基于区块链和IPFS的高校教学资源共享平台构建

摘要：针对目前高校教学资源共享中存在的资源激励机制欠缺、资源存储安全风险以及资源版权保护不足等问题，文章通过将星际文件系统（Inter-Planetary File System，IPFS）和区块链进行结合，实现链上索引、链下存储的教学资源存储模式。文章利用智能合约技术自动执行对教学资源版权的保护，构建了基于虚拟币的资源创作激励机制。在此基础上，文章提出了高校教学资源共享平台的总体分层架构和共享流程，并设计了平台的4大功能模块，为区块链技术在教学资源共享共建领域的应用提供了新思路。

关键词：区块链；IPFS；教学资源共享

中图分类号：TP391.3文献标志码：A

0 引言

近年来，互联网技术的快速普及带动了在线教育的发展，网络中高校教学资源如国家高等教育智慧教育平台、中国大学MOOC等在为高校师生提供了丰富的教学资源的同时，全国高校也先后建立精品课程、视频公开课等建设项目，教学资源选择越来越多样化。然而，由于教学资源存储分散、资源平台众多，教学资源缺乏统一管理，加重高校师生选择教学资源的负担，难以方便、快捷地找到所需的资源［1］。中共中央国务院印发的《中国教育现代化2035》明确提出推进教育现代化要“更加注重共建共享”。本文构建了聚合众多高校教学资源的共建共享平台。该平台有利于整合高校分散的教学资源，防止资源的重复建设，促进高校间优秀教学资源共享。

1 高校教学资源共享的现状分析

1.1 高校教学资源共享面临的问题

目前，高校教学资源的共建共享过程主要存在如下问题。

（1）在数据存储方面，目前，教学资源共享平台大多采取基于Web或基于云的共享模式下的集中式方式存储教学资源。在资源共享过程中，这种集中式的存储方式可能会受到网络攻击导致数据泄露、丢失等，且对于教学资源数据的容错率较低。

（2）在版权保护方面，传统的教学资源共享平台存在版权认定以及维护难的问题，高质量、原创的教学资源成果的版权通常不能被保护，甚至可能被恶意传播或者贩卖获利等。

（3）在资源创作激励方面，资源共享缺乏相应的激励机制，不能有效调动教师创造资源的积极性，很多高质量的教学资源得不到公开和利用。

1.2 基于区块链的高校教学资源共享

当前，区块链作为新兴技术以其去中心化、可追溯、不可篡改等优势，为高校教学资源的共建共享提供了新的思路［2］。“区块链+教育”的模式已经成为未来教育的发展趋势［3-4］。因此，基于上述背景，本文研究设计基于区块链和星际文件系统（Inter-Planetary File System，IPFS）的高校教学资源共享平台。本文将IPFS和区块链结合，在使用IPFS存储教学资源的同时将资源Hash地址存储于区块链，实现链上索引、链下存储的教学资源存储模式；通过智能合约自动执行对资源版权的确权、存证等，构建自动化版权保护模型对教学资源版权进行保护；引入虚拟币激励机制，并根据教学资源的下载量等指标设计资源奖励算法，鼓励更多高校投入教学资源的建设。

2 高校教学资源共享平台构建

2.1 平台架构设计

南京工程学院教学资源共享平台的用户为来自多所高校的创作/获取教学资源的教师、学生以及负责教学资源管理的监管机构，因此，本平台采用联盟链技术，联盟链中各个节点间一致性的达成原则是采用权威证明（Proof of Authority，PoA）共识机制来实现的，相比PoW等，共识效率更高［5］。

本高校教学资源共享平台总体架构分为交互层、合约层、数据层3层，如图1所示。

交互层为平台用户提供了平台功能模块的可视化接口，通过交互层收集用户的数据并将请求的结果返回至用户，采用Web3.js技术实现平台前端与底层区块链之间的交互。合约层中的资源审查智能合约、资源发布合约、资源交易合约以及交易奖励合约是通过Solidity语言编写开发的，合约层与数据层之间的信息交互是通过JSON-RPC来实现的，通过智能合约自动执行处理以实现平台的各种功能。数据层利用IPFS存储大量的资源数据，在区块链上只存储平台的消息交互和资源地址等信息，保证资源数据安全可靠的同时，又解决了大规模资源数据的存储问题［6］。

2.2 平台功能设计

本高校教学资源共享平台的功能设计如图2所示，其以区块链技术的分布式账本、共识机制等为底层支撑，并抽象为资源创作模块、资源交易模块、版权管理模块和用户管理模块4大功能模块。此外，本平台通过与各高校的课程、图书资源管理平台以及各开放课程资源平台对接，可以整合分散的教学资源作为本平台教学资源的补充。

2.2.1 资源创作模块

资源审查：监管机构调用资源审查合约对高校教师创作的资源格式、内容完整性等方面进行校验；再利用文本、图像匹配等算法进行资源间的相似度判定，相似度小于特定的阈值时被认定为符合原创性要求，确保不存在抄袭或者盗版的行为。

资源发布：该过程将通过审查的资源进行加密，形成密文数据后上传IPFS中。IPFS计算该资源文件的Hash值并将其返回，再通过调用资源发布合约将该Hash值和资源版权等信息存储在区块链中。

