CN107563905A - 一种基于区块链的学术平台服务系统及建立方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于数据库技术领域，公开了一种基于区块链的学术平台服务系统及建立方法，包括：系统建立阶段模块，用于实现作者和发布者的注册；发布阶段模块，用于判断论文的作者是否被禁止发表论文以及重复发表检测；举报阶段模块，用于举报者向发布者举报存在学术造假的论文。本发明具有去中心化，防止学术数据被篡改或丢失，抵抗拒绝服务攻击的安全性质；提出的学术积分机制可以公开，透明的处理重复发表和学术造假行为；在以太坊测试网络上实现了提出的系统方案，提供可视化的Web界面与智能合约进行交互，可以满足设计要求。

Description

一种基于区块链的学术平台服务系统及建立方法

技术领域

本发明属于数据库技术领域，尤其涉及一种基于区块链的学术平台服务系统及建立方法。

背景技术

学术出版是学术发布和学术交流的重要窗口，随着学术交流的频繁和信息技术的快速发展，出版方式在过去几十年发生了很大的变化。第一阶段是从印刷出版到电子出版与印刷出版并存的快速转变。第二阶段是访问没有任何限制的各类文献，即开放获取。开放获取与以前的出版方式相比，这种出版模式最大的优点是作者更容易发布研究成果，读者可以在网上免费获取原始的研究资源。虽然有各种各样的在线服务系统，但一般都是基于服务器基础架构，中心化的控制用户数据。传统的学术服务系统的作者A和作者B可以分别向发布者A和发布者B投稿，论文被审核通过后，分别独立的存储在数据库A和数据库B中。首先，对数据中心化的管理需要相应的访问权限，因此必须依赖人进行维护。一旦访问权限被恶意用户获取或者数据管理员误操作，数据就有可能被篡改或删除。因此需要配备可信的开发人员，数据库管理员以及相应的安全管理策略来保证数据的安全性。这些均需要一定的时间成本和人力成本。当数据量过大时，需要相应地扩容硬件和升级软件，这会增加设备成本。其次，所维护的学术数据库存储了部分学术数据，而不是基于全球的学术数据库。基于部分学术数据会降低数据相似度检测的有效性，不具备重复发表检测的基础，所以一般只能依靠外部检测系统提供查重功能。最后，由于部分学术数据只存储了部分期刊和学者的信息，对学术造假行为的处理不能对所有期刊和学者提供统一的解决方案。综上所述，现有技术存在的问题是：传统的学术服务系统存在对数据的中心化管理使得维护成本高，缺乏对所有期刊和学者的统一管理，没有统一的解决方案处理学术造假行为。

近年来，随着比特币的成功，区块链技术逐渐引起人们的关注。区块链是一种具有去中心化，防篡改特性的新技术，可以为重构学术服务系统提供新的解决方案。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于区块链的学术平台服务系统及建立方法。

本发明是这样实现的，一种基于区块链的学术平台服务系统，所述基于区块链的学术平台服务系统包括：

系统建立阶段模块，用于实现作者和发布者的注册；

发布阶段模块，用于判断论文的作者是否被禁止发表论文以及论文重复检测；

举报阶段模块，用于当论文被成功发表后，举报者通过系统查阅已发表的论文，如果发现论文存在学术造假的行为，可向发布者举报，发布者在审核确认后，可以对论文进行撤销处理，并设置作者的学术积分；否则，论文保持发表状态。

进一步，所述基于区块链的学术平台服务系统还包括：

作者，向发布者投稿，为了增加论文发表数量或得到其他利益等，他可能会重复发表或学术造假，被认为是不完全信任的；

发布者，代表期刊发表通过评审的论文，当审核确认已发表的论文存在学术造假时，撤销论文，并减去作者相应的学术积分；

举报者，举报已发表的论文中存在学术造假行为的实体；举报者向发布者举报。

本发明的另一目的在于提供一种所述基于区块链的学术平台服务系统的构建方法，所述构建方法包括：

步骤一，作者在系统注册获得author_id，author_name，author_score(初始化为0)和author_password，发布者在系统注册获得publisher_id，publisher_password，journal_name；

步骤二，当论文进入系统时，首先判断论文的作者是否被禁止发表论文，如果是，则拒绝发表，否则进入重复发表检测阶段；如果判定为重复发表，则拒绝发表，否则进行发表，并设置作者的学术积分；

步骤三，当论文被成功发表后，举报者可以通过系统查阅到已发表的论文，如果发现论文存在学术造假的行为，可向发布者举报，发布者在审核确认后，对论文进行撤销处理，并设置作者的学术积分；否则，论文保持发表状态。

