I. Tổng Quan Phương Pháp Học Tập Liên Kết Blockchain 55
Trong kỷ nguyên số, các mô hình kinh doanh đang trải qua những biến đổi lớn nhờ sự phát triển của công nghệ thông tin, đặc biệt là Internet of Things (IoT). Nổi bật trong số đó là công nghệ Blockchain, đang thay đổi cục diện công nghệ cao. Năm 2008, Nakamoto giới thiệu Bitcoin, sử dụng một hệ thống công khai và phi tập trung để ghi lại các giao dịch và duy trì sổ cái (Blockchain). Tiềm năng của Blockchain trong các môi trường thông minh như công nghiệp, y tế, thành phố thông minh và giao thông vận tải đang được khai thác mạnh mẽ. Song song đó, học tập liên kết (Federated Learning) nổi lên như một kỹ thuật phân tích dữ liệu, đảm bảo quyền riêng tư và bảo mật trong quá trình học máy. Blockchain và Federated Learning kết hợp, hứa hẹn một tương lai mới cho giáo dục và đào tạo.
1.1. Blockchain Nền Tảng Cho Giáo Dục Phi Tập Trung
Blockchain (chuỗi khối) là một cơ sở dữ liệu phân cấp lưu trữ thông tin trong các khối thông tin được liên kết với nhau bằng mã hóa và mở rộng theo thời gian. Mỗi khối thông tin đều chứa thông tin về thời gian khởi tạo và được liên kết tái khối trước đó, kèm một mã thời gian và dữ liệu giao dịch. Blockchain được thiết kế để chống lại sự thay đổi của dữ liệu: Một khi dữ liệu đã được mạng lưới chấp nhận thì sẽ không có cách nào thay đổi được nó[3]. Việc này có tiềm năng giúp xóa bỏ các hậu quả lớn khi dữ liệu bị thay đổi trong bối cảnh thương mại toàn cục. Blockchain lần đầu tiên được phát minh và thiết kế bởi Satoshi Nakamoto vào năm 2008 và được hiện thực hóa vào năm sau đó như là một phần cốt lõi của Bitcoin, khi công nghệ Blockchain đóng vai trò như là một cuốn sổ cái cho tất cả các giao dịch.
1.2. Học Tập Liên Kết Bảo Vệ Quyền Riêng Tư Trong AI
Một trong những thách thức bao trùm của kỷ nguyên kỹ thuật số là quyền riêng tư của dữ liệu. Vì dữ liệu là mạch máu của trí tuệ nhân tạo hiện đại, các vấn đề về quyền riêng tư của dữ liệu đóng một vai trò quan trọng (và thường là giới hạn) trong quỹ đạo của AI. Trí tuệ nhân tạo bảo vệ quyền riêng tư – các phương pháp cho phép các mô hình AI học hỏi từ bộ dữ liệu mà không ảnh hưởng đến quyền riêng tư của chúng – do đó nó ngày càng trở thành mục tiêu theo đuổi quan trọng. Có lẽ cách tiếp cận hứa hẹn nhất để bảo vệ quyền riêng tư của AI là phương pháp Học liên kết hay Federated Learning.
II. Vấn Đề Thách Thức Ứng Dụng Blockchain Trong Giáo Dục 58
Mặc dù tiềm năng của Blockchain và học tập liên kết là rất lớn, việc triển khai chúng trong giáo dục vẫn đối mặt với nhiều thách thức. Các lỗ hổng trong hợp đồng thông minh, nguy cơ tấn công hợp đồng và đánh cắp tiền điện tử là những rủi ro cần được giải quyết. Bên cạnh đó, vấn đề bảo mật và quyền riêng tư của dữ liệu học tập cũng cần được xem xét kỹ lưỡng. Các phương pháp FL dựa trên Blockchain cần được nghiên cứu và đánh giá một cách hệ thống để đảm bảo hiệu quả và độ tin cậy. Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích các khía cạnh kỹ thuật của các phương pháp FL dựa trên Blockchain, bao gồm các công cụ toán học và thống kê khác nhau.
