歷史和驗證轉(zhuǎn)換的每一步。

第四，透明性。由于區(qū)塊鏈的開放賬本特性，所有授權(quán)參與者都可以實時查看學(xué)分轉(zhuǎn)換的狀態(tài)和結(jié)果，而無需依賴于單一的第三方機構(gòu)。這種透明性提高了學(xué)生對學(xué)分轉(zhuǎn)換過程的信任度。

第五，安全性。區(qū)塊鏈結(jié)合了非對稱加密和共識機制，確保了數(shù)據(jù)的安全性。即使部分節(jié)點受到攻擊或損壞，整個系統(tǒng)的安全性和數(shù)據(jù)完整性也不會受到影響。

第六，自動化。智能合約的使用實現(xiàn)了學(xué)分轉(zhuǎn)換流程的自動化，一旦條件滿足，智能合約即自動執(zhí)行學(xué)分轉(zhuǎn)換，減少了人工干預(yù)，降低了錯誤和欺詐的可能性。

第七，降低成本。去除了中心化機構(gòu)的中介角色，減少了交易成本和時間成本，使得學(xué)分轉(zhuǎn)換更加經(jīng)濟高效。

第八，跨機構(gòu)協(xié)作。區(qū)塊鏈提供了一個共享的、不可篡改的記錄系統(tǒng)，使得不同教育機構(gòu)能夠更容易地進行協(xié)作和共享學(xué)分信息，促進了教育資源共享。

第九，數(shù)據(jù)隱私保護。通過使用先進的隱私保護技術(shù)，如零知識證明，區(qū)塊鏈可以在不泄露學(xué)生個人信息的情況下驗證學(xué)分信息，保護了學(xué)生的隱私權(quán)。

第十，全球可訪問性。區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用使得學(xué)分轉(zhuǎn)換平臺可以跨越地理界限，為全球?qū)W生提供服務(wù)，增加了教育的可及性和靈活性。

綜上，區(qū)塊鏈技術(shù)通過其獨特的性能，為高校學(xué)分銀行學(xué)分轉(zhuǎn)換機制提供了一種安全、透明、高效且成本效益高的解決方案，有望改變傳統(tǒng)的學(xué)分轉(zhuǎn)換流程。

四、基于區(qū)塊鏈的高校學(xué)分銀行學(xué)分轉(zhuǎn)換平臺構(gòu)建方案

（一）平臺設(shè)計框架

基于區(qū)塊鏈的高校學(xué)分銀行學(xué)分轉(zhuǎn)換平臺，包括區(qū)塊鏈支撐層、服務(wù)層和應(yīng)用層。區(qū)塊鏈支撐層負責(zé)實現(xiàn)跨鏈協(xié)同服務(wù)、分布式數(shù)字身份服務(wù)等基礎(chǔ)功能。服務(wù)層通過智能合約實現(xiàn)學(xué)分認證、轉(zhuǎn)換規(guī)則設(shè)定等核心服務(wù)。應(yīng)用層則根據(jù)用戶需求提供操作界面和業(yè)務(wù)流程管理。平臺設(shè)計框架如圖1所示。

（二）平臺建設(shè)技術(shù)

1.數(shù)據(jù)加密技術(shù)

首先，本文利用非對稱加密技術(shù)，為每個學(xué)生i和教育機構(gòu)j生成一對公鑰PubKey_ij和私鑰PrivKey_ij[3]。學(xué)生的學(xué)分信息C_i在提交到平臺前，使用其私鑰PrivKey_ij進行加密，確保只有持有對應(yīng)公鑰的授權(quán)實體能夠解密和訪問這些信息。加密過程如下：

式（1）中，Ci'是加密后的學(xué)分信息，EPrivKeyi 表示使用私鑰PrivKeyij加密的過程。

其次，為了保證學(xué)分轉(zhuǎn)換過程的透明性和可追溯性，使用區(qū)塊鏈的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)B來記錄每一次學(xué)分轉(zhuǎn)換的交易Tk （k=1，2，...n）。每個交易都會被打上時間戳，并鏈接到前一個交易，形成一個不可篡改和不可逆的記錄鏈。鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)B表示為：

最后，為了確保學(xué)分信息的安全性和隱私性，采用同態(tài)加密技術(shù)來允許在加密數(shù)據(jù)上進行特定的數(shù)學(xué)運算，而無需解密，這樣即使在驗證學(xué)分轉(zhuǎn)換的有效性時，學(xué)生的原始學(xué)分數(shù)據(jù)也能得到保護[4]。

為了進一步增強系統(tǒng)的安全性，結(jié)合零知識證明，允許學(xué)生在不泄露具體學(xué)分信息的情況下，證明其學(xué)分的合法性和滿足特定轉(zhuǎn)換條件。

2.去中心化存儲

在構(gòu)建基于區(qū)塊鏈的高校學(xué)分銀行學(xué)分轉(zhuǎn)換平臺的去中心化存儲過程中，研究采用分布式存儲技術(shù)IPFS，將學(xué)分信息Ci分割成n個數(shù)據(jù)分片{Ci1，Ci2，…，Cin}，并使用糾刪碼算法進行編碼生成k個校驗塊{Pi1，Pi2，…，Pik}，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的冗余和容錯性[5]。

每個數(shù)據(jù)分片和校驗塊被分布式哈希表（Distributed Hash Table，DHT）算法分配并復(fù)制到網(wǎng)絡(luò)中的多個節(jié)點上，公式如下[6]：

式（3）（4）中，Node（Cim）表示數(shù)據(jù)分片Cim （m=1，2，...n）被分配到的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，Node（PiM）表示校驗塊PiM （M=1，2，...k）被分配到的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，DHTHash表示分布式哈希表（Distributed Hash Table，DHT）算法。

