基于区块链技术设计实现高校优质教育资源平台设计

李泽东

（西藏大学信息科学技术学院 西藏自治区拉萨市 850000）

1 引言

随着教育信息化2.0 时代的到来，作为推进教育信息化的重要一环，教育资源的开放显得尤为重要。但正是教育资源“开放”的特性，使资源创作者、服务提供方、资源使用者缺乏约束，并且无法对资源产权进行清晰的界定和划分，故出现了资源版权保护弱、资源存储有风险、资源质量低等现实问题。 区块链技术由于具有去中心化、防篡改、可追溯、分布式技术的特性，得到了快速的发展，其应用场景也早已延伸到各个领域之中。随着对区块链技术的持续研究和发展，未来更多“区块链+”的应用将成为教育变革的重要趋势。

基于以上背景，针对高校优质教育资源共建共享过程中存在的资源存储风险以及资源版权确权等问题，本次研究将区块链技术运用到高校优质教育资源的共建共享中，设计了一个基于区块链+IPFS 的高校优质教育资源平台。

2 教育资源平台设计

2.1 平台总体架构设计

本文基于联盟区块链和 IPFS 设计的去中心化高校优质教育资源平台总体架构如图1 所示，分为3 层，由下至上分别为数据管理层、合约层、WEB 交互层。

本资源平台上层的前端交互与底层的以太坊区块链、IPFS 的连接是通过智能合约、Web3.js 来实现的，而区块链网络中各个节点间一致性的达成则是采用权威证明共识机制来实现的，其网络内的新区块由可信签名者产生，这样就不再需要进行算力挖矿。

WEB 交互层是用来让用户与教育资源平台进行交互用的，其为平台用户提供了包括资源平台的基本功能模块等在内的可视化操作接口，平台用户的操作请求可以被其通过智能合约转换成虚拟资产和交易的形式然后传送并存储到底层的以太坊区块链上。

在本文设计的教育资源平台中，智能合约层的作用是为用户提供一个绝对可信的、完全透明的、没有第三方参与的交易途径，其是通过Solidity 语言来进行编写开发的，并对相关的数据结构和各种算法逻辑进行定义。智能合约层与数据管理层的信息交互是依靠RPC 来实现的，数据信息被其转换成交易数据的形式记录到以太坊区块链上，以此来完成数据管理层中对数据信息的追加、查询功能。

数据管理层对平台数据的存储和保护功能的实现是通过以太坊联盟链网络和IPFS 技术来一块完成的。首先让网络中的所有用户节点组成一个联盟体，再采用共识机制来使各个节点达成一致，以此来实现教育资源平台上数据存储的去中心化。IPFS 则主要用于存储各种格式的教育资源文件，然后将其返回的基于资源文件内容的哈希值存储到以太坊区块链上。

2.2 平台总体工作流程设计

高校教师是教育资源的创建者同时也是教育资源版权的所有者，高校教师将教育资源创建完毕后将其进行加密，形成密文后上传IPFS 中。

图1：平台总体架构

图2：平台工作流程

IPFS 将基于该教育资源文件计算出该文件的唯一Hash 值并将其返回给资源创建者，然后资源创建者将该Hash 和其他教育资源属性信息上传到教育资源平台上。资源平台调用已经部署好的智能合约将这些信息以交易的形式存储在以太坊区块链上并加盖时间戳，为以后的资源版权争议提供依据。

图3：教育资源数据信息被打包到区块上并加盖时间戳

教育资源成功上传到平台后，学生用户就可以在平台上看到该教育资源了。当学生用户完成资源购买后，就可以获得该资源的Hash，然后通过该Hash 在IPFS 中查询到该教育资源文件，下载下来后通过密钥解密文件来得到教育资源。

教育资源文件经过加密后上传到IPFS，能够分布式永久存储该教育资源文件。教育资源创建者和学生用户之间的交易是通过平台调用智能合约来自动完成的，使平台上的教育资源能够透明化、自动化地进行流转。与此同时，底层的以太坊区块链系统会将该教育资源产生的交易数据经过网络中各个节点的广播和验证后保存下来，以此来保障交易信息的防篡改性。平台工作流程如图2 所示。