进一步，所述构建方法还包括：学术积分为s，期刊的奖励学术分值为k₁，重复发表处罚学术分值为k₂，学术造假处罚学术分值为k₃，且k₁＜k₂＜k₃，其中k₁，k₂和k₃根据期刊层次确定；

①初始化：s＝0；

②如果s＜0；，则禁止作者发表论文，s不再变化；

③如果成功发表一篇论文，则s＝s+k₁；

④如果检测到重复发表，则s＝s-k₂；

⑤如果确认已发表的论文存在学术造假，则s＝s-k₃。

所述步骤二进一步包括：当论文进入系统时，系统首先判断论文的作者是否被禁止发表论文，至少有一位作者的学术积分s＜0时，则论文将被拒绝发表；当所有作者的学术积分s≥0时，则进入重复发表检测阶段。

进一步，所述重复发表检测方法具体包括：待发表论文的所有作者为Ω_id，已发表论文的所有作者为Ω′_id；待发表论文的标题为t，已发表论文的标题t′；待发表论文的哈希值为h，已发表论文的哈希值为h′；待发表论文与已发表论文的相似度值为ε；如果满足以下条件之一，则判定为重复发表：

如果判定为没有重复发表，则发表论文，并设置作者的学术积分s＝s+k₁，否则拒绝发表，并设置作者的学术积分s＝s-k₂。

本发明的优点及积极效果为：允许所有期刊通过统一入口发布学术研究成果；提供全球统一的学术数据库；利用学术积分机制可以处理重复发表和学术造假行为，抵制学术腐败；具有防篡改，抵抗拒绝服务攻击的安全性质。本发明与现有发布技术的对比如表1所示。

表1

	Publius①	RTAP②	本发明
				去中心化	否	是	是
重复检测	否	否	是
				防篡改	是	否	是
抵抗拒绝服务攻击	否	是	是

①Waldman M,Rubin A D,Cranor L F.Publius:A robust,tamper-evident[C].censorshipresistant web publishing system.In Proceedings of the 9th USENIXSecurity Symposium,2000.1.

②Hermoni O,Gilboa N,Felstaine E,et al.Rendezvous tunnel foranonymous publishing[J].Peer-to-Peer Networking and Applications,2015,8(3):352.11.

本发明具有去中心化，防止学术数据被篡改或丢失，抵抗拒绝服务攻击的安全性质；提出的学术积分机制可以公开，透明的处理重复发表和学术造假行为；在以太坊测试网络上实现了提出的系统方案，提供可视化的Web界面与智能合约进行交互，可以满足设计要求。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于区块链的学术平台服务系统的结构示意图。

图2是本发明实施例提供的基于区块链的学术平台服务系统的建立方法流程图。

图3是本发明实施例提供的基于区块链的学术平台服务系统的架构示意图。

图4是本发明实施例提供的基于区块链的学术平台服务系统的学术贡献等级示意图。

图5是本发明实施例提供的基于区块链的学术平台服务系统的发布流程示意图。

图6是本发明实施例提供的基于区块链的学术平台服务系统的Dapp的软件架构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的基于区块链的学术平台服务系统包括：

系统建立阶段模块，用于实现作者和发布者的注册。

发布阶段模块，用于判断论文的作者是否被禁止发表论文以及重复发表检测；

举报阶段模块，用于当论文被成功发表后，举报者通过系统查阅已发表的论文，如果发现论文存在学术造假的行为，可向发布者举报，发布者在审核确认后，可以对论文进行撤销处理，并设置作者的学术积分；否则，论文保持发表状态。

如图2所示，本发明实施例提供的基于区块链的学术平台服务系统的建立方法包括以下步骤：

S101：作者在系统注册获得author_id，author_name，author_score(初始化为0)和author_password，发布者在系统注册获得publisher_id，publisher_password，journal_name；

S102：当论文进入系统时，首先判断论文的作者是否被禁止发表论文，如果是，则拒绝发表，否则进入重复发表检测阶段；如果判定为重复发表，则拒绝发表，否则进行发表，并设置作者的学术积分；

S103：当论文被成功发表后，举报者可以通过系统查阅到已发表的论文，如果发现论文存在学术造假的行为，可向发布者举报，发布者在审核确认后，可以对论文进行撤销处理，并设置作者的学术积分；否则，论文保持发表状态。