资源统计：该过程对教学资源的各类数据进行统计，如不同类型下的资源数量、资源价格区间分布、资源交易量等数据，并可以自动生成可视化的统计图表。

2.2.2 版权管理模块

版权登记：根据通过监管机构审查的资源即符合版权认定要求这一原则，该过程将该资源的版权信息记录在区块链上，防止版权凭证被非法篡改。

版权查询：利用区块链技术公开透明的特性，用户通过教学资源名称等信息能够查询到教学资源的版权信息如资源创作者、发布时间等。

版权追踪：当发生侵权纠纷时，该过程能够追溯资源从发布起的版权相关信息，自动完成对版权信息的确权、存证和维护等。

2.2.3 资源交易模块

交易创建：学生用户向监管机构发送购买资源请求，通过调用资源交易合约进行自动化交易，经过区块链共识机制将请求广播至所有节点并确认之后，资源交易信息会完整地记录在区块链上。

交易评价：该过程根据资源质量等指标对交易进行评价，根据该交易的评价得分情况给予该资源创作者一定的资源奖励，若评价得分越高则资源创作者获得的虚拟币数量越多。

交易奖励：交易奖励合约约定了基于下载量、好评率等指标的虚拟币分配规则。通过调用该合约，系统自动给予该资源创作者相对应的虚拟币奖励，保证教学资源的奖励分配公平透明。

2.2.4 用户管理模块

身份管理：监管机构、资源使用者和资源共享者通过区块链进行身份认证，成为本高校教学资源共享平台的成员用户。

权限设置：该过程对用户的身份进行认证并为其设置不同的访问权限。对于教师，设置其权限为资源发布、版权追踪等；对于学生，设置其权限为资源购买、资源下载等；对于监管机构，设置其权限为资源权限更新、资源数据查询如查询资源的下载量、好评率等。

虚拟币查询：用户通过虚拟币查询功能能够查询到自己所拥有的虚拟币余额，同时，查询用户虚拟币的获得、花费等相关明细。

2.3 平台流程设计

本平台的教学资源共享流程如图3所示。首先，监管机构对资源的格式、内容完整性等方面进行审查并进行资源的原创性认定以保证版权归属。之后，教师将资源进行加密并上传至IPFS。IPFS计算资源的Hash值并将其返回，教师将该Hash值和资源的版权等信息上传到平台。平台调用资源发布合约将这些信息存储在区块链上并返回区块ID。资源上传至平台后，学生就可以查找并购买该资源。当学生用户完成资源购买后，即可通过平台获得该资源访问权限，平台返回资源的Hash值和解密密钥。最后，学生通过返回的Hash值在IPFS中查询到该资源，下载后解密资源文件。

与本平台教学资源的共享流程不同，对接的其他资源平台只上传其资源地址信息并开放相应的访问接口，不会将教学资源数据上传至IPFS。在购买这些资源后，系统通过区块链获取对应资源的地址信息进行下载，对接平台通过查询区块链的交易信息，响应下载操作。这2类资源共享都需要消耗资源使用者账户上的虚拟币余额。

3 结语

针对目前高校教学资源共享中存在的资源激励机制欠缺、资源存储安全风险以及资源版权保护不足等问题，本文构建一种基于区块链和IPFS的高校教学资源共享平台，将区块链不可篡改、可追溯等特性与IPFS去中心化存储相结合，可以有效实现教学资源的分布式存储与安全共享。本平台具有如下优势：

（1）通过IPFS技术对区块链存储进行扩展以解决区块链无法存储大量高校教学资源的问题，大幅降低存储成本，实现教学资源存储的高可靠性和可扩展性。

（2）通过智能合约自动执行对版权的确权、存证、维护等并将资源的版权信息整合存储在链上，版权取证容易且快速，所提方案提高了版权保护效率。

（3）联盟链技术可以提升高校间教学资源共享的安全性，同时其利用虚拟币激励机制调动优质教学资源创作者的积极性，促进了教学资源的共建共享。

参考文献

［1］靳瑞霞，孙全党，秦磊勇.基于区块链技术的高校数字教育资源共创共享生态系统构建［J］.中国教育信息化，2021（23）：53-58.

［2］曾诗钦，霍如，黄韬，等.区块链技术研究综述：原理、进展与应用［J］.通信学报，2020（1）：134-151.

［3］兰丽娜，吴芬芬，石瑞生.国内“区块链+教育”研究的可视化分析：以160篇“区块链+教育”相关的核心期刊论文为样本文献［J］.现代教育技术，2021（10）：23-31.

［4］吴永和，程歌星，陈雅云，等.国内外“区块链+教育”之研究现状、热点分析与发展思考［J］.远程教育杂志，2020（1）：38-49.

［5］TIAN J F， TIAN J， XU H W. TSBFT： a scalable and efficient leaderless Byzantine consensus for consortium blockchain［J］. Computer Networks， 2023， 222： 109541.

［6］DWIVEDI S K， AMIN R， VOLLALA S. Smart contract and IPFS-based trustworthy secure data storage and device authentication scheme in fog computing environment［J］. Peer-to-Peer Networking and Applications， 2023（1）： 1-21.

Construction of university education resource sharing platform based on blockchain and IPFS

Abstract： Aiming at the current problems in the university education resource sharing， such as the lack of incentive mechanisms， security risks in resource storage， an on-chain indexing and off-chain storage mode for education resource is achieved by combining IPFS and blockchain. The copyright of education resources utilizing smart contract technology is automatically protected and a resource creation incentive mechanism based on virtual currency is also constructed. On this basis， the overall hierarchical architecture and sharing process of the university education resource sharing platform are proposed， and the four functional modules of the platform are designed. This provides new ideas for the application of blockchain technology in the field of education resource sharing.

Key words： blockchain; IPFS; education resource sharing