CN109002527A - 一种基于区块链的网络考试系统及利用其管理网络考试的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于区块链的网络考试系统及利用其管理网络考试的方法，属于教学管理设备技术领域。采用双区块链设计，包括数据存储层、区块链核心层、区块链应用层、区块链接口层、业务系统层和系统用户层；数据存储层API接口与区块链核心层API接口相连，区块链核心层与区块链应用层相连，区块链应用层与区块链接口层通过API接口相连；区块链接口层与业务系统层相连，实现区块链业务的查询和写入；业务系统层与系统用户层相连，提供用户与网络考试业务之间的接口。本发明可以防止信息丢失或被恶意篡改，构建安全、可信、不可篡改的考试信用体系，简化了网络考试管理流程，提高网络考试组织效率，为考生提供高效、便捷、人性化的考试服务。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于区块链的网络考试系统及利用其管理网络考试的方法，属于教学管理设备技术领域。
背景技术
教育部“国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)”中明确提出，搭建终身学习“立交桥”，促进各级各类教育纵向衔接、横向沟通，提供多次选择机会，满足个人多样化的学习和发展需要。考试作为人才培养过程中的重要评价环节，也需要适应改革发展的需要，为各类学习者提供灵活方便、合理公平的个性化考试服务。传统的网络考试普遍采用统一考试时间、统一组织命题、统一评分标准，保证每一科目考试的严密性，在开放教育模式下传统考试方式存在多科目考试命题试卷的难度和区分度不易量化，考试的组织管理环节多易出错、自动化程度低，考试时间集中存在明显的工学矛盾，同时在考试数据保存和管理上，普遍存在考试信息和考生成绩数据可篡改和考试过程不可追溯的问题。学生成绩的管理上，由于不能保证数据源的可信性，教育评估督导无法对其登记的成绩进行有效监督，这类传统的网络考试模式已经不能适应多种教育融合的需求，无法满足各类学习者不断增强的个性化、自主化和隐私化的需求。
随着云技术、大数据、区块链等技术的发展，传统网络考试面临的问题，可以利用区块链技术尝试解决，区块链技术具备信息不可篡改、数据可完整追溯、高度可信等特性，可以利用其特性将考生个人隐私信息和各类考试成绩等重要信息存放在区块链(BlockChain)上，防止信息丢失或被恶意篡改，构建安全、可信、不可篡改的考试信用体系，有助于解决当前考试信用缺失以及成绩篡改造假等问题，同时可以有效解决网络考试成绩可篡改、考试过程不可追溯等安全问题，提升考试公平性和安全性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有网络考试系统存在考试信息和考生成绩数据可篡改和考试过程不可追溯的问题，提出一种基于区块链的网络考试系统及利用其管理网络考试的方法，采用双区块链设计，通过考生成绩链SBC存储考生信息和成绩数据，实现考生成绩数据的公开透明；通过考试业务链BBC存储考试过程、题库、试卷信息，实现考试业务全过程的可追溯性，利用非对称加密技术保障题库和试卷信息的数据安全。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于区块链的网络考试系统，采用双区块链设计，包括数据存储层、区块链核心层、区块链应用层、区块链接口层、业务系统层和系统用户层。数据存储层API接口与区块链核心层API接口相连，用于区块链数据的本地化存储，支持结构化和非结构化数据的存储。区块链核心层与区块链应用层相连，用于实现区块链的基础核心功能，如加密、共识、建块、合约等，便于承载不同的区块链业务。区块链应用层与区块链接口层通过API接口相连，用于提供网络考试系统成绩链和考试链两种业务链的实现。区块链接口层与业务系统层相连，用于提供区块链业务的查询和写入功能，实现业务系统层的无感知操作。业务系统层与系统用户层相连，用于提供用户与网络考试业务之间的接口，便于完成网络考试过程。所述区块链应用层包括考生成绩链SBC和考试业务链BBC，考试业务链BBC是一个区块单链，每次考试根据共识机制创建一个新区块，考生成绩链SBC通过硬分叉产生区块新链与考试业务链BBC的新区块相连，双链设计实现分布式区块的同步建块操作，提高系统的并发性能，又通过将考生成绩数据和考试业务数据的合理分离，提高系统数据的安全性。
考生成绩链SBC存储考生信息和成绩数据，实现考生成绩数据的公开透明，考生信息和成绩信息可以对授权用户进行查询；考试业务链BBC存储考试过程、题库、试卷信息，实现考试业务全过程的可追溯性，利用非对称加密技术保障题库和试卷信息的数据安全，只有考试组织方和管理者通过授权查询考试业务链中的信息。通过区块链双链设计，可以实现分布式区块的同步建块操作，并写入数据，提高系统的并发性能，又通过对考生成绩数据和考试业务数据的合理分离，提高系统数据的安全性。在SBC和BBC双链中，每个考试机构都可以拥有自己的SBC区块链账号，每次考试的时候，将考试业务数据共享到BBC中，考生可以给予访问SBC区块链的权限，但是BBC区块链中的底层区块数据，只能由考试组织者或者考试监督者查看。
