大数据环境下区块链技术在高职院校电子档案管理中的创新应用

宋 瑶

（运城护理职业学院 山西 运城 044000）

0 引言

随着高职院校教育管理信息化的推进，产生了大量电子档案数据。但电子档案管理中存在数据安全、共享利用困难等问题。区块链技术的出现为解决这一难题提供了新的思路。其分布式、透明、可追溯的特点，可在保障档案数据安全的同时提高档案利用效率。因此，在大数据环境下研究区块链技术在高职院校电子档案管理中的创新应用，对推进档案管理现代化，实现档案资源共享具有重要意义。

1 高职院校电子档案管理面临的挑战

1.1 电子档案数据量大，存储困难

随着高职院校移动互联网、云计算、大数据等新技术的广泛应用，各类教学、科研、管理等业务系统产生了海量的电子档案数据。仅录取档案就达几十GB，再加上其他类型的电子档案，总数据量达到TB 甚至PB 级别。据统计，电子档案以每年30%～50%的速度呈指数增长，给高职院校的存储系统带来了极大压力。存储成本不断增加，数据中心面临拓展困难，传统的中心化存储模式已难以为继。

1.2 电子档案分类体系复杂

高职院校的电子档案类型繁多，主要包括学生档案、教师档案、科研档案、行政档案等。此类档案既有各自的特点，又存在交叉重叠的部分，增加了归类的难度。随着学校管理需求的变化，电子档案的分类体系也需要不断调整优化，而频繁变更分类体系会打乱原有的档案组织系统，给档案的管理带来挑战。

1.3 电子档案安全防护不足

高职院校的电子档案中存在大量敏感个人信息和重要数据，安全防护工作显得尤为重要。但是，现有的电子档案系统在安全设计方面存在明显缺陷，使电子档案容易受到外部非法侵入的威胁，如黑客攻击、病毒传播等。具体来说，电子档案系统缺乏完善的用户访问权限管理机制，一些敏感档案可以被非授权用户获取；此外，缺乏针对电子档案的加密传输和存储机制，使得电子档案的内容可以被第三方非法获取；另外，现有的电子档案备份和灾备能力也较弱。安全漏洞不仅会导致电子档案在使用和传输过程中容易泄露，甚至会带来难以估量的负面影响。

1.4 电子档案共享利用不便

当前高职院校内部各单位以及与外部机构之间的电子档案共享存在诸多障碍。不同部门和系统之间缺乏统一的档案共享标准和规范，导致各自产生的电子档案无法实现互通和有效利用。此外，由于电子档案的使用权限控制存在安全隐患，一些不应对外共享的敏感档案信息也面临被非法获取的风险。此外，部分档案由于技术格式原因，也无法被其他系统直接调用和继承使用。此问题导致了高职院校电子档案共享和协同利用的效率低下，无法实现档案资源的有效整合，也限制了档案的利用价值的最大化。

2 区块链技术工作原理

2.1 分布式账本

区块链的核心创新是分布式账本技术。所谓分布式账本，是指网络中没有中心节点，每个节点都保存一份完整的账本副本，实现多点备份的分布式存储。当新的交易发生时，相关节点会达成共识，验证交易，并增加一个新的区块到账本中。该区块同步传播到整个网络，所有节点都会更新自己的账本。该分布式的共享账本结构，可以最大程度地避免单点故障。即使部分节点出现问题，也不会影响整体网络的运行［1］。同时，攻击者很难改变分布式账本的内容，需要控制网络中大部分节点。因此，区块链的分布式账本，具有抗干扰、可信的特点。分布式账本是区块链技术的基石。它实现了去中心化的分布式数据存储，保证了数据的准确性和可靠性。为基于区块链的应用打下了坚实的基础。

2.2 点对点网络

区块链网络是点对点拓扑结构，节点直接与节点进行通信，而不是通过中央服务器。节点作为客户和服务器，维护区块链网络。新交易经过创建后，会被广播到整个区块链网络。网络中的节点会接收交易，验证交易，并据此达成共识。一旦共识达成，该交易即被确认并添加到账本中。点对点网络不存在单点故障问题，网络中没有关键节点。即使个别节点出现问题，也不会影响整个网络的运行。

