學(xué)校管理工作的區(qū)塊鏈程序設(shè)計

摘要：區(qū)塊鏈技術(shù)曾被認(rèn)為是解決網(wǎng)絡(luò)集中化問題的方法。雖然關(guān)注度在降低，但正如Docker之于Linux容器，AJAX之于動態(tài)網(wǎng)頁，區(qū)塊鏈并非銷聲匿跡了，而是在醞釀一次突破。本文不是區(qū)塊鏈技術(shù)的研究實現(xiàn)，而是一種區(qū)塊鏈程序的設(shè)計方法和這種設(shè)計中區(qū)塊鏈發(fā)展方向的研究。

關(guān)鍵詞：學(xué)校管理;區(qū)塊鏈;程序設(shè)計

一、區(qū)塊鏈

2009 年誕生的比特幣[1]，運(yùn)用區(qū)塊鏈來保證生態(tài)，開創(chuàng)了區(qū)塊鏈 1.0 時代。2013 年出現(xiàn)的以太坊[2]，結(jié)合智能合約和區(qū)塊鏈以應(yīng)對豐富的應(yīng)用場景的挑戰(zhàn)，標(biāo)志著區(qū)塊鏈2.0時代的到來。

本文以聯(lián)盟鏈中的超級賬本作為研究對象。區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的基本單位是節(jié)點。在節(jié)點上保存賬本和智能合約。節(jié)點之間的交互用交易來描述。首先，交易發(fā)起節(jié)點生成交易提案，交由區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)背書;其次，將交易信息和背書信息打包成區(qū)塊，在區(qū)塊鏈賬本中排序;最后，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)向背書節(jié)點驗證區(qū)塊鏈信息的有效性，更新區(qū)塊鏈賬本。[3]

二、學(xué)校管理

下面討論在學(xué)校現(xiàn)有信息系統(tǒng)和區(qū)塊鏈程序的不同。本文研究的過程在教學(xué)工作四個步驟上：招生，教學(xué)計劃，教學(xué)行為和結(jié)業(yè)。這些步驟包含學(xué)校主體工作，覆蓋學(xué)生、教師和學(xué)校三個對象，因此具有代表性。下文中的信息系統(tǒng)指現(xiàn)有的信息系統(tǒng)，不再重復(fù)指出。

2.1 招生

學(xué)校根據(jù)政府部門提供的信息錄取考生并發(fā)送錄取通知書。信息系統(tǒng)的作用是輔助錄入學(xué)籍并管理數(shù)據(jù)。區(qū)塊鏈程序中，學(xué)校節(jié)點、政府部門節(jié)點和學(xué)生節(jié)點需要在同一個區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，交互發(fā)生在學(xué)校和學(xué)生之間，區(qū)塊鏈賬本中包含通知書的相關(guān)信息，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)驗證學(xué)校節(jié)點和學(xué)生節(jié)點的背書情況。

學(xué)生接到錄取通知單后持證件入學(xué)。信息系統(tǒng)中登記學(xué)籍?dāng)?shù)據(jù)的入學(xué)狀態(tài)。區(qū)塊鏈程序中，學(xué)校節(jié)點、政府部門節(jié)點和考生節(jié)點在同一個區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，交互發(fā)生在學(xué)校和學(xué)生之間，區(qū)塊鏈賬本中包含學(xué)生報道的相關(guān)信息，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)驗證學(xué)校節(jié)點和考生節(jié)點的背書情況。

2.2 教學(xué)計劃

學(xué)校根據(jù)培養(yǎng)方案制定學(xué)期教學(xué)計劃，安排授課教師、班級學(xué)生、上課時間和上課地點，形成課表。教師根據(jù)課表安排教學(xué)進(jìn)程，進(jìn)行課堂設(shè)計。信息系統(tǒng)按規(guī)律制定班級教學(xué)計劃和課表初稿，輔助排課工作中的交互，管理教學(xué)計劃和課表數(shù)據(jù)。

區(qū)塊鏈程序中，學(xué)校節(jié)點、教師節(jié)點和學(xué)生節(jié)點在同一區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，交互發(fā)生在學(xué)校、教師和學(xué)生之間，區(qū)塊鏈賬本中包含教學(xué)計劃和課表信息，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)驗證學(xué)校節(jié)點、教師節(jié)點和學(xué)生節(jié)點的背書情況。

2.3 教學(xué)行為

學(xué)校按照課表上課。教師按照課堂設(shè)計進(jìn)行過程考核。信息系統(tǒng)的作用是查詢課表、調(diào)課輔助和過程考核輔助。

學(xué)期結(jié)束時，教師根據(jù)考試結(jié)果和過程考核數(shù)據(jù)給學(xué)生打分。信息系統(tǒng)輔助打分工作;根據(jù)學(xué)生評價、同行評價和督導(dǎo)評價得出教師的教學(xué)質(zhì)量;記錄學(xué)時數(shù)據(jù)、成績學(xué)分?jǐn)?shù)據(jù)和教學(xué)質(zhì)量數(shù)據(jù)。