2.1. Rủi Ro Bảo Mật và Quyền Riêng Tư Dữ Liệu
Vì công nghệ Blockchain có thể nâng cao chất lượng của các yếu tố bảo mật và quyền riêng tư để được đào tạo và phân tích thông tin nhạy cảm và quan trọng, việc áp dụng công nghệ này để sử dụng các cơ chế FL có thể đảm bảo phân tích dữ liệu tiềm năng cao về học tập hợp tác với thời gian và chi phí phản hồi tối thiểu [8]. Nói cách khác, Blockchain như một công nghệ cốt lõi trong môi trường thông minh có thể tham gia vào quy trình học tập liên kết để hỗ trợ các hoạt động liên quan đến bảo mật và quyền riêng tư [9].
2.2. Các Lỗ Hổng Trong Hợp Đồng Thông Minh
Nhiều nghiên cứu khác nhau đã được công bố về các lỗ hổng trong hợp đồng thông minh, tấn công hợp đồng và đánh cắp tiền điện tử như Blockchain và công nghệ Ethereum [10]. Một đánh giá về các nghiên cứu đó bằng cách sử dụng các nghiên cứu khảo sát và đánh giá có hệ thống trong lĩnh vực Blockchain và FL cho thấy mặc dù lĩnh vực này đã được các nhà nghiên cứu khác nhau xem xét trong những năm gần đây, nhưng đánh giá các bài báo cho thấy rằng một nghiên cứu toàn diện trong lĩnh vực bảo mật và quyền riêng tư của các tài liệu nghiên cứu Blockchain được lập chỉ mục trong ISI không được thực hiện [11].
III. Phương Pháp Tích Hợp Học Tập Liên Kết Với Blockchain 60
Nghiên cứu này tập trung vào việc xây dựng một phương pháp tích hợp học tập liên kết (FL) trong môi trường thông minh dựa trên chuỗi khối Blockchain. Mục tiêu là khai thác tối đa lợi ích của cả hai công nghệ, tạo ra một hệ thống học tập an toàn, minh bạch và hiệu quả. Phương pháp này bao gồm việc nghiên cứu về Blockchain, học tập liên kết (FL), và môi trường thông minh tích hợp FL và chuỗi khối Blockchain. Sau đó, đề xuất xây dựng một phương pháp tích hợp FL và Blockchain, và triển khai thực nghiệm phương pháp này.
3.1. Nghiên Cứu Chi Tiết Về Blockchain và Federated Learning
Để xây dựng phương pháp tích hợp hiệu quả, nghiên cứu này cần đi sâu vào cấu trúc, cách thức hoạt động của Blockchain, các môi trường thông minh, và cơ sở lý thuyết về thuật toán học tập liên kết dựa trên Blockchain. Sự kết hợp của thuật toán học tập liên kết dựa trên Blockchain được sử dụng trong môi trường thông minh cũng cần được nghiên cứu kỹ lưỡng.
3.2. Xây Dựng Ứng Dụng Thực Nghiệm
Nghiên cứu này cũng bao gồm việc mô phỏng thuật toán học tập liên kết dựa trên Blockchain được sử dụng trong các môi trường thông minh. Thực hiện việc chạy thử nghiệm và tìm ra phương án phát triển sau này. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào xây dựng ứng dụng đơn giản, môi trường Blockchain bắt tay giữa 3 ~ 5 server, có thể sử dụng môi trường ảo hóa để thực nghiệm.
IV. Mô Hình Học Tập Liên Kết Trên Nền Tảng Blockchain 59
Mô hình học tập liên kết trên nền tảng Blockchain là sự kết hợp giữa hai công nghệ mạnh mẽ. Blockchain cung cấp một nền tảng an toàn và minh bạch để chia sẻ và xác thực dữ liệu, trong khi học tập liên kết cho phép các mô hình học máy được đào tạo trên dữ liệu phân tán mà không cần chia sẻ dữ liệu thô. Mô hình này hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích cho giáo dục, bao gồm cải thiện chất lượng học tập, tăng cường bảo mật dữ liệu và thúc đẩy sự hợp tác giữa các tổ chức giáo dục.
