高校信息化应用场景建设思路：融合区块链技术的探索与实践

融合区块链的高校信息化应用场景基于区块链的高校应用场景

区块链作为比特币的底层基础设施，被视为继蒸汽机、电汽化、计算机之后第四次工业革命的重要成果。 区块链技术在教育、医疗、金融、政务、电子存证、数字身份等各个领域不断普及，场景的深化和多元化不断深化。 并重构高校的数据共享、教学科研、行政办公、协同创新等，从数据层面、金融层面、应用层面、系统层面等进行构建，可以为高校的数据共享、教学科研、行政办公、协同创新等提供路径创新。未来高校信息化新基础设施。

区块链概述

区块链是一种由多方共同维护的分布式账本技术，利用密码学技术保证传输和访问安全，可以实现数据一致性、难以篡改、不可逆转。

图1 区块链技术原理

它主要有以下特点：

去中心化：去中心化是区块链的核心特征。 区块链技术不依赖第三方组织，通过分布式节点实现信息同步、验证和管理；

开放性：区块链的数据对所有参与者开放，任何人都可以查询区块链的数据，整个系统的信息高度透明；

安全性：区块链的51%攻击机制保证了任何人或组织在实际操作中几乎很难私自更改链上的数据；

匿名性：区块链各节点之间的数据传输遵循点对点的固定加密算法，无需泄露身份信息。

区块链融合的高校信息化应用场景

总体建设思路

高校基于区块链的信息应用平台建设初期，首先需要确定哪些应用可以部署在区块链上。 有以下参考激励措施：

1、是否可以在链上建立信任体系；

2、能否用区块化的客观逻辑来判断智能合约；

3、区块链带来的优势能否抵消使用区块链的成本。

在校园网方面，首先基于开源、去中心化的框架，进行校园网基础网络改造，搭建高速点对点的分布式区块链平台合约，并与各种区块链数据库对接。院系和科研机构进行区块生成。 链联盟基础数据库，同步大学信息、科研信息、学术信息、在线教学课程信息、身份信息、学籍信息、信用信息、学位证书信息等，应用于身份认证、在线教学、事务审批、师生个人知识产权保护、校园网络基础设施等应用场景。

区块链典型应用场景研究

区块链在教育领域的应用场景越来越多，各个应用场景所使用的区块链底层技术和整体框架略有不同。 因此，本文对基于区块链的DNS域名系统场景进行详细研究，实现点对点和推理，进而延伸到其他教育信息化应用场景的简单介绍和探索。

图2 基于区块链的高校应用场景

场景一：校园基础网络设施安全

目前广泛使用的DNS技术标准和体系存在以下不足：

1、安全问题：近年来，针对DNS漏洞的各种攻击（反射放大攻击、DOS、缓存中毒攻击、域名劫持等）层出不穷。 目前，无法防御所有攻击；

2、性能问题：所有根域名查询都必须与地理上分布不均匀的根服务器进行通信，受网络影响较大；

3、隐私问题：所有域名都有一定的方式找到其所有权，个人和组织的隐私很难得到保护；

4、中心化：目前DNS管理由单一国家的机构负责，造成权利中心化，存在各种隐患和风险。 需要一个去中心化的人工公平机制。

在高校基础网络应用设施建设中，利用区块链技术可以解决一些校园网络安全问题，例如解决核心网络基础设施DNS系统的漏洞。 不可篡改的特点，域名和IP地址对应关系的“增加”、“删除”、“修改”都记录在区块链中，可以在全网达成共识，不可篡改并生成交易记录层。 解析出的地址与真实IP地址的对应关系是客观存在的智能合约高校科研管理信息系统，记录在数据库中。

图3 基于区块链的DNS域名系统原理

区块链DNS系统可分为四层：网络层、缓存层、控制层、应用层。

底层网络层基于区块链网络和存储技术，存储DNS ZONE数据和状态数据，同时实现域名数据有效性验证、来源验证、外部调用和一致性验证算法等。

缓存层主要提供DNS域名的缓存功能，减少重复的递归服务，提高查询效率。

控制层将用户请求转发给缓存层进行逻辑交互和控制。

应用层提供用户API调用套接字，用户可以通过应用层直接在网络层进行基于智能合约的域名操作服务。 应用层还提供图形界面和各种查询插件。

场景二：学术资源共享

机构拥有许多优质的在线教育和学术研究资源，这些资源无法跨学校和联盟共享。 借助区块链智能合约，可以简化认证流程，整合校内外优质资源，形成学术资源区块链联盟。 师生可以跨地区共享任意区块链资源节点获取联盟的学术资源。

图4 基于区块链的学术资源共享

同时，区块链的分布式结构避免了所有共享学术资源因某个区块链节点故障而无法提供服务，消除了个别故障，保证了整个学术区块链数据资源的安全性和完整性。

场景三：信用认证信用体系建设

学生在校的课程成绩、学分、项目、科研等学习数据首先被打上时间戳标签，并分布存储在信用认证区块链节点中。 授权的第三方机构或用人单位可以在任何区块链节点查看中学生的学习状况，一方面可以保证中学生简历的权威性，另一方面可以降低各高校信息化建设的成本借助分布式结构，同时保证数据安全。

图5 基于区块链的信用证明

场景四：身份认证管理

高校各个应用平台组成应用联盟区块链，各平台通过线上协作共同维护联盟区块链。 当每个平台成员自身数据发生变化时，通过区块链分布式结构手动通知其他应用并同步。对于平台成员来说，当高校师​​生成功登录某个平台时，其他平台将同步信用授权和认证数据。 用户访问联盟链内其他平台时，无需重复认证。

图6 基于区块链的身份认证联盟

场景五：高校知识产权保护

由于传统登记方式的局限性高校科研管理信息系统，知识产权保护存在确权困难、盗版严重、开放性差等诸多问题。 借助区块链数字签名，在原创作品与所有权信息之间构建了难以篡改的对应关系。 当专利、软件专着等作品发布到知识产权区块链数据库时，会生成唯一的公钥作为作品所有权证明，并在区块链上生成唯一真实且不可篡改的存在证明，作品的形成到版权的出售每一步都可以手动记录和保存且无法篡改。

图7 基于区块链的知识产权区块链

通过探索基于区块链的数据共享模式，实现跨部门、跨学校、跨地区的高校申请数据的共同维护和使用，促进业务协同。 为学生带来更好的在线服务体验，优化在线服务，以先进的信息技术和手段推动体制机制创新，增强师生的获得感，提高工作效率。

作者：单康康、袁书红、徐峰、张华、贾春燕、洪波（四川大学信息技术中心）