基于区块链的在线学习成果研究评述

梁青青 吴昊桢

（1.南京林业大学,江苏南京 210037;2.南京医科大学,江苏南京 211166）

一、引言

区块链作为一项新兴技术，正逐渐进入人们的视野中。因为其去中心化、高可信度、可追溯等特点，各行各业都相继开展基于区块链的适用性研究。教育部2018年印发《教育信息化2.0行动计划》的通知强调“要积极探索基于区块链、大数据等新技术的智能学习效果记录、转移、交换、认证等有效方式，形成泛在化、智能化学习体系，推进信息技术和智能技术深度融入教育教学全过程[1]。”可见区块链技术在教育领域中的应用具有十分重要的意义。但是，当前区块链技术在教育中的应用研究相对较少，尤其是在学习成果的认证、转移方面的研究更是缺乏。同时学习成果认证作为一项带有基础性和先导性的制度，对于激发社会民众的学习兴趣和热情，打破校内和校外的教育隔阂，推动学分互认以及保证教育质量，构建终身学习化的社会体系中具有重要的作用[2]。然而，目前国内对于在线学习成果的认定标准还没有形成一个统一的认识，同时在探索的过程中遇到的问题与阻碍也较多。比如，课程内容的质量参差不齐，难以形成统一的认识；学分管理机制尚不完善；在线学习的可信度不高；学习记录不透明；学分易篡改[3]。

随着技术的不断发展，在线学习、碎片化学习、移动学习逐渐成为主流学习方式[4]。但是这些学习方式大部分都是基于中心化的，且都是自发的，学习过程不会被记录，即使在线教育机构对学习者的学习过程进行了部分记录，但由于机构的封闭化导致这些学习记录数据无法被共享，不能给学生以成果证明，由此导致社会普遍不认可这些中心化管理体系下的学习成果数据。另外目前的学习成果认证和转换工作都是在依靠可信第三方的基础上进行的，无法保证学习成果的绝对安全可信。

因此，本文对国内外已有区块链相关研究进行整理分析，对区块链的相关概念、背景与历史发展、特点以及相关的研究趋势进行总结。并对所收集到的教育领域内的基于区块链进行在线学习成果相关研究的文献进行重点对比分析。旨在从研究主题、研究方法、研究技术框架等方面描述基于区块链的在线学习成果研究的现状，为后续的相关研究提供参考。

二、区块链研究概述

（一）区块链概念

区块链做为一种基础技术最早应用于比特币，在这之后逐渐开始被大众所认知，并在金融系统、征信行业、产品溯源、数字身份认证等诸多领域被人所熟知。本质上，区块链就是一个基于P2P网络的分布式数据库系统，它没有单一的、中心化的数据库或服务器，区块链网络中的所有节点共同构成了一个庞大的、不可篡改的数据库系统。区块链中的数据存储于一个个互相连接的区块中。每个区块主要由两部分组成：存储加密数据信息的区块体和记录区块身份信息的区块头。这些数据可以理解为区块的身份证，形成了每一个区块的独有信息，用以保证区块链上信息的安全性和可追溯性。如图1所示，每个区块与前一个区块进行连接，基于区块头建立联系，形成一个线性的区块数据链。

图1 区块链结构图

（二）区块链的历史与发展

区块链核心技术早在20世纪80年代末至90年代初就已经开始出现。1989年，Leslie Lamport开发了Paxos协议，并在1990年向ACM计算机事务系统提交了论文The Part Time Parliament[5]。该文描述了在计算机网络自身不可靠的情况下，提出一种就结果达成一致的共识模型。从这篇论文中我们就可以看见区块链核心技术思想的雏形。1991年，S.Haber和 W.S.Stornetta发表了一篇名为How to time-stamp a digital document的论文，描述了如何为电子文件添加时间戳来确保数据不会被篡改。一系列概念在2008年被结合应用到电子现金中，并在文章《比特币:一个等对等的电子现金系统》中进行了详细阐述，该论文由中本聪(Satoshi Nakamoto)发表。随后于2009年，比特币基于此开始建立。2014年开始，越来越多的领域专家们关注到了比特币及其底层技术——区块链，逐渐开始尝试研发基于区块链技术的相关技术方案。到了2015年，国外三十家金融、科技等领域的大型企业联合研发出了超级账本（Hyperledger）项目。

在比特币出现之前，有许多电子现金方案存在(如Ecash和NetCash)，但它们都没有得到广泛使用。区块链的应用使得比特币能够以一种分布式的方式实现，这样就没有单个用户能够控制电子货币，也不存在单一故障点，进而促进了比特币的广泛使用。它的主要好处是使用户之间可以直接进行交易，而不需要可信的第三方。它还允许以一种明确的方式向那些设法发布新区块并维护分类账本的用户发行新的加密货币，这些用户在比特币中被称为“矿工”。矿工的自动支付使比特币系统可以自发地进行分布式管理。通过使用区块链和基于共识的维护，创建一个自我监督机制，确保只向区块链添加有效的账本和区块。

由于比特币是匿名的，因此在一个用户不易识别的环境中建立信任机制至关重要。在使用区块链技术之前，这种信任通常通过双方所信任的中介传递。在没有可信中介体的情况下，区块链网络中所需要的信任由区块链技术的四个关键特征所支持，如下所述：

