基于区块链技术的高校学分银行学分转换机制分析

摘要：高校学分银行作为教育模式的创新，为学生提供了跨校甚至跨国界的灵活学分认证途径。然而，随着应用的深入，学分转换过程中的安全性、透明度和效率问题逐渐显现，亟须有效解决。区块链技术以其独特的去中心化特性、数据的不可篡改性和交易的可追溯性，为这些挑战提供了创新的解决方案。深入分析了高校学分银行在学分转换中遇到的现状和挑战，详细探讨了区块链技术在提升学分转换安全性、增强透明度和提高效率方面的优势，并提出了一个构建基于区块链的学分转换平台的详细方案，旨在通过技术创新推动教育模式的进一步发展和完善。

关键词：教育信息化；高校学分银行；区块链技术；学分转换平台

一、前言

在终身学习理念的推动下，高校学分银行作为一种新型的教育模式，旨在打破传统教育体系的界限，实现学分的跨校、跨区域甚至跨国界转换。然而，学分转换过程中的信任问题、数据安全问题以及转换效率问题，限制了学分银行模式的广泛应用。区块链技术以其在数据安全、透明度和去中心化方面的优势，为高校学分银行提供了一种创新的解决方案[1-2]。

二、高校学分银行学分转换现状和挑战

当前高校学分银行在学分转换领域面临诸多挑战，主要包括认证过程的复杂性，由于涉及多个教育机构和认证机构的审核，导致整个流程变得冗长且效率低下。安全性和隐私保护的不足增加了学生学分信息被泄露和篡改的风险。透明度的缺失使学生难以追踪转换进度和结果。技术兼容性问题造成不同教育机构的信息系统可能互不兼容，阻碍了学分信息的流通。政策和法规的限制可能影响学分转换的灵活性和适用性。这些问题不仅增加了学生和教育机构的负担，也影响了教育质量和信任度。为了解决这些问题，需要采取包括制定统一的学分转换标准、加强数据保护措施、提高流程透明度和追踪能力、采用先进技术简化流程在内的综合性方案，以确保学分转换的安全性、公正性和便捷性。

三、区块链技术在学分转换机制中的应用优势

区块链技术在高校学分银行学分转换机制中的应用带来了一系列显著的优势，包括以下方面：

第一，去中心化。区块链的去中心化特性消除了对单一中心化认证机构的依赖，将数据存储和管理分散在网络中的多个节点上。这种分布性不仅减少了系统对单一故障点的脆弱性，而且通过多节点共识提高了学分转换的效率和响应速度。

第二，不可篡改性。区块链使用加密技术，如哈希算法，确保一旦数据被写入区块链，就无法被更改或删除。这为学分信息的真实性和完整性提供了强有力的保障，大大降低了信息被篡改的风险。

第三，可追溯性。区块链的每个区块都包含前一个区块的哈希值，形成了一条长链，使得任何学分转换记录都可以追溯到其原始状态。这种可追溯性增强了学分转换过程的透明度，使学生和教育机构能够清晰地查看转换历史和验证转换的每一步。

第四，透明性。由于区块链的开放账本特性，所有授权参与者都可以实时查看学分转换的状态和结果，而无需依赖于单一的第三方机构。这种透明性提高了学生对学分转换过程的信任度。