区块链是将区块通过Hash指针链接在一起，每个区块的区块头部分包含有前一个区块的Hash值，该Hash值是对前区块的块头进行Hash函数计算得到的，新产生的区块通过hash指针链接到前一个区块的区块头，从而形成一个完整的区块链。考生成绩链SBC中每一个区块包括区块头和数据区域，区块头部分包括区块的版本号、前一个区块的Hash值，区块根节点的Hash值、UTC时间戳。数据区域由多条记录信息组成，其中每条记录包括记录号、记录UTC时间戳、信息描述、考生号、考生成绩、信息提供者ID等。考生业务链BBC也是由区块头和数据区域组成，区块头部分结构与SBC区块头一致，数据区域记录由记录号、考生业务登记UTC时间戳、考试业务数据HASH值、考试业务数据、考试业务数据ID。
SBC链工作机制是根据考试业务进度，获取考试数据中的考生信息和成绩数据后，首先对考生成绩链SBC广播考生信息和成绩数据，考生成绩链SBC对信息进行验证和鉴权，根据共识机制，生成新的区块，并将计算得到的上一个区块的Hash值写入新区块的头部，将新的区块链入考生成绩链SBC。经过授权的考生用户可以向SBC链发起成绩查询请求，通过区块链查询接口返回查询结果，可以是考生成绩也可以是成绩区块的Hash值。BBC链数据的工作机制是，考务管理用户向考试数据发起考试业务数据的写入请求，考试数据存取端对请求进行鉴权后，将Hash计算结果利用考务管理用户的公钥进行加密后返回给考试管理用户，考试管理用户利用私钥解密后与现有Hash值进行比较，确认数据可信后，对BBC链广播业务数据，BBC链利用共识机制生成新区块，并计算前一个区块的Hash值，将新块链入BBC链，完成考试业务数据的写入和记录。
所述数据存储层包括Hbase、Redis和Mysql数据库，数据存储器分别与Hbase、Redis、Mysql三种数据库相连。数据存储层根据数据特征，将一次存储多次读取型数据写入Hbase数据库，关系型数据写入Mysql数据库，缓存型数据写入Redis数据库。
根据网络考试系统和区块链的特性，采用Hbase、Redis、Mysql三种数据存储方法。对于一次写入多次读取类型的数据，如区块链区块数据存入Hbase列式数据库，对于区块链中需要根据业务需求不断变更的数据，如智能合约数据以及网上考试预约数据，写入Mysql关系型数据库，便于查询和管理，对于需要准实时同步区块链状态信息的数据，则写入Redis Key-Value型数据存储，有利于降低系统的响应时间，提高系统的执行效率。
所述区块链核心层包括建块记账、智能合约、同步管理、加密签名换和共识机制模块，同步管理、加密签名模块和共识机制模块都与建块记账模块相连，用于提供区块链新建区块的前期准备，区块链参与者利用共识机制获得记账权后，可以获得新建区块的奖励。所述建块记账模块与智能合约模块相连，用于将区块链参与者之间的权利和业务，以电子化的方式进行编程，并约定合约自动执行的触发条件。
网络考试系统中区块链属于私有链的范畴，因此共识机制较为简单，不需要提供工作量证明POW和权益证明POS，可以根据系统需要随时进行建块和记账操作。智能合约是网络考试系统在区块链如考生成绩链，获得记账权建块写入数据时，可以自动执行的预先定义好的规则和程序，如标记成绩是否合格，成绩等级等信息。加密签名是利用私钥对信息加密，用公钥对加密后信息进行解密，实现区块链中成绩数据的高度可信，或者使用公钥对信息进行加密，接收方使用私钥进行解密，实现数据的安全保密传输。
所述区块链接口层包括区块写入接口和区块查询接口，区块写入接口和区块查询接口都与业务系统层API接口相连，根据业务系统层的接口调用需求，查询需求调用区块查询接口，记录写入需求则调用区块写入接口，通过API接口方式实现业务系统读写的分离，提高系统的访问性能。
业务系统可以通过接口层提供的操作接口对区块链进行操作如查询考生的成绩、写入考试业务数据到区块链。写入接口bcnmae是指定写入的区块链，action表示对区块执行的动作标记，如insert、update、delete，通过对区块打标记然后将新建的区块添加到现有区块链的末尾，data为用户数据，根据不同的区块链，可以是考生成绩，也可以是考试的试卷或者考试过程数据；查询接口bcname是指定查询的区块链，condition可以是区块的hash值或者考试业务数据的hash值。
所述业务系统层包括网络考试系统、考务管理系统、考试预约和考试券管理系统，所述考试预约和考试券管理模块都与考务管理系统相连，用于提供线上考试预约和考试缴费功能。所述考务管理系统与网络考试系统相连，考生根据考务管理系统生成的考场编排和动态生成的试卷，登录网络考试系统进行在线考试，根据题型可自动判分或人工辅助判分，完成考生在线考试过程。