通過這種方式，即便部分節(jié)點失效，原始數(shù)據(jù)也能通過校驗塊在其他節(jié)點上快速恢復(fù)，確保了數(shù)據(jù)的持久性和完整性。同時，結(jié)合使用AES加密算法對數(shù)據(jù)分片進行加密，保障了存儲在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上的數(shù)據(jù)安全，防止未授權(quán)訪問[7]。AES加密過程如下：

式（5）中，Cim'（m=1，2，...n）是使用AES加密算法加密后的數(shù)據(jù)分片，AESkey是AES加密函數(shù)，其中，“key”表示用于加密的密鑰。去中心化存儲信息表見表1。

這種去中心化的存儲機制不僅提高了數(shù)據(jù)的可靠性，也增強了整個學(xué)分轉(zhuǎn)換平臺的抗攻擊能力和數(shù)據(jù)隱私保護。

3.智能合約

當(dāng)學(xué)生的學(xué)分信息需要在不同教育機構(gòu)間轉(zhuǎn)換時，通過智能合約來自動執(zhí)行轉(zhuǎn)換規(guī)則[8]。智能合約在區(qū)塊鏈上以代碼形式存在，一旦部署，將根據(jù)預(yù)設(shè)的邏輯自動驗證學(xué)分的有效性，并在滿足條件時自動完成學(xué)分的轉(zhuǎn)換。學(xué)分轉(zhuǎn)換步驟如下。

步驟1智能合約規(guī)則定義：定義一個函數(shù)f，表示智能合約的轉(zhuǎn)換規(guī)則。該函數(shù)接受學(xué)生i的學(xué)分信息Ci和一系列轉(zhuǎn)換規(guī)則R作為輸入：

式（6）中，Boolean是布爾類型，表示邏輯值，真（True）或假（False）。

步驟2學(xué)分驗證：智能合約將驗證學(xué)生的學(xué)分信息是否滿足轉(zhuǎn)換條件，通過調(diào)用步驟1定義的函數(shù)f來實現(xiàn)：

式（7）中，IsValid是布爾變量，表示學(xué)分驗證的結(jié)果。

步驟3條件判斷：如果IsValid返回真（即學(xué)分信息滿足所有轉(zhuǎn)換條件），則智能合約將執(zhí)行學(xué)分轉(zhuǎn)換操作。否則，轉(zhuǎn)換請求將被拒絕。判斷條件如下：

If IsValid then perform conversion else reject request （8）

步驟4學(xué)分轉(zhuǎn)換：定義一個轉(zhuǎn)換函數(shù)g，它根據(jù)轉(zhuǎn)換規(guī)則R將學(xué)生i的學(xué)分信息Ci轉(zhuǎn)換為學(xué)生l的學(xué)分信息Cl：

式（9）中，g是轉(zhuǎn)換函數(shù)，用于執(zhí)行實際的學(xué)分轉(zhuǎn)換。

步驟5轉(zhuǎn)換記錄：智能合約將轉(zhuǎn)換操作記錄在區(qū)塊鏈上，每次轉(zhuǎn)換生成一個新的交易記錄T：

式（10）中，timestamp是時間戳，表示交易記錄的時間。

步驟6交易驗證：區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點將驗證交易T的有效性，并將其添加到區(qū)塊鏈中，驗證過程如下：

If VerifyTransaction（T） then append T to the blockchain（11）

步驟7狀態(tài)更新：一旦交易被驗證并添加到區(qū)塊鏈，學(xué)生的學(xué)分信息狀態(tài)將被更新，更新過程如下：

UpdateStudentRecord（l，Cl） （12）

（三）平臺實現(xiàn)方案

基于區(qū)塊鏈的學(xué)分轉(zhuǎn)換平臺涉及學(xué)生、教育機構(gòu)和監(jiān)管機構(gòu)三個主要角色。學(xué)生發(fā)起學(xué)分轉(zhuǎn)換請求，教育機構(gòu)審核并提供學(xué)分信息，監(jiān)管機構(gòu)負責(zé)監(jiān)督和認證轉(zhuǎn)換過程。通過區(qū)塊鏈技術(shù)，實現(xiàn)學(xué)分信息的實時更新、安全存儲和透明查詢。學(xué)分轉(zhuǎn)換流程如圖2所示。

五、結(jié)論與展望

針對結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)的高校學(xué)分銀行學(xué)分轉(zhuǎn)換機制，本文提出了一個創(chuàng)新的解決方案，以應(yīng)對現(xiàn)有教育體系中學(xué)分轉(zhuǎn)換的低效率、安全性不足和透明度缺乏等問題。構(gòu)建一個去中心化、安全、透明的學(xué)分轉(zhuǎn)換平臺不僅能提升學(xué)分認證的速度和安全性，還能增強教育互信，推動教育公平。

未來，期望通過技術(shù)優(yōu)化、政策支持、用戶培訓(xùn)、跨機構(gòu)合作、隱私保護、國際合作以及持續(xù)監(jiān)測評估，進一步發(fā)展和完善這一機制，克服實施中的挑戰(zhàn)，實現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用，為全球?qū)W生提供更優(yōu)質(zhì)的教育服務(wù)，推動教育模式的創(chuàng)新和進步。

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基金項目：四川省教育廳2022－2024年職業(yè)教育人才培養(yǎng)和教育教學(xué)改革研究“基于國家資歷框架的職業(yè)院?！畬W(xué)分銀行’研究實踐”（項目編號：GZJG2022-081）

作者單位：成都航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院

■ 責(zé)任編輯：張津平、尚丹