基于Hyperledger Fabric的共享学习认证系统的设计与实现.pdf
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1、收稿日期:2 0 2 3 0 1 1 8基金项目:教育部产学合作协同育人项目(2 2 0 6 0 0 2 2 8 2 7 1 1 0);全国高等院校计算机基础教育研究会项目(2 0 2 2-A F C E C-4 6 9)。作者简介:闫 禹(1 9 6 9),男,辽宁沈阳人,沈阳师范大学讲师,博士;通信作者:于 涧(1 9 7 4),男,吉林辽源人,沈阳师范大学副教授,硕士。第4 1卷 第4期2023年 8月沈阳师范大学学报(自然科学版)J o u r n a l o fS h e n y a n gN o r m a lU n i v e r s i t y(N a t u r a l S
2、c i e n c eE d i t i o n)V o l.4 1N o.4A u g.2 0 2 3文章编号:1 6 7 3 5 8 6 2(2 0 2 3)0 4 0 3 2 1 0 6基于H y p e r l e d g e rF a b r i c的共享学习认证系统的设计与实现闫 禹1,于 涧2,于泽翔3(1.沈阳师范大学 软件学院,沈阳 1 1 0 0 3 4;2.沈阳师范大学 数学与系统科学学院,沈阳 1 1 0 0 3 4;3.东北大学 悉尼智能科技学院,沈阳 1 1 0 8 1 9)摘 要:传统中心化管理模式下的共享学习平台因存在着信任问题而发展受限,而目前将区块链技术应用
3、于教学领域的发展相对缓慢,许多研究仅停留于理论层面。区块链技术具有去中心化、可信任和不可篡改等特性,在共享学习领域的运用有助于解决平台信任不足的问题,从而提供给学习者更多的学习途径和选择。提出了一种基于H y p e r l e d g e r的在线共享学习认证系统,针对高校、教师和学生等使用方的实际需求,结合关于H y p e r l e d g e r技术原理特征的研究,对系统进行了设计和实现。利用区块链信息不可篡改的特性在课程和学习2个方面实现认证,尝试建立一个可信的学习平台。系统有效解决了传统学习平台中的信任度问题,也满足了组织对安全性和权限的多种要求。相关的功能测试验证了整体方案的有
4、效性和可行性。关 键 词:区块链;认证系统;共享学习;不可篡改中图分类号:T P 3 1 1 文献标志码:Ad o i:1 0.3 9 6 9/j.i s s n.1 6 7 3 5 8 6 2.2 0 2 3.0 4.0 0 6D e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fc e r t i f i c a t i o ns y s t e mf o ro n l i n es h a r e d l e a r n i n gb a s e do nH y p e r l e d g e rF a b r i cY ANY u1,Y UJ i
5、a n2,Y UZ e x i a n g3(1.S o f t w a r eC o l l e g e,S h e n y a n gN o r m a lU n i v e r s i t y,S h e n y a n g1 1 0 0 3 4,C h i n a;2.C o l l e g eo fM a t h e m a t i c sa n dS y s t e m sS c i e n c e,S h e n y a n g N o r m a l U n i v e r s i t y,S h e n y a n g 1 1 0 0 3 4,C h i n a;3.S y
6、d n e y S m a r t T e c h n o l o g yC o l l e g e,N o r t h e a s t e r nU n i v e r s i t y,S h e n y a n g1 1 0 8 1 9,C h i n a)A b s t r a c t:T h e t r u s t p r o b l e mh a s i m p e d e d t h ed e v e l o p m e n t o f o n l i n e s h a r e d l e a r n i n gs y s t e mw h i c hb a s e do nt
7、h et r a d i t i o n a lc e n t r a l i z a t i o ns t r u c t u r e.A tp r e s e n t,t h ed e v e l o p m e n to ft h eb l o c k c h a i nt e c h n o l o g yi ss l o w l yi ne d u c a t i o nf i e l d,a n d m a n yr e s e a r c h e so n l ys t a ya tat h e o r e t i c a ll e v e l.B l o c k c h a i
8、 nt e c h n o l o g yh a sf e a t u r e so ft r u s t w o r t h i n e s s,d e c e n t r a l i z a t i o n,a n dn o n-t a m p e ra b i l i t y,e t c.A p p l i n gb l o c k c h a i nt e c h n o l o g yt ot h ef i e l do fo n l i n es h a r e dl e a r n i n gc o u l ds o l v et h et r u s tp r o b l e
9、ma n do f f e rm o r ec h o i c e st os t u d e n t s.i nt h i sp a p e raH y p e r l e d g e rc e r t i f i c a t i o ns y s t e mf o ro n l i n es h a r e dl e a r n i n gi sp r o p o s e d.T h et e c h n i c a lp r i n c i p l ea n dc h a r a c t e r i s t i c sa r ec l a r i f i e db yi n-d e p
10、t ha n a l y z i n gt h eH y p e r l e d g e r t e c h n o l o g y,a n dt h ed e t a i l e dd e s i g no f t h es y s t e mi sc a r r i e do nb yc o m b i n i n gw i t ht h ea c t u a ln e e d so fa l l t h ep a r t i e su s i n gt h ec e r t i f i c a t i o ns y s t e m,s u c ha st e a c h e r sa n