2.3 共识机制

区块链需要一个共识机制，来验证每个新区块并写入分布式账本。比特币的共识机制采用了工作量证明机制。该机制要求节点通过解决一个计算难题来验证交易，解决问题的节点可以添加新区块。后来出现了权益证明等其他共识机制。无论哪种共识机制，其目的是让网络中的节点就验证交易和记录结果达成一致。而去中心化的节点网络保证了不会有单一实体控制区块链系统。

2.4 加密算法

区块链使用密码学来保证系统的安全性。其中最重要的是哈希函数和公钥加密。哈希函数可以将任意数据映射为一个固定长度的哈希值。区块链使用哈希来识别每个区块并创建有序的链结构。最小的改动都会导致不同的哈希值，保证了数据的完整性［2］。私钥用于对数据进行验证签名。保证了数据的来源可鉴别性。此外，区块链还使用了其他加密技术，如生成钱包地址等，为区块链带来了安全性。

2.5 智能合约

智能合约是预先写好的、能够自动执行的电子合约程序代码。它构建在区块链网络之上，无须第三方机构的参与自主执行合约中的条款内容。智能合约可以视为区块链网络中的一个账户，根据触发条件自动执行合约并更新区块链状态。在电子档案管理中，档案的访问控制、使用权限等合约条款可以通过智能合约的形式进行编码，合约一旦部署到区块链上，各参与方直接调用合约接口，无须人工干预自动执行合约中的逻辑，大大提高了合约执行的效率。此外，智能合约还可以结合区块链的加密特性，进一步加强电子档案管理方面的安全性和可信度。

3 区块链技术在电子档案管理中的创新应用

3.1 档案采集环节的应用

在档案采集环节中，可以使用区块链技术生成档案的数字指纹和元数据，以确保档案信息的真实性和可追溯性。具体做法是管理人员在新采集入库一个档案文件时，使用哈希算法等生成该档案文件的数字指纹，例如文件哈希值，并将该数字指纹与档案的相关元数据，包括档案名称、档案类型、业务主题、采集时间等，一起写入区块链的分布式账本中。账本通过密码学机制和分布式共识来防止篡改。多个节点都保存了相同的数字指纹和元数据，形成不可逆转的记录，确保了档案信息的真实性。后续如果该档案文件被非法修改，通过对比数字指纹就能检测出来［3］。在进行档案审计时，档案管理部门可以根据区块链的记账，快速准确地追踪到每一项档案的数字指纹信息和相关元数据，验证档案的采集过程是否合规，实现全面的监管，如图1 所示。

图1 区块链在档案采集环节的应用流程

3.2 档案存储环节的应用

区块链可以实现高效且安全的分布式档案存储。传统的档案存储系统存在中心化风险，而区块链的分布式账本和点对点网络结构，天然适合构建分布式存储系统。具体操作流程如下：①将档案文件进行分割，得到许多小的数据块；②对每个数据块生成数字指纹，记录在区块链的账本中；③数据块可以冗余地存储在学校内部的多台服务器上，也可以使用公有链的闲散存储空间。无论存储在哪些存储节点上，都由区块链进行统一管理和定位。当需要读取某个档案时，可以根据该档案的数字指纹，从多个节点取回数据块，并重新组装成原始档案。这种冗余分布的存储方式，可以有效抵御存储节点宕机、断网、自然灾害等风险，大大提高了档案存储的安全性和可靠性。此外，区块链技术使分布式档案存储成为可能，为学校实现安全可靠且经济高效的电子档案存储提供了全新方案。

3.3 档案共享环节的应用

区块链的权限管理和访问控制机制，可以有效实现档案的安全共享。具体来说，档案管理部门可以通过智能合约来设置档案的访问权限，明确规定哪些节点和用户有权访问和使用某一档案，其他未授权节点无权访问。每个访问档案的行为也将透明地记录在区块链的分布式账本中，相关各方均可查看访问记录，确保过程公开透明。在档案共享过程中，区块链点对点的分布式网络结构也可以大大提高档案共享和使用的效率。授权的用户可以直接从区块链网络中的最近节点获取需要的档案资源，无须通过中心化的档案服务器。也降低了档案服务器的负载压力［4］。总体上，区块链技术为档案的安全共享提供了可靠的技术保障，既实现了权限控制，也提高了共享效率。此类去中心化、可追溯的共享方式值得在电子档案管理中推广应用。

