Nghiên cứu, ứng dụng blockchain trong quản lý thông tin học tập và rèn luyện của sinh viên trường đại học mở hà nội

PHẠM VĂN TUẤN BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG BLOCKCHAIN TRONG QUẢN LÝ THÔNG TIN HỌC TẬP VÀ RÈN LUYỆN CỦA SINH VIÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI PHẠM VĂN TUẤN KHÓA HỌC 2017 HÀ NỘI - 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG BLOCKCHAIN TRONG QUẢN LÝ THÔNG TIN HỌC TẬP VÀ RÈN LUYỆN CỦA SINH VIÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI PHẠM VĂN TUẤN CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN MÃ SỐ: 8.48.02.01 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: ĐINH TUẤN LONG HÀ NỘI - 2021 LỜI CAM ĐOAN Tên là: Phạm Văn Tuấn Sinh ngày: 04/10/1977 Là học viên lớp cao học: 17M-CT5 - Trường Đại học Mở Hà Nội Nơi công tác: Trường Đại học Mở Hà Nội Tôi xin cam đoan: Tôi xin cam đoan “Nghiên cứu, ứng dụng Blockchain quản lý thông tin học tập rèn luyện sinh viên Trường Đại học Mở Hà Nội” cơng trình nghiên cứu khoa học tơi hướng dẫn khoa học trực tiếp TS Đinh Tuấn Long Các nội dung nghiên cứu, kết nghiên cứu trình bày luận văn hồn tồn trung thực, khơng vi phạm điều luật sở hữu trí tuệ pháp luật Việt Nam Mọi tham khảo dùng khóa luận trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên cơng trình, thời gian, địa điểm cơng bố Mọi chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm Hà Nội , ngày tháng năm 2022 Học viên thực Phạm Văn Tuấn i LỜI CẢM ƠN Lời tơi xin gửi lời cảm ơn lịng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Đinh Tuấn Long - Giám đốc Trung tâm Công nghệ học liệu Trường Đại học Mở Hà Nội, người thầy giúp tơi chọn đề tài định hình hướng nghiên cứu, trân trọng cảm ơn thầy cô Trung tâm công nghệ học liệu tạo điều kiện giúp đỡ thông tin cần thiết công nghệ đào tạo nhà trường tận tình hướng dẫn, bảo tơi q trình thực luận văn tốt nghiệp Tôi xin gửi lời cảm ơn thầy, cô giáo Khoa Công nghệ thông tin - Trường Đại học Mở Hà Nội Các thầy, cô giáo dạy bảo truyền đạt cho nhiều kiến thức, giúp tơi có tảng kiến thức vững sau năm học tập Trường Đại học Mở Hà Nội Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới bạn khóa 17M-CT5 bạn đồng nghiệp Khoa Kinh tế luôn bên cạnh, động viên chia sẻ tơi suốt q trình học tập trường Cuối cùng, muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình bạn bè, đặc biệt vợ - người thân yêu kịp thời động viên giúp đỡ tơi vượt qua khó khăn học tập sống Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Học viên Phạm Văn Tuấn ii iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU – HÌNH VẼ vii MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ BLOCKCHAIN 1.1.Tìm hiều Blockchain 1.2.Nền tảng lý thuyết 1.2.1.Hàm băm 1.2.2.Các kỹ thuật 13 1.2.3.Cấu trúc phi tập trung 13 1.2.4.Tính tốn tin cậy…………………… 16 1.3.Nghiên cứu công nghệ Blockchain 16 1.3.1.Chuỗi khối block bên Blockchain 16 1.3.2.Cách thức hoạt động công nghệ Blockchain 17 1.3.2.1.Các đặc trưng Blockchain 18 1.3.2.2.Ưu điểm Blockchain 20 1.3.2.3.Nhược điểm, hạn chế thách thức với Blockchain 21 1.3.2.4.Giải pháp ứng dụng với Blockchain 26 1.3.3.Các loại Blockchain 26 1.3.4.Một số ứng dụng phổ biến Blockchain 28 1.4.Quản lý thông tin học tập rèn luyện trường Đại học 33 1.4.1.Khái niệm…………………………………………………………… 33 1.4.2.Các mơ hình quản lý học tập rèn luyện trường đại học 33 1.5.Kinh nghiệm triển khai Blockchain 34 1.5.1.Kinh nghiệm triển khai giới 34 1.5.2.Kinh nghiệm triển khai Việt Nam 39 iv 1.5.3.Kinh nghiệm triển khai giáo dục đào tạo 42 Kết luận chương 43 CHƯƠNG 2: THỰC TRẠNG VIỆC QUẢN