第五，安全性。区块链结合了非对称加密和共识机制，确保了数据的安全性。即使部分节点受到攻击或损坏，整个系统的安全性和数据完整性也不会受到影响。

第六，自动化。智能合约的使用实现了学分转换流程的自动化，一旦条件满足，智能合约即自动执行学分转换，减少了人工干预，降低了错误和欺诈的可能性。

第七，降低成本。去除了中心化机构的中介角色，减少了交易成本和时间成本，使得学分转换更加经济高效。

第八，跨机构协作。区块链提供了一个共享的、不可篡改的记录系统，使得不同教育机构能够更容易地进行协作和共享学分信息，促进了教育资源共享。

第九，数据隐私保护。通过使用先进的隐私保护技术，如零知识证明，区块链可以在不泄露学生个人信息的情况下验证学分信息，保护了学生的隐私权。

第十，全球可访问性。区块链技术的应用使得学分转换平台可以跨越地理界限，为全球学生提供服务，增加了教育的可及性和灵活性。

综上，区块链技术通过其独特的性能，为高校学分银行学分转换机制提供了一种安全、透明、高效且成本效益高的解决方案，有望改变传统的学分转换流程。

四、基于区块链的高校学分银行学分转换平台构建方案

（一）平台设计框架

基于区块链的高校学分银行学分转换平台，包括区块链支撑层、服务层和应用层。区块链支撑层负责实现跨链协同服务、分布式数字身份服务等基础功能。服务层通过智能合约实现学分认证、转换规则设定等核心服务。应用层则根据用户需求提供操作界面和业务流程管理。平台设计框架如图1所示。

（二）平台建设技术

1.数据加密技术

首先，本文利用非对称加密技术，为每个学生i和教育机构j生成一对公钥PubKey_ij和私钥PrivKey_ij[3]。学生的学分信息C_i在提交到平台前，使用其私钥PrivKey_ij进行加密，确保只有持有对应公钥的授权实体能够解密和访问这些信息。加密过程如下：

式（1）中，Ci'是加密后的学分信息，EPrivKeyi 表示使用私钥PrivKeyij加密的过程。

其次，为了保证学分转换过程的透明性和可追溯性，使用区块链的链式结构B来记录每一次学分转换的交易Tk （k=1，2，...n）。每个交易都会被打上时间戳，并链接到前一个交易，形成一个不可篡改和不可逆的记录链。链式结构B表示为：

最后，为了确保学分信息的安全性和隐私性，采用同态加密技术来允许在加密数据上进行特定的数学运算，而无需解密，这样即使在验证学分转换的有效性时，学生的原始学分数据也能得到保护[4]。

为了进一步增强系统的安全性，结合零知识证明，允许学生在不泄露具体学分信息的情况下，证明其学分的合法性和满足特定转换条件。

2.去中心化存储

在构建基于区块链的高校学分银行学分转换平台的去中心化存储过程中，研究采用分布式存储技术IPFS，将学分信息Ci分割成n个数据分片{Ci1，Ci2，…，Cin}，并使用纠删码算法进行编码生成k个校验块{Pi1，Pi2，…，Pik}，以实现数据的冗余和容错性[5]。

每个数据分片和校验块被分布式哈希表（Distributed Hash Table，DHT）算法分配并复制到网络中的多个节点上，公式如下[6]：

式（3）（4）中，Node（Cim）表示数据分片Cim （m=1，2，...n）被分配到的网络节点，Node（PiM）表示校验块PiM （M=1，2，...k）被分配到的网络节点，DHTHash表示分布式哈希表（Distributed Hash Table，DHT）算法。

通过这种方式，即便部分节点失效，原始数据也能通过校验块在其他节点上快速恢复，确保了数据的持久性和完整性。同时，结合使用AES加密算法对数据分片进行加密，保障了存储在网络节点上的数据安全，防止未授权访问[7]。AES加密过程如下：

式（5）中，Cim'（m=1，2，...n）是使用AES加密算法加密后的数据分片，AESkey是AES加密函数，其中，“key”表示用于加密的密钥。去中心化存储信息表见表1。

这种去中心化的存储机制不仅提高了数据的可靠性，也增强了整个学分转换平台的抗攻击能力和数据隐私保护。

3.智能合约

当学生的学分信息需要在不同教育机构间转换时，通过智能合约来自动执行转换规则[8]。智能合约在区块链上以代码形式存在，一旦部署，将根据预设的逻辑自动验证学分的有效性，并在满足条件时自动完成学分的转换。学分转换步骤如下。