网络考试系统主要面向考生提供在固定考试场所通过网络进行考试，主要包括考试计划查看、在线答题考试、考后试卷分析、考试模拟自测练习等功能，考生可以通过考试计划了解考场编排信息，可以进入正在进行的考试进行答题操作，系统提供多项考试安全防作弊机制，如人脸动态识别机制、考试密码机制、Mac地址绑定、多人登录检查、试卷设置提交密码等安全机制，保障网络考试的安全性和公平性。同时可以对考生已经在线完成的考试，进行考试分析和试题详解，网络考试系统还提供自测练习环境，允许考生进一步了解和熟悉网络考试环境和自测答题过程。
考务管理系统主要为考试组织者提供系统管理、题库管理、卷库管理、考试组织管理等考试业务相关管理功能。其中系统管理主要提供角色管理、权限管理和日志管理等系统管理基础功能；题库管理主要提供试题分类管理、试题管理、试题预览、编辑和审核等题库相关管理功能；卷库管理提供试卷管理、试卷审核和试卷策略模板管理等功能；考试组织管理提供考试管理、考场监控管理、阅卷管理、成绩分析、试卷分析等考试组织相关功能。
考试预约功能主要针对开放教育考试过程中考生普遍存在的工学矛盾的问题而提供的一种网上预约考试，线下考场随到随考的功能。考试预约一般流程如下，考试组织者制定发布考试科目考场编排，考生在线查看考试科目考试编排后，选择合适的考试时间进行线上预约，在线缴纳考试费或者输入考试券代码，锁定考场编排机位，然后在约定的时间到考场，登录网络考试系统考试端，完成考试科目的考试。
考试券管理是在实现网络考试预约和随到随考的基础上，对预付费购买的考试券进行管理，基于区块链接口实现考试券流转规则的制定、考试券所属权的登记和考试券所属权的流转等功能，借助区块链技术的公开性、可监管、可验证、不可伪造和不可篡改等特性，考试券管理系统上登记的数字考试券所属权明确，转移过程透明，用户预购考试券后也可以在考生之家方便地进行转移。
所述系统用户层包括统一进行考试的统考考生、网上预约考试的预约考生、考务管理员(考试组织和考务管理人员)以及维护题库卷库的课程教师或者题库专家(专家学者)终端，所述统考考生和预约考生终端都与业务系统相连，根据考生角色的不同，统考考生可以直接查询考场编排，而预约考生需要选择考试科目和考试时间，缴费成功后，才能查询考场编排。考务管理员和题库专家终端都与业务系统相连，根据管理者角色和权限的不同，用于为网络考试提供考务管理和题库编辑和审核功能。
本发明用于管理网络考试的方法是：
(1)区块链环境准备：步骤一，根据业务需求确定参与网络考试业务的管理方和考点，每个管理方设置一个考试业务链BBC节点，每个考点设置一个考生成绩链SBC节点；步骤二，在每个节点部署区块链运行环境，首先是部署数据存储，包括Hbase、Redis、Mysql，根据实际业务需求和数据量，为数据存储分配资源，然后准备区块链核心层环境，包括建块记账、智能合约、同步管理、加密签名、共识机制等，加密签名机制选择国际主流安全的非对称加密算法，如RSA、Elgamal，共识机制一般采用拜占庭将军算法PBFT，智能合约根据业务需求进行合约编写并在区块链上进行执行；步骤三，在区块应用链上分别生成考生成绩链SBC和考试业务链BBC的首个区块并配置相关版本和参数信息，以及选择合适的Hash算法，如SHA-256、SHA-512；步骤四，接着在区块链接口层发布web application，提供web api或者local区块链访问接口，如区块链查询接口、写入接口、状态接口等；通过上述操作基本完成了区块链从需求收集、数据存储、程序部署、接口发布整个过程，通过接口可以提供必要的区块链应用服务。
(2)网络考试系统的准备：通过中间件服务器发布网络考试系统、考务管理系统两个业务系统，其中考生考试预约功能和考试券管理功能集成在考务管理系统中，作为一个功能模块进行部署，一般运行环境可以采用商用中间件，如IBM的WebSphere、Oracle的Weblogic或者开源的Tomcat。
(3)考试业务准备：考务管理员(考试组织者)确定考试科目、考试时间、考试形式、考点信息、考试场次、考场机位数量、考生信息等考试关键信息，然后审核考试科目题库和卷库的试题、确认考场资源后，发布考试信息；考生根据发布的考试信息，在限定的时间内，登录网络考试系统进行考试预约，可以预约考试时间、考点、考场等考试信息，考生完成考试费用的在线缴纳，缴费成功后，考生可以查询考场编排信息；系统通过短信、邮件等多种社交工具进行信息反馈，完成考试业务的准备。
(4)考生考试阶段：考生在预约的时间，到达考场，身份确认签到后，到确定机位上在线进行该科目的考试，考试过程中，系统定期截取操作屏幕和考生的视频信息，调用BBC链的写入接口，将考试业务过程数据存入区块链中，并作为后去考试监督检查的必要素材，考生考试结束后，如果是客观题有网络考试系统直接给出分数，如果是主观题则为该科目分配阅卷老师，进行试卷批阅，自动计算最后总分数，调用SBC链的写入接口，将考生信息和考试成绩写入区块链。考生经过授权后可以在线查询SBC链上的考试成绩，考试监督检查人员经过授权后可以查询BBC链上的考试过程数据。