下面结合附图对本发明的应用原理作进一步的描述。

1、本发明实施例提供的基于区块链的学术平台服务系统的模型。

1.1、系统模型，由三个实体组成：作者，发布者和举报者，系统的架构如图3所示。

作者，向发布者投稿，为了增加论文发表数量或得到其他利益等，他可能会重复发表或学术造假，被认为是不完全信任的。

发布者：代表期刊发表通过评审的论文。当确认已发表的论文存在学术造假时，该实体有权撤销该论文，并减去作者相应的学术积分。在论文数据存储过程中，论文的元数据信息存储在区块链上，元数据信息包含论文标题(paper_title)，作者(author_id)，期刊名称(journal_name)，论文哈希值(paper_hash)，论文全文存储地址(paper_location)以及时间(datetime)。元数据的样本如下所示。

{

paper_title:"New algorithms for secure outsourcing of modularexponentiations",

author_id:"ae6uct52",

journal_name:"Journal ofComputer ScienceAnd Technology",

paper_hash:"6e163442e29ec8d 7538bc 86fe2c4a 48778e8ae2254632f0889da753b1c 357b1b",

paper_location:

"http://localhost:8888/ipfs/QmdHsYKnBbeeBAWN7p3MDvJJHfiYsmNkxqzrL9g5bzVwZY",

datetime:"20170603"

}

该样本元数据信息占用大约360个字节，附加上交易的其他信息，平均一个交易大约1KB。因此，当元数据信息达到1GB时，可以存储100万篇论文。为了获得更好的存储性能，可以使用数据压缩来最小化元数据信息的占用空间。为了避免区块链上存储的数据过大，将论文全文存储在IPFS网络中，论文地址指向IPFS网络中的存储地址。因此，通过区块链上存储的元数据信息，就可以访问到存储在IPFS网络上的论文全文。

举报者：举报已发表的论文中存在学术造假行为的实体；举报者向发布者举报。

作者在本地完成论文，然后向发布者投稿。论文经过专家评审，如果通过评审，当论文进入系统时，系统会检测作者是否被禁止发表论文以及是否存在重复发表的行为，如果满足其中一条，则拒绝发表，如果是重复发表，减去作者相应的学术积分。如果都不满足，则将论文元数据信息存储在区块链上，而论文全文存储在IPFS网络中。

在本发明中具有去中心化，防篡改和抵制重复发表和学术造假的安全性质，提供一个全球去中心化和永久存储的学术数据库。另外提出学术积分机制并利用智能合约实现检测重复发表和处理学术造假行为。论文被正式发表前，系统可以同时检测作者是否有权发表论文以及论文是否是重复出表。此外，发布者可以与智能合约进行交互，用统一的方式处理存在学术造假的已发表论文及其作者。

1.2、威胁模型

作者是不完全可信的实体，作者可能不总是遵循学术发表的规则，而可能会做出学术不端行为，如重复发表和学术造假。另一方面，拒绝服务攻击和恶意篡改已成为在线系统的主要威胁。因此，会考虑两种类型的威胁：(i)一类是内部威胁，即指作者进行重复发表和学术造假；(ii)另一类是外部威胁，即指拒绝服务攻击和恶意篡改。因此本发明主要实现以下四个安全目标：

(1)抵制重复发表：要求一篇论文只允许被发表一次。即区块链上仅存储关于该论文的一条元数据信息。但是，全文在IPFS中存储多个副本以提高冗余性，防止单点故障。如果作者试图再次发表同一篇论文，那么就会被立即检测出来。

(2)抵制学术造假：要求一旦确认学术造假，论文及其作者将按统一的方式进行处理。

(3)抵制拒绝服务攻击：要求该方案可以抵抗拒绝服务攻击，不至于网络容易瘫痪，造成系统不可用。

(4)抵制数据被篡改：要求学术数据包括元数据信息和全文被永久存储，不能被修改或删除。

2、本发明实例提供的基于区块链的学术平台服务系统的建立方法；

2.1构造

学术积分作为作者学术水平的一种衡量维度，学术积分越高，代表学术贡献越大。作者的学术积分账号信息如表2所示。

表2

author_id	"ae6uct52"
		author_name	"SatoshiNakamoto"
academic_score	60

记学术积分为s，期刊的奖励学术分值为k₁，重复发表处罚学术分值为k₂，学术造假处罚学术分值为k₃，且k₁＜k₂＜k₃，其中k₁，k₂和k₃根据期刊层次确定。

系统设置如下：

①初始化：s＝0；

②如果s＜0；，则禁止作者发表论文，s不再变化；

③如果成功发表一篇论文，则s＝s+k₁；

④如果检测到重复发表，则s＝s-k₂；

⑤如果确认已发表的论文存在学术造假，则s＝s-k₃。

根据学术积分等级，划分学术贡献等级如图4所示。

系统建立阶段：作者在系统注册获得author_id，author_name，author_score(初始化为0)和author_password，发布者在系统注册获得publisher_id，publisher_password，journal_name,k₁，k₂和k₃。