2.3 平台功能模块设计

2.3.1 平台用户权限管理设计

本教育资源平台用户身份主要有高校学生用户、高校教师用户、高校管理员，教育资源平台对不同身份的用户授予不同的权限。对于高校优质教育资源平台上是学生用户，其具有用户登录注册、资源查询、资源购买、资源下载等操作权限；对于高校教师用户，其具有资源发布、资源查询、资源撤回、资源版权追溯等操作权限；高校管理员具有师生身份管理、版权服务管理。

2.3.2 教育资源发布模块设计

将教育资源文件上传到IPFS 网络中进行存储可以有效地将中心化存储数据易丢失、易复制、易篡改的风险规避掉。因此在本教育资源平台资源发布过程中，高校教师作为教育资源创建者，首先将创建好的教育资源上传到IPFS 网络中，然后再在资源平台上正确填写资源相关信息后将教育资源发布到平台上。在教育资源发布过程中由于要对智能合约进行调用，会花费极少量的燃料费（Gas）。所以，在高校教师发布教育资源时也要保证其账户内余额要大于合约调用的Gas，不然就会导致教育资源会上传不成功。

2.3.3 教育资源交易模块设计

高校学生用户在成功登录到高校优质教育资源平台以后可以浏览平台上已发布的教育资源，在选取了心仪的教育资源以后通过平台的教育资源购买功能够买该资源。在成功转账购买后学生用户会得到该资源的唯一hash，然后就可以通过资源平台的资源下载功能将该资源文件下载到本地。

2.3.4 教育资源版权保护模块设计

本模块主要利用了区块链技术公开透明、数据上链并加盖时间戳、可追溯、防篡改的特性来对平台上是教育资源版权进行保护。首先，高校教师用户将原创的教育资源经过加密后上传到IPFS 并得到返回的唯一hash 值，而该唯一hash 值同教育资源的其他信息等元数据会被打包成区块加入到区块链网络中并加盖时间戳，这些数据也因此具有了唯一性和防篡改性。就算其被不断地转载，数据的完整性和一致性也并不会被破坏，从而对资源创建者的资源版权进行了保护。

3 教育资源平台实现

3.1 实验环境

基于区块链技术的高校优质教育资源平台开发环境是：操作系统Windows 10，内存8GB，硬盘1TB，处理器为Intel Core i5-8250U。为了能够实现对本平台的快速开发、测试，并把主要精力放在对去中心化思想的理解和去中心化应用的逻辑开发上面，本教育资源平台选用了以太坊节点仿真器Ganache 来模拟区块链节点。通过Ganache 可以模拟实现真实的以太坊区块链网络的功能，而且开发者们还能够将智能合约进行编写编译后将其在Ganache 上部署并测试，会得到快速及时的反馈，进而提升开发效率。

3.2 实验结果

本文实现了对基于区块链技术的高校优质教育资源平台的搭建与开发，利用开发的教育资源平台实现了对教育资源的分布式存储共享和版权保护。上链存储的教育资源相关数据可以为后期教育资源的版权确权提供依据，从而很好的保护了资源创建者的版权，令资源创建者不再担心被侵权问题，提高了资源创建者的创作积极性。智能合约交互成功后在教育资源平台上就能看到该教育资源的信息了，此时打开浏览器的控制台我们就能发现，该教育资源的相关数据信息已经被打包成区块并上链存储了，如图3 所示。对于已经成功发布到平台上的教育资源，平台会为后期教育资源的版权确权提供依据，从而很好的保护了资源创建者的版权。

4 结语

近年来，在区块链技术进步与革新的同时，也为教育教学的变革带来了机遇。区块链特有的技术特征为解决高校教育中的资源不均衡、学习数据追溯难以及资源确权等问题提供了行之有效的技术方案。本教育资源平台选择以太坊区块链平台作为平台的开发环境，以此来部署联盟区块链和智能合约的运行环境。然后，在前面的基础之上将IPFS、Node.js、web3.js 等技术与之结合，从数据管理层、智能合约层、WEB 交互层三个层级来对高校优质教育资源平台的总体架构进行了构建，并且阐述了平台的工作流程和具体的详细设计的细节，实现了对教育资源的分布式存储共享和版权保护，为后续“区块链+教育”的研究提高参考。