区块链技术在学籍管理的应用

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摘要：针对传统学籍管理系统中存在的数据篡改和隐私泄露等问题，笔者提出将区块链技术应用在学籍管理中，并设计了智能合约实现数据的访问控制，结合中心化的管理思想规范了系统中节点的行为。实践表明，基于区块链的学籍管理系统具有较好的时间性能和功能健壮性。

关键词：区块链；学籍管理；智能合约；访问控制

学籍管理是高校和教育管理部门的一项重要工作，与学生的升学、就业息息相关。随着我国信息化建设的不断深入，学籍管理也从纸质化存储过渡到无纸化的信息化管理，但传统的学籍管理系统都是中心化存储模式，已暴露出巨大的安全隐患，迫切需要一种新的管理模式来有效管理重要的学籍信息。区块链是一种新型的数据存储技术，采用链式结构和时间戳技术将数据按照出现的先后顺序存储在数据链中，具有去中心化、去信任、不可篡改和可追溯等特点。随着人们对区块链技术研究的不断深入，区块链也从最早的数字金融领域扩展到其他社会生活领域，如身份认证[1]、农产品溯源[2]、医疗卫生服务[3]等领域。区块链技术为学籍管理提供了新思路，也为探索区块链按技术在教育领域的应用提供了借鉴。

1传统学籍管理系统存在的问题

1.1存在被黑客攻击的风险

在中心服务器中，学籍信息一旦成为黑客的攻击对象，数据则存在被篡改的巨大风险[4-5]。例如，求职者为了谋求高薪，学历造假事件屡见不鲜，很多不法分子试图入侵学信网数据库伪造学生的学历证书，一旦服务器遭到破坏则很难保证数据的真实性。区块链的去中心化存储便能够很好地解决该问题，数据分布式存储在多个节点中，即使一个节点中的数据遭到破坏，另外节点也可以提供数据的真实性证明。

1.2数据泄露现象严重

学生对自己的学籍数据没有操作的权限，且数据存在被泄露的可能。如果高考生的档案信息被非法泄露，很可能会给社会和考生本人带来负面的影响。与去医院看病类似，电子病历存储在医院的服务器中，从而就存在泄露的巨大风险。区块链的数据存储方式使得个人可以管理自己的学籍信息成为可能，可追溯性也降低了隐私泄露的可能[6-10]。总体来说，中心化存储暴露出来的一系列问题给人们带来了巨大困扰，迫切需要一种更加安全、透明和可信的方法来有效管理学籍信息。区块链的数据存储不依赖中心节点，而是由所有的节点共同维护，节点之间无须相互信任，并且数据一经上链不可篡改，每一笔数据都可追溯。另外，区块链学籍管理方便学校对学生的学籍信息进行有效管理，为国家机关、企事业单位招聘人才提供真实的数据，实现多方共赢。采用区块链进行学籍信息管理有利于净化就业市场的造假行为，从而构建健康的国家信用体系。

2基于区块链的学籍管理系统实现

2.1系统运行架构

基于区块链的学籍管理系统采用Hyperledgerfabric框架搭建底层区块链环境，系统中的用户有高校、学生、企业，可以将用户划分为两个组织，一个是高校组织，另一个是企业组织。两个组织同属于一个channel，高校组织下包含很多学生节点和高校节点，企业组织下有很多企业节点，共同构成一个学籍管理的联盟链。系统运行架构如图1所示。APP代表客户端，用来创建交易并向orderer节点（排序节点）提交交易请求；CA负责对网络中的证书进行管理；MSP（成员服务提供者）为客户端和Peer节点提供证书组件；Channel为通道，负责提供统一的通信信道；Orderer为排序节点，负责对交易请求进行排序，并生成区块广播给通道内的Peer；Peer为联盟链中的所有节点。

2.2系统实现架构

本系统整体采用MVC架构，如图2所示。MVC将应用程序划分为3种组件，并明确定义了它们之间的相互作用[11-15]。模型（Model）：底层采用HyperledgerFabric框架构成区块链底层分布式网络，底部的最新交易消息是由couchDB存储，历史交易消息是由levelDB存储，总体交易消息以文件形式存储在服务器上。视图（View）：与用户交互，负责发送用户请求并将执行结果返回给用户，本文采用单页面多选项卡表格的形式显示学生、高校与企业的信息。控制器（Controller）：负责从view读取数据，控制用户输入，并通过sdk调动智能合约向模型发送数据。

2.3系统功能实现的智能合约

基于区块链的学籍管理系统对数据的查询与更新操作均采用智能合约方式进行。智能合约以计算机程序为载体，数据由事先编写的代码进行控制，不需要人为参与，降低了数据误操作的风险，提高了合约的准确度。

2.4借鉴中心化的管理思路

在完全去中心化的管理模式中，仍然存在个别多余的节点，针对该问题借鉴中心化管理思路对于有违规行为的系统用户进行中心化管理，弥补去中心化管理存在的不足。基于区块链的学籍管理系统的一个扩展功能就是建立用户的信用体系，如果用户存在违反智能合约或者非法操作数据的行为，在信用值下降到一个阈值时将会进入系统黑名单，系统管理员可以禁用进入黑名单的用户账号。

3系统测试结果及分析

本文对区块链学籍管理系统的时间性能和功能健壮性进行测试，系统的测试环境如下：操作系统macos10.15、容器docker17.03.0、区块链框架hyperledger1.4.2、智能合约语言golang1.12.1、CPUinteri5；Caliper版本0.1.0。Caliper是fabric区块链性能测试框架，用户可以在定义好测试集的情况下针对自己的区块链网络进行性能测试，获取一系列的测试结果并生成测试报告，本实验使用Caliper的区块链网络进行综合性能测试。测试中分别调用查询学生信息函数以及增加学生信息的函数作为读和写操作的测试用例，读写各执行10000次。得到的测试结果如下：①单机环境下的读写操作吞吐量分别为55.2tps和13.2tps，最大时延分别为5.12s和1.53s，最小时延分别为3.94s和0.11s，平均时延分别为4.11s和1.32s；②多机环境下读写操作的吞吐量分别为403.4tps和201.3tps，最大时延分别为3.23s和1.23s，最小时延分别为0.91s和0.14s，平均时延分别为2.21s和0.97s。对比需要花费大量算力资源的比特币和以太坊系统，节约了大量的成本，同时该系统在写入时可以达到213笔/s，查询时达到550笔/s的吞吐量，并且时延也在1s左右，能够满足吞吐量和时延设计要求。另外，在系统健壮性测试方面，对用户登录、查询、删除、添加、修改和拉黑等功能进行测试，均顺利通过，证明系统能够满足健壮性需求。

4结语

目前，区块链在教育领域的应用尚处于初级阶段，笔者对“区块链+教育”进行了深入探讨。从实际应用效果看，在教育行业中运用区块链能很好地解决传统中心化存储中存在的问题，是大势所趋，但如何进行大范围推广还面临着很多问题，需要研究者进行深入研究。

作者：史十尹 邓小鸿 单位：赣南科技学院