11、 ds t u d e n t s,c o l l e g e s,e t c.T h es y s t e ma c h i e v e sc e r t i f i c a t i o n i nt h ea s p e c t so f c o u r s ea n dl e a r n i n gt ob u i l da m o r ec r e d i b l ep l a t f o r m b yu s i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h eb l o c k c h a i n“n o-t a m p e r e d”i
12、 n f o r m a t i o n.T h es y s t e ms o l v e st h et r u s tp r o b l e mt h a te x i s t s i nt r a d i t i o n a lo n l i n es h a r e dl e a r n i n gs y s t e ma n dm e e t s t h es e c u r i t ya n da u t h o r i t yr e q u i r e m e n t so fo r g a n i z a t i o n.T h ec e r t i f i c a t i
13、o ns y s t e mh a sp a s s e dt h er e l e v a n t f u n c t i o nt e s t sw h i c hv e r i f i e st h ef e a s i b i l i t ya n de f f e c t i v e n e s so ft h eo v e r a l ls c h e m e.K e yw o r d s:b l o c k c h a i n;c e r t i f i c a t i o ns y s t e m s;s h a r e d l e a r n i n g;n o n-t a
14、m p e r教育资源的共享可以在整合教学资源的同时提升高校的教学水平,也可以促进高校的协同发展。近年来,线上学习作为教育资源共享的重要形式,正成为自主学习的主流学习方式。然而,在传统的中心化模式情况下,线上学习方式更多地采用自我导向的原则,学习过程或者没有被记录,或者因为记录权限的垄断问题难以获得社会的广泛认可。平台如何实现对课程质量和学习过程等方面进行评价、记录和监督并获得外界认可,始终是共享学习平台发展中面临的首要问题。区块链技术具有去中心化、防篡改和可溯源的特点1。借助区块链技术,可以将教师资质、课程质量和学生学习记录等信息记录在区块链中,做到过程记录有据可查,进而解决共享平台的信任问
15、题。1 区块链技术选择及相关研究近年来区块链发展方兴未艾。区块链可以理解为是一种按时间顺序将不断产生的区块按顺序组合而成的一种可追溯的链式数据结构,是一种不可篡改、不可伪造的分布式账本2。在共享学习平台中,教与学的行为也可以被认为是交易,利用区块链技术不可篡改和分布式特征,可以将学生的学习过程和教师的课程发布过程完整记录,经由共识,确保教学过程的真实可信。区块链大体分为公有链、私有链和联盟链3种类型3。从准入机制的角度看,在公有链中,任何人都可以自由加入,并通过“挖矿”行为来竞争记账权。公有链最大程度地实现了去中心化,如比特币或以太坊。而联盟链是各机构组织共同搭建的区块链,适用于商业伙伴和组织
16、间的交易结算等场景。在联盟链中,区块的生成无须由“挖矿”来竞争记账权,而由组织内共同决定,实现了完备的权限控制和安全保障。H y p e r l e d g e rF a b r i c是目前联盟链较成熟的代表项目。公有链与联盟链的区别体现为共识机制的不同,公有链中每个参与节点通过贡献自己的算力来竞争记录权力,通过激励来增加区块写节点的随机性,保证了区块生成的可靠性,但同时也导致算力的浪费。而联盟链由组织内相关机构共同研发建设,信息上链后不可随意修改,解决了节点间的信用问题。因此,联盟链的多中心化的应用模式相对于公有链在资源使用上更加节俭经济。此外,基于安全性和完整性考虑,完全去中心化的比特币
17、和以太坊的处理交易的效率也比采用P o w算法的H y p e r l e d g e rF a b r i c要低,交易吞吐量也更小。共享学习系统是在各个高校和权威机构等可信节点合作的基础上构建的一个彼此互信的联盟,因而系统无须面对整个公共网络,同时,作为共享学习系统中的参与主体,学生常用的学习端多为手机等小型移动设备,显然也不适合成为公有链中的网络节点;另外,共享学习系统对系统实时交互的吞吐量要求较高,并需要具备相对灵活的智能合约系统。基于以上考虑,相比于完全去中心化的公有链,多中心化结构的联盟链应用模式更适合用来搭建学习认证平台。本文基于H y p e r l e d g e rF a
18、b r i c联盟链对共享学习认证系统进行设计与实现。总体上看,目前关于区块链在教育领域的应用和研究仍处于一个粗浅探索的阶段,相关法律支持尚缺乏。如许涛4认为现今区块链在教育方面的应用基本围绕学习成绩单、教学资源和教学过程账本3个方面展开,前瞻性的理论研究较多,而对真实场景的开发和应用较少。尽管如此,国内外专家学者仍做出很多有益的探索和实践。在应用方面,美国麻省理工学院实验室率先开发了一个数字学位证书查询开源系统,包括区块链证书系统的接口,麻省理工和很多国外教育机构已尝试使用该系统颁发、管理学位证书。在理论探索方面,一些学者对区块链技术在教育领域中可能存在的应用场景提出了自己的看法,总体上对应
19、用前景持乐观态度。如李青和张鑫5较早提出了推进区块链在教育行业的运用,由相关组织机构对教学过程的行为进行统一管理;李倩舒6以常州开放大学为例,论述了以“学分币”为中心,借助“教育链”推动在线教育高质量发展的途径;孙春梅和王卓7认为区块链为学生的个性化学习提供了更可靠与便捷的选择;M i k r o y a n n i d i s等8认为区块链对个人的终身学习提供了更多选择的机会,使用区块链记录学位证书颁发等信息有助于制定更加合理的教学计划。223沈阳师范大学学报(自然科学版)第4 1卷 区块链技术可以为学习者创建基于学习过程和结果的交互系统,并创建一个更可信和个性化的学习环境。2 认证系统框架
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- 基于Hyperledger Fabric的共享学习认证系统的设计与实现 基于 Hyperledger Fabric 共享 学习 认证 系统 设计 实现
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