（1）区块。该技术使用一个仅追加的区块来提供完整的历史记录。与传统数据库不同，区块链中的数据和值不会被覆盖。

（2）安全。区块链在密码学上是安全的，能够有效确保区块中包含的数据没有被篡改，并且区块中的数据都是可验证的。

（3）共享。在多个参与者之间共享数据信息。这为区块链网络中的节点参与者提供了透明性。

（4）分布式。区块链具有分布式的特点。这使得通过扩展区块链网络的节点数量，更有弹性地来应对攻击。通过增加节点的数量，影响区块链使用的一致协议的能力就会随之降低。

（三）区块链的特征

区块链是一种线性节点互连的方式集体运行数据库的技术方案，其核心特点主要集中在以下四点：

1.去中心化

区块链是由线性点对点不断相连的网络结构，它不依赖于任何第三方中介或中央存储设备，也没有单一的中心数据库。区块链通过一种分布式的形式对各个节点之间的信息进行自动管理。各节点之间平等的维护系统，不会因为任意节点的故障而影响系统正常运行。

2.智能合约

智能合约这一概念最早由尼克•萨博提出，从其表现形式上来看，智能合约就是一种类似于业务规则的数字化的合约，是一种计算机协议，它会对区块链网络中的各个参与方的行为进行响应，自动执行提前编辑好的协议。与传统合约类似，智能合约的整个周期包括合约生成、合约发布、合约执行3个部分[6]。

3.可追溯性

每个区块中都有一个时间戳，配合随机数、哈希值等内容形成了独一无二的区块。每一区块上的哈希值都基于上一区块的信息进行的加密算法，通过这一方式将两个区块加以关联，区块链中的数据随时都可以查询与回溯。这表明了区块链具有可追溯性和可验证性。

4.安全性

区块链这一技术方案本质上是构建背书的一种新形形式，这种信任来源于每一个区块节点的自我管理运作，所有行为均受到其他节点的监视和管理。任意节点之间的数据交换任何行为都要受到其他节点的验证，以此建立一种一对多的信任背书，同时区块链网络中的数据信息都高度加密，无法硬破解，降低了系统的信任风险。

三、基于区块链的在线学习成果模型分析

考虑到研究的相关性，通过检索、筛选，选出基于区块链的在线学习成果研究相关的文献5篇。

在研究重心上，Muhamed等人和Grather等人的研究都是从学习成果认证的环节出发构建的认证模型。所不同的是Muhamed等人研究着重从学习成果认证所涉及的三个环节（即学习者、高校和潜在雇主）出发，围绕涉及的各个流程进行详细的阐述[7]。而Grather等人的研究则是围绕认证机构、学习者、雇主出发就证书的管理与认证、数据文件的存储进行了深入研究[8]。另外，Sharples等人的研究从区块链的分布式、智能合约、智能货币的特征出发来论述该方案的构建依据、方法和可行性[9]。黄宇翔等人从技术实现的角度构建了模型，设计了学习成果管控规则并改进了FBPT共识算法[10]。李凤英等人的研究则是聚焦于学习者身份最后一个方面进行学习者身份认证安全性问题的研究。可以看见他们的研究都有着各自的特点和重心[11]。

在研究方法上，大部分都是进行学习成果认证系统的设计，例如Muhamed等人和Grather等人的研究都是基于已有的平台基础上引入区块链的技术实现具有新的特点的平台模型。李凤英等人的研究也是根据已有的身份认证系统，通过加入区块链技术实现双因子模糊认证。而另外一部分则是直接的创新。诸如黄宇翔等人的研究就是从技术创新的角度出发构建一个学分银行，Grather等人的研究则是通过区块链的特征来论证其基于区块链的学习成果认证模型的构建方法与可行性。

在技术架构上，目前的模型系统具有相同的技术共性，都是利用区块链的底层技术保证存储数据的不可篡改和安全性。并且利用区块链的线性结构及区块链地址的唯一性的特点来记录学习过程和成果。但同时国内外依旧存在一定的技术应用差异。在国外的研究中都将区块链诞生之初的应用——比特币的概念引入学习成果管控模型。将学分货币化，开发出一种新的虚拟代币来代替学分。学习者、高校、雇主、认证机构之间都可以利用创造出的货币进行相应的等价交换。而在中国这方面的研究则舍弃了虚拟币的概念，依旧以学分或成绩的形态来表现。

另外，国内的研究中则相应地加入了政府部门主导的监察机构来进行相应的监管。可以看到国内研究中有意识的认识到本土化的特性问题，打破了国外区块链技术应用的思维定式，试图在原有基础上加以发展、创新以更好的适应国情。

结语

基于区块链技术国外在学分认证领域进行了很多相关的研究工作，其中部分研究只是梳理并论述了一些正在进行试点的案例，并且还有很多相关研究只是停留在模型的设想阶段或者才刚处于起步阶段，亟待加强产学研多方协同研究和实践推进。国内基于区块链技术对学习成果的应用研究相对较少，大部分都是案例的分析或者是聚焦于学习成果认证的某一方面进行研究，没有统筹学习成果认证和转移的全过程。因此，接下来的研究将在对相关文献梳理分析的基础上，利用区块链技术，聚焦于在线学习成果的认证和转移全过程，构建一个在线学习成果管控模型，试图建立一个统一的学分认证标准，实现在认证和转移过程下的学习成果的透明化、难篡改和高效性。