區(qū)塊鏈程序中，學(xué)校節(jié)點、教師節(jié)點和學(xué)生節(jié)點在同一區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，交互發(fā)生在學(xué)校、教師和學(xué)生之間，區(qū)塊鏈賬本中包含調(diào)課數(shù)據(jù)、過程考核數(shù)據(jù)、成績學(xué)分?jǐn)?shù)據(jù)，評價數(shù)據(jù)、教學(xué)質(zhì)量數(shù)據(jù)和課時數(shù)據(jù)，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)驗證學(xué)校節(jié)點、教師節(jié)點和學(xué)生節(jié)點的背書情況。

2.4 結(jié)業(yè)

所有學(xué)期結(jié)束后，學(xué)校根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況給學(xué)生結(jié)業(yè)。信息系統(tǒng)提供課程成績學(xué)分的查詢功能、輔助結(jié)業(yè)操作和管理結(jié)業(yè)信息數(shù)據(jù)。區(qū)塊鏈程序中，學(xué)校節(jié)點、政府部門節(jié)點和學(xué)生節(jié)點在同一個區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，交互發(fā)生在學(xué)校和學(xué)生之間，區(qū)塊鏈賬本中包含畢業(yè)證書的相關(guān)信息，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)驗證學(xué)校節(jié)點和學(xué)生節(jié)點的背書情況。

2.5 區(qū)塊鏈的問題

1、生命周期。區(qū)塊鏈程序需要開始時間和結(jié)束時間限制，否則賬本會無限增長。像信息系統(tǒng)那樣設(shè)計區(qū)塊鏈程序的生命周期，就相當(dāng)于要備份數(shù)據(jù)庫給所有人。這造成了不必要的存儲壓力，比如：學(xué)生入學(xué)時會因為下載和驗證區(qū)塊鏈花費(fèi)過長的時間。從另一角度說，這些無用的冗余數(shù)據(jù)比例過高，很難說是成功的設(shè)計。區(qū)塊鏈程序的目標(biāo)應(yīng)該是可以全民驗證，而并非必須。

區(qū)塊鏈程序的生命周期的規(guī)劃類似信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的切分工作。不同的是，數(shù)據(jù)庫切分工作是在信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，基于產(chǎn)品性能需求對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行切分;而區(qū)塊鏈程序需要在設(shè)計時完成此項工作。數(shù)據(jù)庫切分之后，程序還是可以訪問所有數(shù)據(jù);不同區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)是隔離且保密的。

可以按學(xué)期按部門規(guī)劃生命周期，這符合學(xué)校工作的周期規(guī)律。

2、功能。信息系統(tǒng)的功能設(shè)計是數(shù)據(jù)驅(qū)動的，根據(jù)需求先設(shè)計數(shù)據(jù)庫再實現(xiàn)功能。學(xué)校信息系統(tǒng)一般都可分為學(xué)生模塊、教師模塊和教學(xué)模塊等，每個模塊對應(yīng)一個主數(shù)據(jù)庫表和若干子表。信息系統(tǒng)功能設(shè)計時不考慮角色的問題，角色權(quán)限只在觸發(fā)時有限制。這樣的設(shè)計使系統(tǒng)架構(gòu)和系統(tǒng)維護(hù)變得容易而被稱為優(yōu)雅。區(qū)塊鏈程序中的角色有且只有發(fā)起者和接受者，節(jié)點功能因交易內(nèi)容有區(qū)別，所有節(jié)點維護(hù)同一賬本。信息系統(tǒng)中通過數(shù)據(jù)運(yùn)算驗證操作的合法性，區(qū)塊鏈程序的交互需要背書。

區(qū)塊鏈程序更類似信息系統(tǒng)中的微服務(wù)設(shè)計。區(qū)塊鏈程序需要做到更小，比如任務(wù)驅(qū)動。學(xué)校信息系統(tǒng)可以保留，不同的是操作記錄是不可更改的，數(shù)據(jù)交互都是經(jīng)過背書的，接口是通過智能合約顯式聲明的。這樣就相當(dāng)于把區(qū)塊鏈當(dāng)做網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的第八層來設(shè)計：應(yīng)用層確定通訊對象并提供訪問接口，區(qū)塊鏈確定可信范圍和可信內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上完成程序功能。當(dāng)然，這要求工作人員的編程能力。

3、節(jié)點。區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的不同于個人終端的概念，更類似個人服務(wù)器。因用戶的個人終端關(guān)閉而導(dǎo)致錄入成績失敗的情況是不能發(fā)生的。容器技術(shù)已經(jīng)解決的很好，只是目前價格不菲。