发布阶段：发布流程如图5所示。当论文进入系统时，系统首先判断论文的作者是否被禁止发表论文，即至少有一位作者的学术积分s＜0时，则论文将被拒绝发布；当所有作者的学术积分s≥0时，则进入重复发表检测阶段，重复检查机制如下：

记待发表论文的所有作者为Ω_id，已发表论文的所有作者为Ω′_id；待发表论文的标题为t，已发表论文的标题t′；待发表论文的哈希值为h，已发表论文的哈希值为h′；待发表论文与已发表论文的相似度值为ε。如果满足以下条件之一，则判定为重复发表。

如果判定为没有重复发表，则发表该论文，并设置作者的学术积分s＝s+k₁，否则拒绝发表，并设置作者的学术积分s＝s-k₂。

举报阶段：当论文被成功发表后，举报者可以通过系统查阅到已发表的论文，如果发现论文存在学术造假的行为，可向发布者举报，发布者在审核确认后，可以对论文进行撤销处理，并设置作者的学术积分s＝s-k₃。否则，论文保持发表状态。

2.2、安全性分析

检测重复发表和处理学术造假：由于方案基于区块链技术和IPFS存储系统，因此可以提供一个全球去中心化的学术数据库，为重复发表检测提供了数据支撑。当审核确认已发表的论文存在学术造假行为，系统以学术积分机制进行公开，透明的处理。

抵制拒绝服务攻击：由于智能合约的执行受限于执行费用。因此可以防止拒绝服务攻击。同时，IPFS网路是全球分布式部署的，也可以抵制此类攻击。因此，我们的系统方案可获得其底层平台的这种安全特性。

防数据篡改：篡改以太坊区块链上存储的数据，需要进行51％的算力攻击，这是几乎不可能做到的，因此保证了论文元数据的不可篡改性。IPFS网络可以提供一个永久的Web存储服务，确保了论文全文的不可篡改性。

3、在实验环境中，需要使用以太坊的客户端EthereumJS TestRPC，以太坊的开发测试框架Truffle以及星际文件系统IPFS：

EthereumJS TestRPC：EthereumJS TestRPC是一个基于Node.js的以太坊客户端，它使用ethereumjs在内存中模拟完整的以太坊客户端行为，而不需要网络连接和挖矿。因此，在开发过程中，以太坊客户端可以快速反馈和即时获得结果，便于开发和测试。测试成功的应用可以转移到全节点的以太坊客户端geth中，因为geth客户端可以连接到以太坊公有链，可以在实际生产环境中部署分布式应用。

Truffle：Truffle是一个流行的以太坊开发和测试框架。可以编写前端界面以及智能合约，并且可以与以太坊客户端进行数据交互。Truffle与Ethereum TestRPC是开发基于以太坊应用的推荐组合。开发人员可以使用它们快速构建和部署一个分布式应用。

IPFS：IPFS是一个全球分布式，内容可寻址的文件存储系统，使用基于内容的寻址取代传统的基于域名的寻址。用户不需要关心服务器的具体位置，不用考虑文件存储的路径和名字。当一个文件被存入IPFS节点中，将会获得基于其内容的唯一加密哈希值。哈希值直接反映文件的内容，如果只修改1比特，哈希值也会完全不同。当请求IPFS系统的一个文件哈希值时，它会使用一个分布式哈希表找到文件所在的节点，取回文件并验证文件数据。IPFS是通用存储的基础架构，基本没有存储上的限制，大文件一般会切分成小的分块，下载的时候需要从多个服务器同时获取。

基于现有技术和实验条件，在3.40GHz的Intel Core 4处理器和4G内存的Linux机器上部署了以太坊测试环境，在该环境下为提出的方案实现了一个Dapp应用。软硬件环境和开发工具的配置如表3所示，以太坊客户端是EthereumJS TestRPC，以太坊开发测试框架是Truffle，IPFS系统用于存储全文。前端编程语言是HTML，CSS和JavaScript，后端编程语言是用于编写智能合约的Solidity。Dapp的软件架构如图6所示，由标准Web层和智能合约层组成。

