基于区块链的线上教育管理系统的设计与实现

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互联网+模式的飞速发展,为线上教育聚集更多优质资源提供了便利条件,使其摆脱了时间和空间的束缚。近年来,尤其是新冠疫情以来,相较于线下教育的举步维艰,线上教育备受人们青睐。然而,随着线上教育系统的广泛应用,其弊端也日益突显。中心化管理和单点存储模式使得用户信息易被篡改或丢失,用户和系统之间缺乏信任。因此,亟需构建一种信任方案保障线上教育系统的可信度。区块链具有不可篡改和易溯源等特性,符合线上教育系统在信任方面的基本需求。与此同时,在区块链系统中建立良好的信任生态,依赖于两个维度:内部驱动力和外部抵抗力。前者表示内部用户使用系统的动机,动机越强,用户和系统间的信任度越高。后者为系统抵抗外部攻击的能力,抵抗力越强,用户对系统的信任程度就越高。最后,基于上述两个维度,设计并实现了基于区块链的可信线上教育系统,主要包括信任保障、激励机制和价值流转等功能。本文的主要研究内容包括以下几个方面:(1)提出了一种奖励函数:津贴奖励函数,以增强系统内部驱动力。在区块链系统中,用户内部驱动力来源于经济激励,而经济激励又依赖于奖励函数。针对区块链系统现有奖励函数不能满足公平性和激励相容性的问题,本文提出了一种新的奖励函数。同时,利用基尼系数评估奖励函数的公平性,定义奖励率证明奖励函数的激励相容性。仿真结果表明,津贴奖励函数的基尼系数更接近于0,具备更好的公平性。另一方面,针对奖励率的理论分析表明,津贴奖励函数的激励相容性更强。这些特性可以增强用户使用区块链系统的动机,构建系统良好的信任生态。(2)提出了一种自私挖矿攻击算法,选择抵御该攻击的区块链框架,增强系统外部抵抗力。针对公有链系统的无许可特性和工作量证明的挖矿奖励机制,本文设计了一种通用自私挖矿模型,结合马尔科夫决策过程,提出一种自私挖矿攻击算法。该算法研究了外部攻击者能力和区块链系统稳定性之间的关系。仿真结果表明,本文提出的自私挖矿攻击算法使得阈值降低到0.075,更大程度破坏了比特币系统的稳定性。因此,选择抵御该攻击的区块链框架以增强系统外部抵抗力,能够提高用户对系统的信任度。(3)设计并实现了一个区块链线上教育系统。基于信任生态的两个维度,本文利用津贴奖励函数构造区块链系统激励机制,选择能够抵抗自私挖矿攻击的FISCO BCOS区块链作为底层框架,采用Vue.js前端框架和Django后端框架设计了一个区块链线上教育系统。系统实现了用户管理、信息查询、信任保障、激励机制和价值流转等功能,保障了用户和系统间的良好信任基础。
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