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基于改进PBFT与隐私保护方案的区块链数据共享研究

摘要

发展数字教育是随信息化进入大数据新阶段的必然趋势。为了确保数字教育

的稳健快速发展，教育部最近颁布了《高等学校区块链技术创新行动计划》，旨在

推动数字教育与区块链技术的融合。然而，当前高校数字教育资源共享过程中存在

着资源中心化存储、对资源创建者版权保护不足以及资源质量低下等普遍问题。针

对这些挑战，本研究将区块链技术引入高校数字教育资源共享中，同时改进共识算

法效率低下、隐私数据保护力度不够以及缺乏有效的用户激励机制等问题。这一举

措对于推动高校在“区块链+教育”领域的应用探索具有一定意义。

本文主要研究内容如下：

①提出了一种基于可验证随机函数和信誉值机制的实用拜占庭容错算法。具

体改进如下：首先，为解决扩展性低的问题，本研究采用分组共识策略重新设计共

识一致性流程。其次，针对主节点选举随意的问题，引入基于节点历史行为的信誉

值策略选择主节点和组代表节点，并设计基于椭圆曲线加密算法的可验证随机函

数主导代表节点的选举过程，使每个节点可本地验证选举结果的有效性。最后，通

过实验证明，本文提出的改进算法在可靠性和性能等方面相较于原算法均有提升。

②本研究针对教育资源上链过程中隐私保护力度不足等问题，提出了一种综

合的隐私数据保护方案。该方案利用高级加密标准对隐私数据进行加密，并使用椭

圆曲线加密算法对教育资源上链过程中的各参与方进行身份认证。同时，通过时间

戳设置对资源访问时限，从而提高数据的隐私安全性。

③研究采用FISCOBCOS框架与星际文件系统设计基于区块链的高校数字

教育资源存证系统。并针对数字教育资源系统缺乏有效激励机制的问题，提出一种

基于用户行为的激励机制。通过用户行为指标对积极用户给予积分奖励，对恶意用

户给予惩罚，从而提高系统教育资源的质量。并针对区块链存储大文件时面临的挑

战，提出一种基于区块链+星际文件系统的数据存储方案。该方案利用星际文件

系统存储实际的教育资源视频文件，将星际文件系统返回的资源哈希值经过加密

后存储到区块链文件中，以减轻系统存储压力。

关键词：区块链，数字教育资源，共识算法，隐私保护，星际文件系统

ResearchofBlockchainDataSharingBasedonImproved

PBFTandPrivacyProtectionScheme

ABSTRACT

Thedevelopmentofdigitaleducationisaninevitabletrendasinformatizatio

nentersanewstageofbigdata.Inordertoensurethestableandrapiddevelo

pmentofdigitaleducation,theMinistryofEducationrecentlyissuedtheBlockc

hainTechnologyInnovationActionPlanforHigherEducationInstitutions,aimin

gtopromotetheintegrationofdigitaleducationandblockchaintechnology.How

ever,therearechallengesinthecurrentprocessofsharingdigitaleducationreso

urcesinhighereducationinstitutions,suchasinadequateprotectionofresourcec

opyrightsandlowresourcequality.Inresponsetothesechallenges,thisstudyint

roducesblockchaintechnologyintothes