表3

Dapp的业务逻辑在智能合约(图6中的Academic.sol)中实现，它由Solidity语言编写并部署在以太坊测试网络上。以太坊客户端可以运行智能合约并与智能合约进行交互。此外，为了尽量减少依赖，智能合约是完全自动化的；表明，一旦部署在以太坊网络上，包括其创建者在内的任何人都无法修改其功能。

为了提供客户端与智能合约的交互入口，为Dapp开发了一个Web界面。客户端需要成为一个以太坊节点来访问它。Web界面使用JavaScript函数与客户端本地节点进行交互，该节点将存储区块链记录的所有交易和智能合约。在Dapp中，发布者将全文上传到IPFS网络并录入论文元数据信息在区块链上进行发布。利用智能合约实现重复发表检测的机制，发布者通过Web界面可以处理学术造假的相关论文，作者可以查阅他们已发表的论文及所获得学术积分，并从IPFS网络下载相关全文。

在本发明中，提出了一个新的基于区块链的学术平台服务系统，其中包括基于区块链的学术平台架构和一种新的学术积分机制。此外，在以太坊测试网络上实现了该方案。在于具备去中心化管理，可永久性存储，抵制拒绝服务攻击的能力，并提供对重复发表和学术造假的处理机制。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于区块链的学术平台服务系统，其特征在于，所述基于区块链的学术平台服务系统包括：

系统建立阶段模块，用于实现作者和发布者的注册；

发布阶段模块，用于判断论文的作者是否被禁止发表论文以及重复发表检测；

举报阶段模块，用于当论文被成功发表后，举报者通过系统查阅已发表的论文，如果发现论文存在学术造假的行为，可向发布者举报，发布者在审核确认后，可以对论文进行撤销处理，并设置作者的学术积分；否则，论文保持发表状态。

2.如权利要求1所述的基于区块链的学术平台服务系统，其特征在于，所述基于区块链的学术平台服务系统还包括：

作者，向发布者投稿，为了增加论文发表数量或得到其他利益等，他可能会重复发表或学术造假，被认为是不完全信任的；

发布者，代表期刊发表通过评审的论文，当审核确认已发表的论文存在学术造假时，撤销论文，并减去作者相应的学术积分；

举报者，举报已发表的论文中存在学术造假行为的实体；举报者向发布者举报。

3.一种如权利要求1所述基于区块链的学术平台服务系统的构建方法，其特征在于，所述构建方法包括：

步骤一，作者在系统注册获得author_id，author_name，author_score(初始化为0)和author_password，发布者在系统注册获得publisher_id，publisher_password，journal_name；

步骤二，当论文进入系统时，首先判断论文的作者是否被禁止发表论文，如果是，则拒绝发表，否则进入重复发表检测阶段；如果判定为重复发表，则拒绝发表，否则进行发表，并设置作者的学术积分；

步骤三，当论文被成功发表后，举报者可以通过系统查阅到已发表的论文，如果发现论文存在学术造假的行为，可向发布者举报，发布者在审核确认后，对论文进行撤销处理，并设置作者的学术积分；否则，论文保持发表状态。

4.如权利要求3所述的的构建方法，其特征在于，所述构建方法还包括：学术积分为s，期刊的奖励学术分值为k₁，重复发表处罚学术分值为k₂，学术造假处罚学术分值为k₃，且k₁＜k₂＜k₃，其中k₁，k₂和k₃根据期刊层次确定；

①初始化：s＝0；

②如果s＜0；，则禁止作者发表论文，s不再变化；

③如果成功发表一篇论文，则s＝s+k₁；

④如果检测到重复发表，则s＝s-k₂；

⑤如果确认已发表的论文存在学术造假，则s＝s-k₃。

5.如权利要求3所述的的构建方法，其特征在于，所述步骤二进一步包括：当论文进入系统时，系统首先判断论文的作者是否被禁止发表论文，至少有一位作者的学术积分s＜0时，则论文将被拒绝发表；当所有作者的学术积分s≥0时，则进入重复发表检测阶段。

6.如权利要求5所述的的构建方法，其特征在于，所述重复发表检测方法具体包括：待发表论文的所有作者为Ω_id，已发表论文的所有作者为Ω′_id；待发表论文的标题为t，已发表论文的标题t′；待发表论文的哈希值为h，已发表论文的哈希值为h′；待发表论文与已发表论文的相似度值为ε；如果满足以下条件之一，则判定为重复发表：

如果判定为没有重复发表，则发表论文，并设置作者的学术积分s＝s+k₁，否则拒绝发表，并设置作者的学术积分s＝s-k₂。