4.1. Kiến Trúc Mô Hình Học Tập Liên Kết Blockchain
Trong Federated Learning, các thiết bị hoặc đơn vị đóng vai trò làm các nút mạng, mỗi nút chỉ giữ lại dữ liệu của riêng mình và chỉ chia sẻ các tham số được tạo ra trong quá trình huấn luyện với các nút khác. Như vậy, dữ liệu của người dùng được bảo mật hơn vì nó không cần được gửi đến một trung tâm trung tâm nào. Phương pháp này được áp dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như hình ảnh y tế, dự đoán tài chính, quản lý năng lượng, quản lý sản phẩm và các ứng dụng IoT.
4.2. Cơ Chế Bảo Mật Dữ Liệu Trên Blockchain
Công nghệ Blockchain tương ứng với cơ sở dữ liệu, chỉ khác ở việc tương tác với cơ sở dữ liệu. Để hiểu Blockchain, cần nắm được năm định nghĩa sau: chuỗi khối (Blockchain), cơ chế đồng thuận phân tán (Distributed), tính toán tin cậy (Trusted Computing), hợp đồng thông minh (Smart Contracts) và bằng chứng công việc (Proof Of Work - PoW), bằng chứng kí gửi hay bằng chứng cổ phần (Proof of Stake - PoS).
V. Thực Nghiệm và Đánh Giá Hiệu Quả Phương Pháp Đề Xuất 57
Để đánh giá hiệu quả của phương pháp tích hợp học tập liên kết và Blockchain, nghiên cứu này thực hiện thực nghiệm trên ứng dụng truy xuất nguồn gốc thực phẩm. Kết quả cho thấy sự cải thiện về hiệu năng của mạng Blockchain khi áp dụng học tập liên kết. Các kết quả và thảo luận chi tiết sẽ được trình bày trong chương 4 của đề án. Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng chỉ ra những ưu và nhược điểm của phương pháp đề xuất, cũng như các vấn đề cần nghiên cứu tiếp theo.
5.1. Ứng Dụng Truy Xuất Nguồn Gốc Thực Phẩm
Việc áp dụng vào Ứng Dụng truy xuất nguồn gốc, ta sẽ thấy rõ ràng tiềm năng phát triển của Hướng kết hợp và xây dựng giải pháp trên. Với việc Bảo mật và Ứng dụng FL , hiệu quả hoạt động của sản phẩm sẽ tăng trưởng vượt bậc.
5.2. Đánh Giá Hiệu Năng Mạng Blockchain
Các đánh giá về tỉ lệ các thông số sẽ giúp chúng ta nắm rõ hơn về sự khả thi trong việc áp dụng mô hình. Đồng thời cũng là bàn đạp để có những bước tiến mạnh mẽ hơn trong việc phát triển.
VI. Triển Vọng Tương Lai Học Tập Liên Kết Blockchain 55
Nghiên cứu về phương pháp học tập liên kết Blockchain trong môi trường thông minh mở ra một hướng đi mới cho giáo dục trong tương lai. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, chúng ta có thể kỳ vọng vào những ứng dụng sáng tạo hơn nữa của Blockchain và học tập liên kết trong giáo dục, tạo ra một môi trường học tập an toàn, minh bạch, hiệu quả và cá nhân hóa.
6.1. Xu Hướng Phát Triển Của Web3 Education
Khi Web3 tiếp tục phát triển, có những vấn đề quan trọng cần xem xét khi áp dụng nó vào giáo dục. Đầu tiên là khả năng tiếp cận. Đảm bảo rằng các công nghệ Web3 này có giá cả phải chăng và dễ tiếp cận đối với học sinh từ mọi hoàn cảnh là điều quan trọng.
6.2. Đề Xuất Các Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo
Việc tận dụng sự phát triển của Trí tuệ Nhân Tạo sẽ là một bước đột phá để phát triển nền tảng này. Đồng thời sẽ giúp cho những cá nhân có thêm nhiều thời gian để phát triển tư duy.