本发明可以防止信息丢失或被恶意篡改，构建安全、可信、不可篡改的考试信用体系，简化了网络考试管理流程，提高网络考试组织效率，为考生提供高效、便捷、人性化的考试服务，进一步推动学校考试模式改革，提升学校的办学特色和办学水平。
附图说明
图1为发明架构示意图。
图2为发明考生成绩链SBC和考试业务链BBC架构示意图。
图3为发明考生成绩链SBC和考试业务链BBC存储机制架构示意图。
图4为发明考生成绩链SBC和考试业务链BBC工作机制架构示意图。
图5为发明数据存储层示意图。
图6为发明区块链核心层示意图。
图7为发明区块链接口层示意图。
图8为发明业务系统层示意图。
图9为发明系统用户层示意图。
具体实施方式
下面结合附图对发明的具体实施方式作进一步详尽描述，实施例中未注明的技术或产品，均为现有技术或可以通过购买获得的常规产品。
实施例1：如图1-9所示，本基于区块链的网络考试系统采用双区块链设计，包括数据存储层、区块链核心层、区块链应用层、区块链接口层、业务系统层和系统用户层。数据存储层API接口与区块链核心层API接口相连，用于区块链数据的本地化存储，支持结构化和非结构化数据的存储。区块链核心层与区块链应用层相连，用于实现区块链的加密、共识、建块、合约等基础核心功能，便于承载不同的区块链业务。区块链应用层与区块链接口层通过API接口相连，用于提供网络考试系统成绩链和考试链两种业务链的实现。区块链接口层与业务系统层相连，用于提供区块链业务的查询和写入功能，实现业务系统层的无感知操作。业务系统层与系统用户层相连，用于提供用户与网络考试业务之间的接口，便于完成网络考试过程。区块链应用层包括考生成绩链SBC和考试业务链BBC，考试业务链BBC是一个区块单链，每次考试根据共识机制创建一个新区块，考生成绩链SBC通过硬分叉产生区块新链与考试业务链BBC的新区块相连，双链设计实现分布式区块的同步建块操作，提高系统的并发性能，又通过将考生成绩数据和考试业务数据的合理分离，提高系统数据的安全性。
考生成绩链SBC存储考生信息和成绩数据，实现考生成绩数据的公开透明，考生信息和成绩信息可以对授权用户进行查询；考试业务链BBC存储考试过程、题库、试卷信息，实现考试业务全过程的可追溯性，利用非对称加密技术保障题库和试卷信息的数据安全，只有考试组织方和管理者通过授权查询考试业务链中的信息。通过区块链双链设计，可以实现分布式区块的同步建块操作，并写入数据，提高系统的并发性能，又通过对考生成绩数据和考试业务数据的合理分离，提高系统数据的安全性。在SBC和BBC双链中，每个考试机构都可以拥有自己的SBC区块链账号，每次考试的时候，将考试业务数据共享到BBC中，考生可以给予访问SBC区块链的权限，但是BBC区块链中的底层区块数据，只能由考试组织者或者考试监督者查看。
区块链是将区块通过Hash指针链接在一起，每个区块的区块头部分包含有前一个区块的Hash值，该Hash值是对前区块的块头进行Hash函数计算得到的，新产生的区块通过hash指针链接到前一个区块的区块头，从而形成一个完整的区块链。考生成绩链SBC中每一个区块包括区块头和数据区域，区块头部分包括区块的版本号、前一个区块的Hash值，区块根节点的Hash值、UTC时间戳。数据区域由多条记录信息组成，其中每条记录包括记录号、记录UTC时间戳、信息描述、考生号、考生成绩、信息提供者ID等。考生业务链BBC也是由区块头和数据区域组成，区块头部分结构与SBC区块头一致，数据区域记录由记录号、考生业务登记UTC时间戳、考试业务数据HASH值、考试业务数据、考试业务数据ID。
SBC链工作机制是根据考试业务进度，获取考试数据中的考生信息和成绩数据后，首先对考生成绩链SBC广播考生信息和成绩数据，考生成绩链SBC对信息进行验证和鉴权，根据共识机制，生成新的区块，并将计算得到的上一个区块的Hash值写入新区块的头部，将新的区块链入考生成绩链SBC。经过授权的考生用户可以向SBC链发起成绩查询请求，通过区块链查询接口返回查询结果，可以是考生成绩也可以是成绩区块的Hash值。BBC链数据的工作机制是，考务管理用户向考试数据发起考试业务数据的写入请求，考试数据存取端对请求进行鉴权后，将Hash计算结果利用考务管理用户的公钥进行加密后返回给考试管理用户，考试管理用户利用私钥解密后与现有Hash值进行比较，确认数据可信后，对BBC链广播业务数据，BBC链利用共识机制生成新区块，并计算前一个区块的Hash值，将新块链入BBC链，完成考试业务数据的写入和记录。
数据存储层包括Hbase、Redis和Mysql数据库，数据存储器分别与Hbase、Redis、Mysql三种数据库相连：数据存储层根据数据特征，将一次存储多次读取型数据写入Hbase数据库，关系型数据写入Mysql数据库，缓存型数据写入Redis数据库。