LÝ THƠNG TIN Q TRÌNH HỌC TẬP VÀ RÈN LUYỆN CỦA SINH VIÊN TẠI 44 2.1.Giới thiệu hoạt động sinh viên 44 2.1.1.Chức nhiệm vụ phòng ban 45 2.1.2.Công tác quản lý học tập sinh viên 52 2.1.3.Công tác đánh giá rèn luyện sinh viên 56 2.2.Quản lý lưu trữ kết học tập rèn luyện 58 Kết luận chương 2…… 58 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ BLOCKCHAIN TRONG VIỆC QUẢN LÝ THƠNG TIN Q TRÌNH HỌC TẬP VÀ RÈN LUYỆN CỦA SINH VIÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI 60 3.1 Đặt vấn đề toán 60 3.1.1 Bài toán đặt 60 3.1.2 Cách tiếp cận giải pháp 62 3.2 Đề xuất mơ hình ứng dụng cơng nghệ blockchain việc quản lý thơng tin q trình học tập rèn luyện sinh viên Trường Đại học Mở Hà Nội 64 3.3 Xây dựng thử nghiệm 67 3.3.1 Phân tích, thiết kế hệ thống 67 3.3.2 Xây dựng hệ thống 67 3.3.3 Chức để truy xuất thông tin người học qua mã QR 70 3.3.4 Triển khai thử nghiệm, đánh giá 74 3.3.5 Kịch triển khai 78 Kết luận chương ………………………………………………………… 58 KẾT LUẬN CHUNG 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT STT Tên viết Tên đầy đủ tắt ATTT An tồn thơng tin CNTT Công nghệ thông tin CSDL Cơ sở liệu LMS Learning Management System Dịch Tiếng Việt Hệ thống quản lý thông tin học tập SV Sinh viên HV-SV Học viên - Sinh viên API Application Programming Giao diện lập trình Interface ứng dụng vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU - HÌNH VẼ Hình 1.1: Ví dụ hàm băm (Nguồn: Tài liệu tham khảo [3]) Hình 1.2: Cấu trúc liệu Blockchain 13 Hình 1.3: Cấu trúc block gốc blockchain 14 Hình 1.4: Một Block Blockchain (Nguồn tài liệu tham khảo [3]) 17 Hình 1.5: Mơ hình hoạt động Blockchain 18 Hình 1.6: Cơ chế hoạt động giao dịch Blockchain 24 Hình 1.7: Cơ sở liệu phân tán 24 Hình 1.8: Mạng nút 25 Hình 1.9: Phân loại Blockchain (Tham khảo IBM) 27 Hình 1.10: Tiền điện tử Bitcoin 28 Hình 1.11: Hợp đồng thông minh Smart Contracts 29 Hình 1.12: Điện tốn đám mây phi tập trung (Nguồn: Internet) 30 Hình 2.1 - Hệ thống đánh giá giảng dạy 51 Hình 2.2 - Phần mềm Quản lý học tập (CTMS) 55 Hình 2.3 - Phần mềm Quản lý học tập (TMAS) 55 Hình 2.4 - Hệ thống quản lý đánh giá rèn luyện 57 Hình 3.1 - Lưu thơng tin cấp lên blockchain 61 Hình 3.2 - Giải pháp quản lý cấp, chứng blockchain 62 Hình 3.3 - Các huy hiệu 66 Hình 3.4 - Sơ đồ kiến trúc hệ thống 68 Hình 3.5 Open badge (Nguồn tài liệu tham khảo [10]) 69 Hình 3.6 - Cấu trúc mã nguồn 70 vii MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Việc lưu trữ tra cứu tồn q trình học tập, nghiên cứu sinh viên triển khai thành công mang lại nhiều lợi ích cho sinh viên nhà trường cần tới thông tin Tuy nhiên để thực công việc khó trường chủ yếu lưu trữ thơng tin điểm khơng có thơng tin khác sinh viên Vì vậy, đề tài hướng tới việc sử dụng công nghệ blockchain - Công nghệ Blockchain hỗ trợ lưu trữ truyền tải thông tin khối (block) liên kết với mở rộng theo thời gian Các khối chứa đựng thông tin thời gian khởi tạo liên kết với khối trước đó, thiết kế để chống lại thay đổi liệu - Sử dụng blockchain để lưu trữ có tính an tồn, minh bạch, chuẩn xác vơ thời hạn tất liệu thơng tin tồn thời gian sinh viên học tập trường - Các thông tin sinh viên phục vụ trình học tập trường sinh viên tốt nghiệp: Các nghiệp vụ quản lý nhà trường, Xác minh thông tin học tập sinh viên có nhu cầu cần nhà trường xác nhận để xin ứng tuyển việc làm, Công nhận kết học tập trường, Kiểm định văn chứng Vì vậy, tác giả nghiên cứu Công nghệ Blockchain ứng dụng việc quản lý thơng tin q trình học tập rèn luyện sinh viên Trường Đại học Mở Hà Nội Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu công nghệ Blockchain - Giới thiệu số giải pháp ứng dụng quản lý học tập rèn luyện sinh viên - Nghiên cứu cách thức để triển khai ứng dụng blockchain quản lý Sơ đồ kiến trúc hệ thống Hình 3.4 - Sơ đồ kiến trúc hệ thống Mơ tả trình tự xử lý qua nút kiến trúc hệ thống: Bước 1: Dữ liệu huy hiệu thành tích Moodle (lưu trữ dạng ghi sở liệu quan hệ) chuyển qua khối Blockchain Rest API Bước 2: Khối Blockchain Rest API tiếp nhận liệu huy thành tích từ Moodle gửi sang lưu trữ tạm thời vào sở liệu Bước 3: Khối Data Transformation thực chuyển đổi định dạng liệu sở liệu sang định dạng có cấu trúc rút gọn chuẩn OpenBadge (một tiêu chuẩn mở lưu trữ liệu huy hiệu thành tích hình vẽ mô tả 68 sơ bên dưới: tên huy hiệu, mô tả, điều kiện đạt huy hiệu, nơi cấp phát huy hiệu, minh chứng, ngày cấp phát) Sau khối Data Transformation thực lưu trữ liệu huy hiệu vào Ethereum Hình 3.5 Open badge (Nguồn tài liệu tham khảo [10]) 3.3.2.2 Đặc tả chức Hệ thống Blockchain xoay quanh chức liên quan tới việc cấp phát xác thực huy hiệu thành tích từ hệ thống LMS sang Blockchain STT Chức Cấp phát huy hiệu thành tích Kí số huy hiệu thành tích Phát hành huy hiệu thành tích Tải huy hiệu thành tích Chứng thực huy hiệu thành tích Nhận huy hiệu thành tích 69 3.3.3 Chức để truy xuất thơng tin người học qua mã QR Hệ thống xây dựng sử dụng ngơn ngữ PHP với cấu trúc mã nguồn hình Hình 3.6 - Cấu trúc mã nguồn Cấu trúc mã nguồn gồm phần sau đây: - app: chứa xử lý giao tiếp sở liệu, giao tiếp với hệ thống API blockchain, xử lý xác thực xử lý điều hướng web - config: chứa cấu hình hệ thống, thơng số kết nối 70 - modules: chứa lớp xử lý tách biệt theo nghiệp vụ riêng - views: chứa xử lý giao diện Trong trình thực luận văn thực số tùy biến với hệ thống Blockchain thành phần giao diện web cho người dùng Cụ thể chức xem mã QR với việc xử lý chèn thêm thông tin huy hiệu từ hệ thống LMS vào thông tin nằm mã QR 71 72 73 3.3.4 Triển khai thử nghiệm, đánh giá Trình tự cấp phát huy hiệu (thành tích học tập hệ thống LMS) lưu trữ vào Blockchain Bước 1:Tạo Group (group hệ thống Blockchain đại diện cho huy hiệu thành tích) Bước 2: Tạo lớp hệ thống LMS (đề tài thử nghiệm hệ thống tài nguyên giáo dục mở Trường Đại học Mở Hà Nội) 74 Bước 3: Thêm hoạt động BadgeChain vào lớp 75 Ở thiết lập tiếp theo, cần lựa chọn thiết lập điều kiện nhận Badge sinh viên:  Theo kết kiểm tra: Hệ thống tự động cấp người dùng hoàn thành kiểm tra cuối kết lớn so với điểm u cầu  Theo tình trạng hồn thành: Hệ thống tự động cấp người dùng hoàn thành tất hoạt động lớp học 76 Sau hoàn thành bước lớp học hệ thống LMS, hệ thống tự động cấp phát huy hiệu kết nối tới Blockchain để đưa liệu vào lưu trữ bền lâu Blockchain Sinh viên đăng nhập vào trang cá nhân để xem huy hiệu ghi nhận Blockchain 77 Môi trường phát triển STT Môi trường phát triển Php Java MySQL Ethereum Moodle Ubuntu 3.3.5 Kịch triển khai Về mơ hình blockchain cần hiểu rõ liệu không lưu trữ nới mà lưu trữ phân tán, kết lưu nhiều server gửi cập nhật lẫn nhau, đảm bảo liệu giống Đầu tiền khoa chuyên ngành trường cần cài đặt server kết nối với để lưu trữ blockchain Do nhu cầu sử dụng blockchain không tốn nhiều tài ngun tính tốn nên việc server dùng chung với mục đích khác bình thường Mỗi khoa khơng phải đầu tư thêm mà khai thác server dùng khoa cho việc quản lý học tập rèn luyện Thứ hai, Phịng Khảo thí quản lý chất lượng, Phịng Quản lý đào tạo, Phịng cơng tác trị sinh viên định nghĩa huy hiệu lưu trữ kết học tập rèn luyện sinh viên Bên cạnh hoạt động Đoàn niên, Hội sinh viên cần có đánh giá tạo thêm huy hiệu) Hiện việc tổ chức học