三、區(qū)塊鏈程序設(shè)計

3.1 用戶

用戶在學(xué)校區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的有一個節(jié)點，保存該用戶與學(xué)校相關(guān)的區(qū)塊鏈信息。

學(xué)校節(jié)點中只保留該用戶的必要信息，如學(xué)號、職工號和姓名。用戶的私人信息保留在用戶節(jié)點上。學(xué)校節(jié)點每一次訪問用戶私人信息必須通過訪問用戶節(jié)點進(jìn)行。用戶只訪問用戶節(jié)點，不訪問學(xué)校節(jié)點。用戶節(jié)點與學(xué)校區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交互。用戶的學(xué)校信息如班級、專業(yè)等只保留在學(xué)校節(jié)點，用戶必須通過用戶節(jié)點與學(xué)校節(jié)點交互獲取學(xué)校信息。

學(xué)校的每個部門有自己的節(jié)點，管理該部門相關(guān)的區(qū)塊鏈信息。

學(xué)校需要提供節(jié)點服務(wù)，并在辦理離校手續(xù)時回收此節(jié)點，用戶隨時通過學(xué)校的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)獲取用戶節(jié)點信息。除了節(jié)點的智能合約部署外，學(xué)校需要提供節(jié)點的信息呈現(xiàn)程序。

3.2 功能

除了節(jié)點管理的功能外，節(jié)點不提供其他功能。節(jié)點管理功能包括：接受邀請，新增區(qū)塊鏈和刪除區(qū)塊鏈。節(jié)點管理之外的功能由任務(wù)本身提供，也就是任務(wù)驅(qū)動。任務(wù)可以分成五個階段：

1. 任務(wù)發(fā)起：主管部門建立區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，邀請協(xié)作部門加入。

2. 任務(wù)分配：各協(xié)作部門邀請該部門在此任務(wù)的負(fù)責(zé)人;

3. 任務(wù)執(zhí)行：各負(fù)責(zé)人通過區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)交互執(zhí)行任務(wù);

4. 任務(wù)確認(rèn)：各負(fù)責(zé)人邀請各相關(guān)人員和部門主管，確認(rèn)任務(wù)結(jié)果。

5. 任務(wù)完成：主管部門終止此任務(wù)，并按規(guī)定在生命周期外維護(hù)此區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)。

任務(wù)在部門之間協(xié)作。每個部門同時進(jìn)行多個任務(wù)。每個任務(wù)有不同的操作員。

3.3 信息

學(xué)校節(jié)點整合零散的區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)，通過信息系統(tǒng)呈現(xiàn)學(xué)校信息。學(xué)校為用戶節(jié)點提供節(jié)點信息程序。用戶也可以自己編寫信息程序，這對編程能力、數(shù)據(jù)整理能力提出了要求。需要指出的是，信息共享目前是通過接口對接進(jìn)行的，并沒有更敏捷的處理方法。區(qū)塊鏈程序不同的是，處理數(shù)據(jù)的主動權(quán)是在用戶手中。

四、小結(jié)

網(wǎng)絡(luò)的意義在于共享。區(qū)塊鏈解決了可靠傳遞難題，從而能夠去中心化，進(jìn)而滿足了獨立性、開放性和安全性的要求。在形成合理的程序環(huán)境之前，程序設(shè)計是在創(chuàng)造整個生態(tài)，就如域名之于網(wǎng)絡(luò)、輸入輸出之于電腦、應(yīng)用商店之于智能手機(jī)，目前的區(qū)塊鏈程序需要完整的產(chǎn)品設(shè)計才會有用戶價值。另外，區(qū)塊鏈實現(xiàn)的是數(shù)據(jù)的可靠傳遞，不是可靠的信息傳遞。區(qū)塊鏈技術(shù)的目標(biāo)不是可信網(wǎng)絡(luò)，而是用戶控制自己的數(shù)據(jù)?；诖?、別與此的社會目標(biāo)，都是更遠(yuǎn)的遠(yuǎn)景。

參考文獻(xiàn)：

[1]王延川.“除魅”區(qū)塊鏈：去中心化、新中心化與再中心化[J/OL].西安交通大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版）：1-11[2020-05-19].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/61.1329.c.20200327.1203.002.html.

[2]邵奇峰，張召，朱燕超，周傲英.企業(yè)級區(qū)塊鏈技術(shù)綜述[J].軟件學(xué)報，2019，30（09）：2571-2592.

[3]史文斌. 基于Hyperledger Fabric的區(qū)塊鏈應(yīng)用系統(tǒng)云服務(wù)化[D].浙江大學(xué)，2018.

作者簡介：

郭偉（1985-），男，漢族，籍貫：河南漯河，單位：漯河醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校，研究方向：計算機(jī)應(yīng)用。

基金項目：

漯河醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)?；A(chǔ)科學(xué)研究資助項目（2015-S-LMC15）