根据网络考试系统和区块链的特性，采用Hbase、Redis、Mysql三种数据存储方法。对于一次写入多次读取类型的数据，如区块链区块数据存入Hbase列式数据库；对于区块链中需要根据业务需求不断变更的数据，如智能合约数据以及网上考试预约数据，写入Mysql关系型数据库，便于查询和管理；对于需要准实时同步区块链状态信息的数据，则写入Redis Key-Value型数据存储，有利于降低系统的响应时间，提高系统的执行效率。
区块链核心层包括建块记账、智能合约、同步管理、加密签名换和共识机制模块；同步管理、加密签名模块和共识机制模块都与建块记账模块相连，用于提供区块链新建区块的前期准备，区块链参与者利用共识机制获得记账权后，可以获得新建区块的奖励。建块记账模块与智能合约模块相连，用于将区块链参与者之间的权利和业务，以电子化的方式进行编程，并约定合约自动执行的触发条件。
网络考试系统中区块链属于私有链的范畴，因此共识机制较为简单，不需要提供工作量证明POW和权益证明POS，可以根据系统需要随时进行建块和记账操作。智能合约是网络考试系统在区块链如考生成绩链，获得记账权建块写入数据时，可以自动执行的预先定义好的规则和程序，如标记成绩是否合格，成绩等级等信息。加密签名是利用私钥对信息加密，用公钥对加密后信息进行解密，实现区块链中成绩数据的高度可信，或者使用公钥对信息进行加密，接收方使用私钥进行解密，实现数据的安全保密传输。
区块链接口层包括区块写入接口和区块查询接口，区块写入接口和区块查询接口都与业务系统层API接口相连，根据业务系统层的接口调用需求，查询需求调用区块查询接口，记录写入需求则调用区块写入接口，通过API接口方式实现业务系统读写的分离，提高系统的访问性能。
业务系统可以通过接口层提供的操作接口对区块链进行操作如查询考生的成绩、写入考试业务数据到区块链。写入接口bcnmae是指定写入的区块链，action表示对区块执行的动作标记，如insert、update、delete，通过对区块打标记然后将新建的区块添加到现有区块链的末尾，data为用户数据，根据不同的区块链，可以是考生成绩，也可以是考试的试卷或者考试过程数据；查询接口bcname是指定查询的区块链，condition可以是区块的hash值或者考试业务数据的hash值。
业务系统层包括网络考试系统、考务管理系统、考试预约和考试券管理系统。考试预约和考试券管理模块都与考务管理系统相连，用于提供线上考试预约和考试缴费功能。考务管理系统与网络考试系统相连，考生根据考务管理系统生成的考场编排和动态生成的试卷，登录网络考试系统进行在线考试，根据题型可自动判分或人工辅助判分，完成考生在线考试过程。
网络考试系统主要面向考生提供在固定考试场所通过网络进行考试，主要包括考试计划查看、在线答题考试、考后试卷分析、考试模拟自测练习等功能，考生可以通过考试计划了解考场编排信息，可以进入正在进行的考试进行答题操作，系统提供人脸动态识别机制、考试密码机制、Mac地址绑定、多人登录检查、试卷设置提交密码等多项考试安全防作弊机制，保障网络考试的安全性和公平性。同时可以对考生已经在线完成的考试，进行考试分析和试题详解，网络考试系统还提供自测练习环境，允许考生进一步了解和熟悉网络考试环境和自测答题过程。
考务管理系统主要为考试组织者提供系统管理、题库管理、卷库管理、考试组织管理等考试业务相关管理功能。其中系统管理主要提供角色管理、权限管理和日志管理等系统管理基础功能；题库管理主要提供试题分类管理、试题管理、试题预览、编辑和审核等题库相关管理功能；卷库管理提供试卷管理、试卷审核和试卷策略模板管理等功能；考试组织管理提供考试管理、考场监控管理、阅卷管理、成绩分析、试卷分析等考试组织相关功能。
考试预约功能主要针对开放教育考试过程中考生普遍存在的工学矛盾的问题而提供的一种网上预约考试，线下考场随到随考的功能。考试预约一般流程如下，考试组织者制定发布考试科目考场编排，考生在线查看考试科目考试编排后，选择合适的考试时间进行线上预约，在线缴纳考试费或者输入考试券代码，锁定考场编排机位，然后在约定的时间到考场，登录网络考试系统考试端，完成考试科目的考试。
考试券管理是在实现网络考试预约和随到随考的基础上，对预付费购买的考试券进行管理，基于区块链接口实现考试券流转规则的制定、考试券所属权的登记和考试券所属权的流转等功能，借助区块链技术的公开性、可监管、可验证、不可伪造和不可篡改等特性，考试券管理系统上登记的数字考试券所属权明确，转移过程透明，用户预购考试券后也可以在考生之家方便地进行转移。
