摘要
学历学籍信息在学生就业、参加政府考试、获得出国签证等场景时尤为重要。各国主要采取集中式信息系统对学历学籍信息进行管理，但存在存储数据可篡改、操作过程不透明等问题，频繁出现的信息被恶意篡改和个人隐私被大规模暴露等事件致使大众对集中式信息系统提供的信息越来越缺乏信任。区块链技术天然具有分布式、防篡改、可追溯等特性，为信息存证和数据防伪溯源提供了另一种可行的解决方案。论文以学历学籍信息防伪溯源这一实际需求为切入点，基于公有链和联盟链技术，利用k均值聚类思想，搭建学历学籍防伪溯源系统并完成系统实现，主要研究内容如下: （1）提出学历学籍防伪系统中基于k均值聚类的DPoS共识算法。共识机制作为保障分布式网络中数据一致性的机制，其优劣直接决定了构建在区块链上系统的性能。本部分提出基于k均值聚类的DPoS共识算法解决以现有DPoS共识算法存在节点投票效率低、恶意节点攻击等问题。首先通过对节点建立评估机制对节点进行评估，得出其特征值并使用k均值聚类算法对特征值聚类，通过聚类算法选出备用节点;投票阶段，根据聚类结果对节点投票权重、投票对象进行划分，以平衡网络中权势较大的节点，解决局部集中问题。其次新增了恶意节点处理流程，及时剔除作恶节点，并在备选节点中选取候补节点进行补位;最终，根据节点投票表现给予基于特征值的奖励或惩罚，限制恶意节点进入代理队伍。通过仿真实验验证，改进后的算法能够平衡网络中权势较大的节点，防止少数节点操纵共识过程;对恶意节点的处理能力提升，出块效率提高了 76％。 （2）提出学历学籍防伪系统的区块链方案设计。为解决传统的学历学籍防伪机制存在的中心化严重，数据安全威胁等问题，提出了结合联盟链和公有链的方案，形成双链结构的学历学籍存证与查验的网络，保障上链后数据的可追溯，不可篡改。并针对隐私数据与非隐私数据设计分开存储机制，提出了结合couchDB加链上存储的存储方案，设计实现了在精简链上存储的基础上，保障大体积数据查询性能，满足查询需求。提出并设计了基于hash加密的学历数据验证方案，从源头保证上链数据的真实性。 （3）构建基于区块链的学历学籍防伪系统。首先对系统进行需求分析。然后在系统设计与实现阶段，结合区块链底层技术及业务场景，设计系统总体架构;然后对区块链系统的访问设计智能合约，并搭建系统的开发环境编程实现该系统。实际测试表明，该系统不但能够对学生学历学籍信息快速上链和存储，还能在部分节点失效的情况下保证系统的稳定性和数据的健全性;并且通过共识可保障已认证、上链的学历学籍信息不可篡改，解决学历学籍存证与查验过程中的可靠性和数据安全性问题。
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