[论文解读] A Blockchain-based Educational Record Repository

Bessa, Emanuel E., Martins, Joberto S B|arXiv (Cornell University)|Jan 21, 2019

Open Education and E-Learning被引用 3

一句话总结

本文提出BcER2，一种基于联盟区块链的教育记录存储库，可实现学术凭证（如电子文凭和电子证书）的安全、不可篡改且全球可访问的存储与验证。该系统基于Hyperledger Composer构建，通过密码哈希和共识机制确保真实性，其概念验证成功实现了跨多个用户的10份教育记录的创建、分发与验证，同时实施了访问控制并抵御了未授权访问。

ABSTRACT

The Blockchain technology was initially adopted to implement various cryptocurrencies. Currently, Blockchain is foreseen as a general purpose technology with a huge potential in many areas. Blockchain-based applications have inherent characteristics like authenticity, immutability and consensus. Beyond that, records stored on Blockchain ledger can be accessed any time and from any location. Blockchain has a great potential for managing and maintaining educational records. This paper presents a Blockchain-based Educational Record Repository (BcER2) that manages and distributes educational assets for academic and industry professionals. The BcER2 system allows educational records like e-diplomas and e-certicates to be securely and seamless transferred, shared and distributed by parties.

研究动机与目标

• 解决传统集中式、常不可靠的教育记录系统在缺乏标准化和全球可访问性方面的局限性。
• 通过区块链的不可篡改性和去中心化特性，提升电子文凭和电子证书等学术凭证的安全性、真实性和可信度。
• 实现大学、雇主和个人之间教育记录的无缝、高效且全球可访问的共享。
• 建立一种标准化、安全且可扩展的框架，用于利用区块链技术管理数字教育资产。
• 评估在真实大学环境中，基于区块链的系统在认证和分发学术凭证方面的可行性与安全性。

提出的方法

• 采用联盟区块链架构，允许授权实体（如大学）颁发记录，同时支持公众验证。
• 使用Hyperledger Composer作为底层框架，用于建模资产（如电子证书）、参与者（如学生、协调员）和事务（如颁发、验证）。
• 采用密码哈希技术确保数据完整性和不可篡改性，每个区块通过密码学方式链接到前一个区块。
• 实施访问控制列表（ACL），定义基于角色的权限，用于创建、读取、更新和删除记录。
• 利用基于JavaScript的事务处理器自动执行业务逻辑，如凭证颁发和验证。
• 在本地服务器（Ubuntu 16.04、Docker、Node.js 8.12）上部署系统，并通过浏览器访问的Web界面实现用户交互。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于区块链的系统能否有效确保电子文凭和电子证书等学术凭证的真实性与不可篡改性？
• RQ2 联盟区块链模型如何在不依赖中心化权威机构的前提下，支持教育记录的安全、可扩展且全球可访问的管理？
• RQ3 所提出的BcER2系统在多大程度上可防止对教育记录的未授权访问和篡改？
• RQ4 Hyperledger Composer的集成如何实现基于区块链的教育记录存储库的高效开发与部署？
• RQ5 此类系统在真实学术与职业环境中的实际影响与局限性是什么？

主要发现

• BcER2系统成功在区块链上创建并存储了10份不同的教育记录（电子证书），证明了数字凭证颁发的可行性。
• 系统支持多用户安全且公开地验证凭证，证实记录可从任何位置被访问和验证。
• 系统通过访问控制机制成功阻止了对教育记录的未授权访问尝试，验证了实现的安全性。
• 概念验证证实了区块链的核心特性——不可篡改性、基于共识的验证以及密码学完整性——在教育记录场景中的适用性。
• 系统展示了无缝的事务处理和基于角色的访问控制，协调员（UNIFACS机构）可颁发记录，用户可使用身份证件进行验证。
• 本实现未评估可扩展性，表明未来需针对大规模部署下的性能开展进一步研究。