系统用户层包括统一进行考试的统考考生、网上预约考试的预约考生、考务管理员(考试组织和考务管理人员)以及维护题库卷库的题库专家(课程教师或者专家学者)终端，统考考生和预约考生终端都与业务系统相连，根据考生角色的不同，统考考生可以直接查询考场编排，而预约考生需要选择考试科目和考试时间，缴费成功后，才能查询考场编排。考务管理员和题库专家终端都与业务系统相连，根据管理者角色和权限的不同，用于为网络考试提供考务管理和题库编辑和审核功能。
本基于区块链的网络考试系统用于管理网络考试的方法是：
(1)区块链环境准备：步骤一，首先根据业务需求确定参与网络考试业务的管理方和考点，每个管理方设置一个考试业务链BBC节点，每个考点设置一个考生成绩链SBC节点；步骤二，在每个节点部署区块链运行环境，首先部署数据存储，包括Hbase、Redis、Mysql三种数据库，并根据实际业务需求和数据量，为数据存储分配资源，然后准备区块链核心层环境，包括建块记账、智能合约、同步管理、加密签名、共识机制等，加密签名机制选择国际主流安全的RSA非对称加密算法，共识机制采用拜占庭将军算法PBFT，智能合约根据业务需求进行合约编写并在区块链上进行执行；步骤三，然后在区块应用链上分别生成考生成绩链SBC和考试业务链BBC的首个区块，并配置相关版本和参数信息，选择SHA-256Hash算法；步骤四，在区块链接口层发布web application，提供区块链查询接口、写入接口、状态接口等web api或者local区块链访问接口；通过上述操作基本完成区块链从需求收集、数据存储、程序部署、接口发布整个过程，通过接口可以提供必要的区块链应用服务；
(2)网络考试系统的准备：通过中间件服务器发布网络考试系统、考务管理系统两个业务系统，其中考生考试预约功能和考试券管理功能集成在考务管理系统中，作为一个功能模块进行部署，运行环境采用IBM的WebSphere商用中间件；
(3)考试业务准备：考务管理员确定考试科目、考试时间、考试形式、考点信息、考试场次、考场机位数量、考生信息等试关键信息，然后审核考试科目题库和卷库的试题、确认考场资源后，发布考试信息；考考生根据发布的考试信息，在限定的时间内，登录网络考试系统进行考试预约，可以预约考试时间、考点、考场等考试信息，考生完成考试费用的在线缴纳，缴费成功后，可以查询考场编排信息；系统通过短信、邮件等多种社交工具进行信息反馈，完成考试业务的准备；
(4)考生考试阶段：考生在预约的时间，到达考场，身份确认签到后，到确定机位上在线进行该科目的考试，考试过程中，系统定期截取操作屏幕和考生的视频信息，调用BBC链的写入接口，将考试业务过程数据存入区块链中，并作为后去考试监督检查的必要素材，考生考试结束后，如果是客观题有网络考试系统直接给出分数，如果是主观题则为该科目分配阅卷老师，进行试卷批阅，自动计算最后总分数，调用SBC链的写入接口，将考生信息和考试成绩写入区块链。考生经过授权后可以在线查询SBC链上的考试成绩，考试监督检查人员经过授权后可以查询BBC链上的考试过程数据。
实施例2：如图1-9所示，本基于区块链的网络考试系统采用双区块链设计，包括数据存储层、区块链核心层、区块链应用层、区块链接口层、业务系统层和系统用户层，系统的具体构成与实施例1相同。
本基于区块链的网络考试系统用于管理网络考试的方法是：
(1)区块链环境准备：步骤一，首先根据业务需求确定参与网络考试业务的管理方和考点，每个管理方设置一个考试业务链BBC节点，每个考点设置一个考生成绩链SBC节点；步骤二，在每个节点部署区块链运行环境，首先部署数据存储，包括Hbase、Redis、Mysql，根据实际业务需求和数据量，为数据存储分配资源，然后准备区块链核心层环境，包括建块记账、智能合约、同步管理、加密签名、共识机制等，加密签名机制选择国际主流安全的Elgamal非对称加密算法，共识机制采用拜占庭将军算法PBFT，智能合约根据业务需求进行合约编写并在区块链上进行执行；步骤三，然后在区块应用链上分别生成考生成绩链SBC和考试业务链BBC的首个区块，并配置相关版本和参数信息，选择SHA-512 Hash算法；步骤四，在区块链接口层发布web application，提供区块链查询接口、写入接口、状态接口等webapi或者local区块链访问接口；通过上述操作基本完成了区块链从需求收集、数据存储、程序部署、接口发布整个过程，通过接口可以提供必要的区块链应用服务；
(2)网络考试系统的准备：通过中间件服务器发布网络考试系统、考务管理系统两个业务系统，其中考生考试预约功能和考试券管理功能集成在考务管理系统中，作为一个功能模块进行部署，运行环境采用IBM的Oracle商用中间件；
(3)考试业务准备：考试组织者确定考试科目、考试时间、考试形式、考点信息、考试场次、考场机位数量、考生信息等试关键信息，然后审核考试科目题库和卷库的试题、确认考场资源后，发布考试信息；考考生根据发布的考试信息，在限定的时间内，登录网络考试系统进行考试预约，可以预约考试时间、考点、考场等考试信息，考生完成考试费用的在线缴纳，缴费成功后，可以查询考场编排信息；系统通过短信、邮件等多种社交工具进行信息反馈，完成考试业务的准备；
