基于区块链和云技术的电子学籍档案管理系统研究
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作者:孔乐佳
摘要：通过分析当前学籍档案管理发现的问题，发现区块链技术和云技术应用于电子学籍档案管理的可行性和必要性，为了构建基于区块链技术和云技术的新型学生学籍档案系统，从学籍档案管理的需求出发，分析了涉及的五种实体，构建了电子学籍档案区块链系统总体框架。为了实现学籍档案数据的完整性、机密性和支持机密数据的共享，分析了采用联盟链建立电子学籍档案区块链系统的必要性，并进一步开发了区块链分层架构图，构建了基于云技术的电子学籍档案区块链系统的体系结构。
关键词：区块链;云技术;电子学籍档案
中图分类号：TP311 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2021）36-0070-03
开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
1 引言
随着社会的发展，原来传统纸质的学籍档案管理方式已经不能满足新形势下学校人才培养、用人单位招聘等对学籍档案的需求，而且随着继续教育和开放式大学的蓬勃发展，对学籍档案的管理已经提出新的要求。为了适应新形势，越来越多学校档案馆选择通过档案数字化技术将原始纸质档案数字化和构建远程服务平台来满足更多的档案利用需求。学籍档案管理的新趋势和新需求给教育机构档案管理部门带来了挑战。国家档案局在2017年提出了要在档案管理方面围绕区块链技术展开研究，并将区块链技术与档案相关工作相结合，以解决当前档案管理中存在的问题。
2 当前电子学籍档案管理面临的挑战
当前电子学籍档案面临的挑战，主要有三个方面：
1）电子学籍档案共享利用不顺畅。目前学校档案管理大部分已实现信息化，但信息孤岛现象严重。在电子学籍档案的利用过程中，学校档案移动平台上的学籍专题档案服务大部分只是公示学校档案部门的联系电话或邮箱等，查档人需要通过邮箱、电话或微信等新型社交媒介等途径上传有效证件图片提交查档申请，档案保管方是申请进行审核后将电子档案复制件提供给查档方，或通过邮箱等离线传输方式传递所需学籍档案资料，这种查档利用方式不够便捷。
2）电子学籍档案安全可靠性受到质疑。在电子学籍档案的利用过程中，利用方离线传输或携带纸质件，但这也存在利用方对电子档案复制件或纸质件存疑等问题。如用户需要利用档案馆的电子档案，但第三方对档案馆出具的电子档案的原始性存疑，因此经常通过输出纸质件或签名方式来进行背书，这种利用方式比较烦琐。
3）电子学籍档案跨机构协同管理存在困难。随着学生的学习进阶过程，电子学籍档案具有需要在不同教育机构间流转的需求，但因为教育机构之间的信息系统都是独立建设的，且不同教育机构之间没有建立一个可信的环境，电子档案一旦跨机构传输，就必须进行真实性验证。由于缺乏可信的环境和电子学籍档案的格式问题，电子学籍档案跨机构协同管理几乎无法进行。
面对以上问题，区块链技术和云技术可以提供一个有效的解决方案。区块链通过对分布式数据存储、P2P传输、共识机制、加密算法和智能合约等传统技术的应用，使区块链具有去中心化、不可篡改、可溯源、多方维护、公开透明等特点。本文提出了一个基于区块链技术的电子学籍档案系统。
3 区块链技术和云技术在档案领域的相关研究进展
区块链技术起源于开创性的文章“比特币：点对点电子现金系统”。近年来，国内外都开始将区块链技术应用于电子档案系统。英国Archangel项目是全球首个专门针对档案完整性管理问题所开展的区块链应用项目，通过分布式账本技术保障数字档案长期可用及内容完整[1]。中国石化的文档区块链项目目标是运用区块链技术来解决真实性保障问题和信任问题，较为详细地分析了文n管理过程中需要上链的环节以及上链的具体内容和字段，同时实现了基于云平台实现电子档案的存证验证和通过BaaS的方式对外提供服务[2]。中国科学院深圳先进技术研究院的数据安通宝系统源自“基于区块链的可信安全数字档案系统构建研究”项目，通过构造基于区块链的分布式、去中心化的数字档案系统，提供不可篡改且能在任何时间点恢复的数据库服务以有效应对突发应急事件[3]。北京互联网法院“天平链”项目是为了保障电子合同、电子发票、电子文章、电子邮件等以文档形式出现的电子证据的真实性，解决由于电子记录易篡改，易变性等导致的存证难、取证难问题。
国内外将云技术应用在档案工作中的学术研究很多，W.Serewicz指出云计算给电子文件、数字档案资源的存储空间带来无限可能。Roger James提出云计算为档案开放带来机遇，将会推动机构重新考虑他们要保护的信息及开放的信息。周枫对云数字档案馆动力机制进行了系统研究，指出云计算将国家数字档案资源虚拟为一个巨大的资源池，为用户在庞大的数据库中实现一站式查找与服务[4]。牛力等对云计算环境下档案信息资源整合与服务模式进行了相关研究，建立了档案信息资源“云服务”模型，通过“支撑云”，“业务云”和“公共云”平台提供不同级别的档案内容与资源服务[5]。李晓等强调云计算以网络为中心、以服务为提供方式，强调资源的池化与透明化，并具有高扩展高可靠性。而数字档案馆具有数字档案信息资源的海量与异构性、档案信息传递的网络化、数字档案馆之间的互联性，可以说数字档案馆与云计算技术二者间存在天然的契合[6]。
4 基于区块链技术和云技术的电子学籍档案系统设计
4.1 总体框架
区块链系统是一个去中心化的系统，本系统基于区块链技术和云技术构建的电子学籍档案，系统涉及五种实体：教育机构、学籍档案利用者、学生、密钥生成中心、云平台，如图1所示。
1）教育机构负责学籍档案的上传、修改等数据维护工作。当需要上传或修改学籍数据时，教育机构将根据指定的访问策略对学生的学籍档案进行加密，并将具有教育机构签名的加密数据提交到区块链数据池。区块链中的共识节点监控数据池，对捕获加密数据（由教育机构提交）和授权信息（由学生提供）验证相应的签名以确保数据完整。然后，共识节点将执行一个共识协议来选择一个簿记节点。簿记节点将加密数据提交给学籍档案云平台，并将数据描述和云中数据的地址写入区块链。
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