步骤1智能合约规则定义：定义一个函数f，表示智能合约的转换规则。该函数接受学生i的学分信息Ci和一系列转换规则R作为输入：

式（6）中，Boolean是布尔类型，表示逻辑值，真（True）或假（False）。

步骤2学分验证：智能合约将验证学生的学分信息是否满足转换条件，通过调用步骤1定义的函数f来实现：

式（7）中，IsValid是布尔变量，表示学分验证的结果。

步骤3条件判断：如果IsValid返回真（即学分信息满足所有转换条件），则智能合约将执行学分转换操作。否则，转换请求将被拒绝。判断条件如下：

If IsValid then perform conversion else reject request （8）

步骤4学分转换：定义一个转换函数g，它根据转换规则R将学生i的学分信息Ci转换为学生l的学分信息Cl：

式（9）中，g是转换函数，用于执行实际的学分转换。

步骤5转换记录：智能合约将转换操作记录在区块链上，每次转换生成一个新的交易记录T：

式（10）中，timestamp是时间戳，表示交易记录的时间。

步骤6交易验证：区块链网络中的节点将验证交易T的有效性，并将其添加到区块链中，验证过程如下：

If VerifyTransaction（T） then append T to the blockchain（11）

步骤7状态更新：一旦交易被验证并添加到区块链，学生的学分信息状态将被更新，更新过程如下：

UpdateStudentRecord（l，Cl） （12）

（三）平台实现方案

基于区块链的学分转换平台涉及学生、教育机构和监管机构三个主要角色。学生发起学分转换请求，教育机构审核并提供学分信息，监管机构负责监督和认证转换过程。通过区块链技术，实现学分信息的实时更新、安全存储和透明查询。学分转换流程如图2所示。

五、结论与展望

针对结合区块链技术的高校学分银行学分转换机制，本文提出了一个创新的解决方案，以应对现有教育体系中学分转换的低效率、安全性不足和透明度缺乏等问题。构建一个去中心化、安全、透明的学分转换平台不仅能提升学分认证的速度和安全性，还能增强教育互信，推动教育公平。

未来，期望通过技术优化、政策支持、用户培训、跨机构合作、隐私保护、国际合作以及持续监测评估，进一步发展和完善这一机制，克服实施中的挑战，实现更广泛的应用，为全球学生提供更优质的教育服务，推动教育模式的创新和进步。

参考文献

[1]吴贝贝.基于区块链技术的校际学分银行综合评价系统的构建研究[J].信息系统工程，2024（01）：46-49.

[2]赵恩毅，王刚，张拓.基于区块链技术的家电物流企业智能追溯系统设计与开发研究[J].家电维修，2024（06）：53-55+49.

[3]马军勇.计算机网络安全中数据加密技术的应用分析[J].数字通信世界，2023（08）：130-132.

[4]赵麟祥，郭芳琳，王华，等.基于同态加密的电力调度数据抗泄露加密系统设计 [J].电子设计工程 ，2024，32（08）：87-91.

[5]邵德奇，李腾飞，赵光伟.基于区块链+IPFS的作品版权保护研究[J].中国报业，2024（05）：26-29.

[6]安彦哲，朱妤晴，王建民.物联网大数据场景下的分布式哈希表适用条件分析[J].计算机学报，2021，44（08）：1679-1695.

[7]李文迪.基于改进AES算法的通信信息加密安全传输方法研究[J].中国新技术新产品，2024（07）：143-145.

[8]刘卫春，黄海，郑军红.基于智能合约的农业供应链溯源技术研究[J].电子技术应用，2024，50（05）：53-57.

基金项目：四川省教育厅2022－2024年职业教育人才培养和教育教学改革研究“基于国家资历框架的职业院校‘学分银行’研究实践”（项目编号：GZJG2022-081）

作者单位：成都航空职业技术学院

■ 责任编辑：张津平、尚丹