(4)考生考试阶段：考生在预约的时间，到达考场，身份确认签到后，到确定机位上在线进行该科目的考试，考试过程中，系统定期截取操作屏幕和考生的视频信息，调用BBC链的写入接口，将考试业务过程数据存入区块链中，并作为后去考试监督检查的必要素材，考生考试结束后，如果是客观题有网络考试系统直接给出分数，如果是主观题则为该科目分配阅卷老师，进行试卷批阅，自动计算最后总分数，调用SBC链的写入接口，将考生信息和考试成绩写入区块链。考生经过授权后可以在线查询SBC链上的考试成绩，考试监督检查人员经过授权后可以查询BBC链上的考试过程数据。
实施例3：如图1-9所示，本基于区块链的网络考试系统采用双区块链设计，包括数据存储层、区块链核心层、区块链应用层、区块链接口层、业务系统层和系统用户层，系统的具体构成与实施例1相同。
本基于区块链的网络考试系统用于管理网络考试的方法是：
(1)区块链环境准备：步骤一，首先根据业务需求确定参与网络考试业务的管理方和考点，每个管理方设置一个考试业务链BBC节点，每个考点设置一个考生成绩链SBC节点；步骤二，在每个节点部署区块链运行环境，首先部署数据存储，包括Hbase、Redis、Mysql三种数据库，并根据实际业务需求和数据量，为数据存储分配资源，然后准备区块链核心层环境，包括建块记账、智能合约、同步管理、加密签名、共识机制等，加密签名机制选择国际主流安全的Elgamal非对称加密算法，共识机制采用拜占庭将军算法PBFT，智能合约根据业务需求进行合约编写并在区块链上进行执行；步骤三，然后在区块应用链上分别生成考生成绩链SBC和考试业务链BBC的首个区块，并配置相关版本和参数信息，选择SHA-256Hash算法；步骤四，在区块链接口层发布web application，提供区块链查询接口、写入接口、状态接口等web api或者local区块链访问接口；通过上述操作基本完成了区块链从需求收集、数据存储、程序部署、接口发布整个过程，通过接口可以提供必要的区块链应用服务；
(2)网络考试系统的准备：通过中间件服务器发布网络考试系统、考务管理系统两个业务系统，其中考生考试预约功能和考试券管理功能集成在考务管理系统中，作为一个功能模块进行部署，运行环境采用开源的Tomcat商用中间件；
(3)考试业务准备：考务管理员(考试组织者)确定考试科目、考试时间、考试形式、考点信息、考试场次、考场机位数量、考生信息等试关键信息，然后审核考试科目题库和卷库的试题、确认考场资源后，发布考试信息；考考生根据发布的考试信息，在限定的时间内，登录网络考试系统进行考试预约，可以预约考试时间、考点、考场等考试信息，考生完成考试费用的在线缴纳，缴费成功后，可以查询考场编排信息；系统通过短信、邮件等多种社交工具进行信息反馈，完成考试业务的准备；
(4)考生考试阶段：考生在预约的时间，到达考场，身份确认签到后，到确定机位上在线进行该科目的考试，考试过程中，系统定期截取操作屏幕和考生的视频信息，调用BBC链的写入接口，将考试业务过程数据存入区块链中，并作为后去考试监督检查的必要素材，考生考试结束后，如果是客观题有网络考试系统直接给出分数，如果是主观题则为该科目分配阅卷老师，进行试卷批阅，自动计算最后总分数，调用SBC链的写入接口，将考生信息和考试成绩写入区块链。考生经过授权后可以在线查询SBC链上的考试成绩，考试监督检查人员经过授权后可以查询BBC链上的考试过程数据。
上面结合附图对发明的技术内容作了说明，但发明的保护范围并不限于所述内容，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离发明宗旨的前提下对发明的技术内容做出各种变化，凡在发明的精神和原则之内，所做的任何修改，等同替换，改进等，均应包含在发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于区块链的网络考试系统，其特征在于：该网络考试系统采用双区块链设计，包括数据存储层、区块链核心层、区块链应用层、区块链接口层、业务系统层和系统用户层；所述数据存储层API接口与区块链核心层API接口相连，用于区块链数据的本地化存储，支持结构化和非结构化数据的存储；区块链核心层与区块链应用层相连，用于实现区块链的基础核心功能，便于承载不同的区块链业务；区块链应用层与区块链接口层通过API接口相连，用于提供网络考试系统成绩链和考试链两种业务链的实现；区块链接口层与业务系统层相连，用于提供区块链业务的查询和写入功能，实现业务系统层的无感知操作；业务系统层与系统用户层相连，用于提供用户与网络考试业务之间的接口，便于完成网络考试过程；所述区块链应用层包括考生成绩链SBC和考试业务链BBC，考试业务链BBC是一个区块单链，每次考试根据共识机制创建一个新区块，考生成绩链SBC通过硬分叉产生区块新链与考试业务链BBC的新区块相连，双链设计实现分布式区块的同步建块操作，提高系统的并发性能，又通过将考生成绩数据和考试业务数据的合理分离，提高系统数据的安全性。
