基于区块链的学信系统关键技术研究与实现

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随着疫情在全球的不断扩散,人们的学习生活逐渐受此影响,学习环境被不断推动着向网络化方向发展,传统的学信管理模式往往在学生学籍、学生成绩、学分认定以及学生综合测评等环节存在因数据中心化程度过高而导致的易被篡改等潜在风险。利用区块链去中心化、数据可追溯且不可篡改等特点,可实现学信数据可信存储、数字内容确权和身份认证等。本文对区块链共识算法进行研究,并就学信问题进行了智能合约研究,将设计的智能合约嵌入进区块链学信系统,实现学信数据可信存储,主要研究内容如下:(1)基于教育联盟链的改进实用拜占庭容错(Practical Byzantine Fault Tolerance,PBFT)算法研究。针对教育领域中面对处理交易量和信息量较大的情况时,PBFT算法存在共识时延高、吞吐量和性能较低的问题,本文提出了基于教育联盟链的改进PBFT共识算法。首先引入共识委员列表机制对主节点的选取方式进行改进,实现节点的动态增加和减少;然后,由于高校在学信管理领域具有高信誉度,在作为共识节点参与共识时作为拜占庭节点的概率极低,因此对一致性协议进行了优化;最后,对网络结构进行了优化,将Prepare包的广播方式替换为树状广播,提高广播效率,进而提升共识算法效率。实验结果表明,改进后PBFT算法具有更高的吞吐量,能够在相同时间内处理更多交易事务,使区块链学信系统具有更高的共识效率,提升了学信系统的整体性能。(2)基于Solidity的智能合约设计与实现。本文针对学信系统在学生学籍、学生成绩、学分认定以及学生综合测评等环节潜在存在的数据可信度问题,利用区块链的防篡改特性,结合智能合约中定义的关键数据上链且强制执行的特点,设计了学信数据可信存储模型,并进行相关合约设计与开发,实现了学信数据认证并可信存储。(3)基于区块链的学信系统设计与实现。本文设计并开发了基于区块链的学信系统,系统底层联盟链框架采用FISCO BCOS,系统中将智能合约封装起来嵌入到区块链学信系统中,实现关键数据链上存储。最后,对区块链学信系统核心功能及性能进行了测试。测试结果表明,系统符合可用性的需求,并且满足一般性的系统要求。通过对PBFT算法进行研究,并就学信中的数据可信度问题设计了相关智能合约,将其嵌入在设计并开发好的区块链学信系统中,实现了学信数据可信存储,提升了数据可信度,对教育的良好发展至关重要。
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