tập sử dụng hệ thống LMS với huy hiệu tự động ghi nhận Khi sinh viên đạt đủ điều kiện hệ thống LMS tự động yêu cầu tạo huy hiệu 78 Với huy hiệu không thông qua LMS hoạt động người học đạt kết bên ngồi trường sau có hệ thống ghi nhận Khoa chuyên ngành tổ chức Đồn, Hội, Phịng Cơng tác trị sinh viên quản lý Với ý nghĩa ứng dụng vào công tác quản lý tạo điều kiện cho sinh viên với việc xác minh kết học tập, hoạt động rèn luyện, kỹ mềm tốt nghiệp Kết luận chương Chương đề xuất hệ thống thử nghiệm để kiểm chứng đề xuất chương Kết thử nghiệm cho thấy hoạt động hệ thống đáp ứng yêu cầu Hiên nay, Trường Đại học Mở Hà Nội đẩy mạng công nghệ thông tin vào q trình đào tạo, cơng tác quản lý kết học tập đánh giá trình rèn luyện sinh viên cần phải thuận lợi tối ưu nhờ có phần mềm Có việc phát triển phần mềm thống toàn Trường phù hợp đào tạo 79 KẾT LUẬN CHUNG Các kết thu luận văn Qua trình nghiên cứu blockchain số ứng dụng công nghệ này, với giúp đỡ tận tình thầy bạn bè, luận văn đạt số kết định, đưa nhìn rõ ràng khái niệm blockchain, cài đặt hệ thống blockchain xây dựng hệ thống thử nghiệm quản lý kết học tập rèn luyện sinh viên Về mặt nội dung, luận văn đạt số kết sau đây: Tìm hiểu nghiên cứu lý thuyết: - Chi tiết công nghệ blockchain tiềm công nghệ - Hàm băm kỹ thuật sử dụng blockchain - Tiền số, ứng dụng blockchain - Mơ hình ứng dụng blockchain quản lý q trình học tập rèn luyện sinh viên Thực nghiệm:  Xây dựng thành cơng mơ hình Định hướng nghiên cứu Do thời gian chưa có nhiều cần phải có trí đồng quản lý nhà trường hệ thống đưa vào thực quản lý học tập rèn luyện sinh viên Bên cạnh Phịng quản lý đào tạo Phịng Cơng tác trị sinh viên phải phối hợp với Khoa chuyên ngành Trường Đại học Mở Hà Nội việc thực đồng Như đề tài ứng dụng triển khai - Tiếp tục hoàn thiện mạng blockchain với nhiều nút hoạt động - Kiểm tra độ tin cậy tốc độ xử lý, độ an toàn thuật tốn để cải thiện hiệu tính bảo mật blockchain 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO  Tài liệu Tiếng Việt [1] Lê Huy Hà - Blockchain khởi nguồn cho kinh tế - Nhà xuất Đại học Kinh tế quốc dân [2] Nghiên cứu, xây dựng thử nghiệm hệ thống xác thực nguồn gốc sản phẩm, hàng hóa ứng dụng Blockchain, Đề tài Bộ TTTT: Mã số: ĐT.022/18, [3] Tạp chí Bitcoin, https://www.tapchibitcoin.vn/top-5-doi-thu-canh-tranhethereum.html [4] Đinh Tuấn Long, Nguyễn Văn Thành dịch Tài liệu tham khảo “Blockchain for lifelong learning record management” [5] Đoàn Ngọc Sơn - Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ blockchain toán di động - Luận văn thạc sỹ - Trường Đại học công nghệ [6] Thái Thanh Tùng - Giáo trình Mật mã học hệ thống thơng tin an tồn Nhà xuất thông tin truyền thông  Tài liệu Tiếng Anh [7] Wang, L Feng, H Zhang, C Lyu, L Wang and Y You, "Human Resource Information Management Model based on Blockchain Technology," 2017 IEEE Symposium on Service-Oriented System Engineering (SOSE), San Francisco, CA, 2017, pp 168-173 [8] Z Zheng, S Xie, H Dai, X Chen and H Wang, "An Overview of Blockchain Technology: Architecture, Consensus, and Future Trends," 2017 IEEE International Congress on Big Data (BigData Congress), Honolulu, HI, 2017, pp 557-564 [9] J Sidhu, "Syscoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System with Blockchain-Based Services for E-Business," 2017 26th International 81 Conference on Computer Communication and Networks (ICCCN), Vancouver, BC, 2017, pp 1-6  Tài liệu Website [10] https://www.blockchain.com [11] https://itviec.com/ [12] [13] https://techtalk.vn/xay-dung-1-blockchain/ https://vi.wikipedia.org/wiki/Blockchain 82