2.根据权利要求1所述的基于区块链的网络考试系统，其特征在于：所述数据存储层包括Hbase、Redis和Mysql数据库，数据存储器分别与Hbase、Redis、Mysql三种数据库相连；数据存储层根据数据特征，将一次存储多次读取型数据写入Hbase数据库，关系型数据写入Mysql数据库，缓存型数据写入Redis数据库。
3.根据权利要求1所述的基于区块链的网络考试系统，其特征在于：所述区块链核心层包括建块记账、智能合约、同步管理、加密签名换和共识机制模块；同步管理、加密签名模块和共识机制模块都与建块记账模块相连，用于提供区块链新建区块的前期准备，区块链参与者利用共识机制获得记账权后，可以获得新建区块的奖励；所述建块记账模块与智能合约模块相连，用于将区块链参与者之间的权利和业务，以电子化的方式进行编程，并约定合约自动执行的触发条件。
4.根据权利要求1所述的基于区块链的网络考试系统，其特征在于：所述区块链接口层包括区块写入接口和区块查询接口，区块写入接口和区块查询接口都与业务系统层API接口相连，根据业务系统层的接口调用需求，查询需求调用区块查询接口，记录写入需求则调用区块写入接口，通过API接口方式实现业务系统读写的分离，提高系统的访问性能。
5.根据权利要求1所述的基于区块链的网络考试系统，其特征在于：所述业务系统层包括网络考试系统、考务管理系统、考试预约和考试券管理系统；所述考试预约和考试券管理模块都与考务管理系统相连，用于提供线上考试预约和考试缴费功能；所述考务管理系统与网络考试系统相连，考生根据考务管理系统生成的考场编排和动态生成的试卷，登录网络考试系统进行在线考试，根据题型可自动判分或人工辅助判分，完成考生在线考试过程。
6.根据权利要求1所述的基于区块链的网络考试系统，其特征在于：所述系统用户层包括统一进行考试的统考考生、网上预约考试的预约考生、考试组织和考务管理员以及维护题库卷库的课程教师或者题库专家终端，所述统考考生和预约考生终端都与业务系统相连，根据考生角色的不同，统考考生可以直接查询考场编排，预约考生在选择考试科目和考试时间并缴费成功后可查询考场编排；考务管理员和题库专家终端都与业务系统相连，根据管理者角色和权限的不同，用于为网络考试提供考务管理和题库编辑和审核功能。
7.一种利用权利要求1所述的基于区块链的网络考试系统用于网络考试的方法，其特征在于：
(1)区块链环境准备：步骤一，根据业务需求确定参与网络考试业务的管理方和考点，每个管理方设置一个考试业务链BBC节点，每个考点设置一个考生成绩链SBC节点；步骤二，在每个节点部署区块链运行环境，首先部署数据存储，包括Hbase、Redis、Mysql，根据实际业务需求和数据量，为数据存储分配资源，然后准备区块链核心层环境，包括建块记账、智能合约、同步管理、加密签名、共识机制等，加密签名机制选择国际主流安全的非对称加密算法，共识机制采用拜占庭将军算法PBFT，智能合约根据业务需求进行合约编写并在区块链上进行执行；步骤三，在区块应用链上分别生成考生成绩链SBC和考试业务链BBC的首个区块并配置相关版本和参数信息，以及选择合适的Hash算法；步骤四，在区块链接口层发布web application，提供web api或者local区块链访问接口；通过上述操作基本完成区块链从需求收集、数据存储、程序部署、接口发布整个过程，通过接口可以提供必要的区块链应用服务；
(2)网络考试系统的准备：通过中间件服务器发布网络考试系统、考务管理系统两个业务系统，其中考生考试预约功能和考试券管理功能集成在考务管理系统中，作为一个功能模块进行部署，运行环境采用商用中间件；
(3)考试业务准备：考务管理员确定考试科目、考试时间、考试形式、考点信息、考试场次、考场机位数量、考生信息等考试关键信息，然后审核考试科目题库和卷库的试题、确认考场资源后，发布考试信息；考生根据发布的考试信息，在限定的时间内登录网络考试系统进行考试预约，可以预约考试时间、考点、考场等考试信息，考生完成考试费用的在线缴纳，缴费成功后，查询考场编排信息；系统通过短信、邮件等多种社交工具进行信息反馈，完成考试业务的准备；
(4)考生考试阶段：考生在预约的时间，到达考场，身份确认签到后，到确定机位上在线进行该科目的考试；考试过程中，系统定期截取操作屏幕和考生的视频信息，调用BBC链的写入接口，将考试业务过程数据存入区块链中，并作为后去考试监督检查的必要素材；考生考试结束后，如果是客观题有网络考试系统直接给出分数，如果是主观题则为该科目分配阅卷老师，进行试卷批阅，自动计算最后总分数，调用SBC链的写入接口，将考生信息和考试成绩写入区块链；考生经过授权后可以在线查询SBC链上的考试成绩，考试监督检查人员经过授权后可以查询BBC链上的考试过程数据。
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