3.4 档案安全环节的应用

区块链技术可以有效保障高职院校电子档案的安全性。首先，区块链采用密码学机制对档案数据进行加密，如使用SHA－256 哈希算法生成档案的数字指纹，并使用公钥和私钥对档案进行签名，避免数据被未经授权的第三方访问。其次，区块链通过分布式账本和共识机制，实现了多方维护的数据不可篡改性，即使黑客盗取了个别节点上的电子档案，也无法修改区块链中其他节点上的档案记录。再次，区块链中的每个档案操作都将留下时间戳和操作记录，实现全程监控和审计，任何非法或破坏性行为都将被记录在案，便于事后调查和追责。最后，区块链的分布式存储机制实现了电子档案的多份冗余备份，大大降低了档案丢失的风险，即使某一节点故障或数据损坏，也可以从其他节点进行恢复［5］。总之，区块链技术为高职院校电子档案的安全存储、传输和管理提供了有力的技术保障。

4 应用区块链面临的挑战及应对措施

4.1 速度慢的挑战及应对措施

区块链的一个核心特点是去中心化，网络中的每个节点都可以参与交易验证和账本维护。为了保证账本的一致性和准确性，区块链系统采用了共识机制来达成验证的共识。但是达成共识需要大量的计算与通信，所以确认一笔交易会比较慢。比如比特币网络的平均确认时间是10 min，以太坊也需要10 ～20 s。等待时间对于电子档案的实时采集和查询来说是个挑战。

要提高区块链的处理速度，需要从共识机制方面入手。优化共识算法，减少计算复杂度，可以缩短生成新区块的时间。例如采用BFT 类的拜占庭容错算法，可以大大减少通信轮数。适当降低确认次数要求也能加快区块速度，但需要权衡安全性。另外，可以考虑在区块链上进行分层设计，采用主链和侧链的架构。主链仅记录关键交易，侧链用于大量日常交易，可以提升整体吞吐量。侧链与主链之间可以采用散列锚定等技术进行链接。

4.2 技术门槛高的挑战及应对措施

区块链技术本身比较新颖，相关的专业人才较为稀缺。区块链系统的搭建和日常运行维护，需要开发人员、系统管理员等有相当的区块链技术经验与能力。然而目前高职院校内部很难自行培养出区块链技术人才。增加了高职院校独立搭建区块链平台并进行电子档案管理的难度与门槛。

针对区块链技术门槛高的问题，高职院校可以考虑以下几点应对措施：第一，通过多渠道选聘和培养区块链技术人才，提升自身区块链技术实力。第二，可以聘请外部的区块链技术公司提供技术服务，帮助设计、搭建适合本校需要的区块链解决方案。第三，选择一些技术成熟度较高的区块链产品和解决方案，可以降低区块链平台的搭建难度。第四，可考虑与其他高职院校合作成立区块链技术联盟，共享联盟链区块链平台，分散每个学校的技术投入。逐步降低区块链技术在高职院校电子档案管理应用过程中的门槛，使其真正发挥应有的作用。

4.3 系统互操作性问题及应对措施

当前各高职院校正在积极探索应用区块链技术来优化电子档案管理，但各校自行开发和使用的区块链系统往往独立存在，之间缺乏互操作性。会导致档案信息无法在不同区块链系统之间进行交换和共享，也不利于未来实现区域乃至全国范围的高职院校电子档案信息互联互通。

为解决此问题，建议高职院校在区块链系统设计过程中，考虑其跨系统互操作性，采用统一的基础协议和数据标准，同时研究区块链互操作的关键技术如跨链和边链等。具体可以组建高职院校区块链技术联盟，联合制定统一的区块链电子档案数据模型、接口规范等标准，并研发支持不同区块链系统之间互操作的中间件或网关。此外，应积极探索区块链跨链技术的应用，通过跨链协议和锚定机制，实现异构区块链系统之间的资产及信息交换，使档案数据实现跨链共享和可以追溯。通过相应技术和标准化管理工作，可以逐步增强各自区块链应用系统之间的互操作性，促进高职院校电子档案信息的跨系统流通与共享。

5 结语

综上所述，区块链技术为高职院校大数据环境下的电子档案管理提供了新的技术手段。应用区块链可以有效解决档案共享、存储扩展、数据安全等问题，极大地提高档案管理的效率。但区块链技术仍存在一些问题有待改进，高职院校可以考虑与区块链企业合作，利用区块链打造安全可靠的电子档案管理系统，以适应未来发展需求。如果区块链技术得到进一步发展和应用，必将极大推动高职院校电子档案管理的创新和进步。