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摘要：針對行業院校信息安全專業培養對行業支撐不足的困境，分析人才培養方式存在的不足，以應用密碼學課程改革為對象，提出面向行業應用工程的教學模式，建立多樣化的考核機制，介紹課程改革具體方案，說明實施的初步成效。

關鍵詞：行業網絡安全；應用密碼學；教學方法；工程能力；課程改革

0引言

一直以來，國家及社會各界都非常重視信息安全專業人才培養工作。2015年6月，國務院與教育部聯合發文，在“工學”門類下增設“網絡空間安全”一級學科，學科代碼為0839，授予“工學”學位，邁出了具有決定意義的一步。目前在我國開設信息安全類專業的高等院校已超過百所，筆者所在的中國民航大學也有幸榮列其中，同時中國民航大學也是民航行業唯一一所開展信息安全專業人才培養的機構。行業院校是由所處行業部門主管，為所在行業培養專業人才的一類院校，畢業生會以較大比例到所在行業就業[1]。隨著各行各業對信息化的嚴重依賴，行業特色也越來越凸顯，在網絡安全上升到國家安全的時代背景下，行業院校責無旁貸地承擔起行業信息安全人才培養的重任。應用密碼學從實現角度而言，是信息安全的核心技術，是所有網絡安全從業人員必須掌握的基礎知識[2]，它也是高校網絡安全專業的重要主干課程。傳統的密碼學教學往往存在“重理論，輕實踐”“重模擬，輕工程”的傾向，學生在掌握了各種密碼算法或密碼協議的原理之后，并沒有機會或能力將之用于工程實踐，即便是在行業院校也僅僅將通過考試作為最終目標，導致學生對該課程缺乏學習積極性和創造性。

1專業培養現狀分析

中國民航大學信息專業最早開始于2008年，迄今為止已有10年。由于近幾年的基本情況差不太多，筆者僅以2016年本科信息安全專業學生畢業去向和本科信息安全專業學生畢業設計選題情況進行統計分析，以期通過分析發現課程存在的問題，進而把脈課程改革的方向。

1.1學生掌握及應用知識情況分析

1.1.1本科生畢業去向情況分析

2016年共有74名信息安全專業學生畢業，其中未確定工作6人，從事計算機相關工作42人、信息安全工作5人（考研1人，就業4人）、其他類21人，畢業生中從事安全相關的比率僅為7%。2017年統計顯示，民航行業信息安全崗位人員缺口達6千多人，可見學校信息安全專業培養工作在為行業乃至國家輸送信息安全人才方面，并未發揮出應有的作用。如何在現有教育體制下，激發學生學習密碼學知識的熱情，建立將密碼學研究工作作為自己的人生追求的自信，也是一個極大的挑戰。

1.1.2畢業設計選題情況分析

2016年共有74名信息安全專業學生參加畢業設計，在對選題情況進行分析發現，運用信息安全知識相關選題43個，應用軟件系統類設計選題31個，其中密碼算法、協議相關選題共15個，占總選題20%。另外，在畢業設計答辯中發現，學生采用的都是比較傳統的密碼算法，并且不涉及任何分析和創新型設計?？梢妼W生通過學習只是掌握了密碼算法和密碼協議的基礎知識，但由于教材內容限制，都是一些比較傳統的、經典的算法，例如DES、3DES、AES等，對于目前新的密碼技術并未采用。另外，在畢業設計中體現出對密碼應用工程中的能力明顯欠缺，完全不考慮密鑰存儲、交換等實際情況。如何能夠充分理解基礎知識，并能應用于實際工程，也是密碼學教學中面臨的一個挑戰。

1.2問題分析

通過上述分析，不難發現應用密碼學課程在實踐和理論的知識講解面臨諸多挑戰，因此，為了能夠應對上述挑戰，需要客觀分析挑戰背后的本質原因。（1）教學手段不夠豐富。當前密碼學教學以課堂為主，傳達給學生知識的方式還主要是板書和PPT，這樣就導致師生間互動性不強。但是，密碼學的算法、協議等內容，需要結合實際學生才能真正理解進而掌握，這種強調面對面的，教授為主的教學方式，很難為學生提供將所學知識應用于實際的橋梁。（2）重理論，輕實踐。為了應對考試，學生們更加重視理論學習，老師也并沒有注重實踐能力的培養，這與密碼學課程是對已有密碼算法、密碼機制的設計原理的學習和分析，只有結合實踐才能深化對相關理論知識理解的本質相矛盾。（3）考核方式單一。目前課程考核方式主要有“期末”和“平時+期末”，其中平時成績主要包括日?？记诤驼n后作業，這樣學生一般都會采用平時網上找答案、期末突擊學習的方式來被動應付應用密碼學課程考核。該類方式無法考查學生綜合運用知識能力，并在某種程度上壓制了學生學習的主動性和創新性。

2課程建設思路

通過采取面向工程教學，實現“知識考查”向“應用能力”的教學模式轉變，這種改革將造成原有的教學方法和考核方式等不匹配，需要探討面向工程教學模式下的教學方法和考核方式。

2.1以提高工程應用能力為目標的教學方法

針對密碼學知識專業性、應用性強等特點，需采用“課內講解+課外工程實現”的教學方法，具體而言，主要包括以下幾個方面。（1）強化理解，培養獨立編程實現核心密碼算法的能力。密碼學基本概念、基本理論的理解是學習密碼學的根本出發點，是進行密碼工程設計與開發的基礎[3]。作為信息安全專業的本科生，應該有能力獨立編程實現核心密碼算法，如AES、SHA、國密SM1-9等。在實現這些核心算法的過程中，學生可以加深到密碼學基本理論的理解，并掌握密碼算法設計中的基本技巧。（2）遵循國際標準，提升密碼工程實踐能力。密碼算法的優劣主要體現在安全和效率兩個方面，除了依賴嚴密的數學理論外，嚴謹的工程實現也必不可少。多數密碼學教材往往注重算法原理的闡述，而忽略了算法實現中必須考慮的重要細節。為此，在實踐教學中，FIPS-140、IEEE1363等國際標準中成熟做法，應該要求學生進行掌握，特別是這些標準對密鑰參數選擇、長度填充、內存管理方面的規定。（3）以設計和實現密碼學算法庫為目標，培養學生的綜合應用能力。在課程中后期的實驗中，開始引入密碼學算法庫的概念。首先引導學生學習使用經典密碼學算法庫，例如Crypto++、OpenSSL、Miracl、Boten等；然后與學生一起閱讀經典算法庫的源代碼，對算法庫的基本架構和實現方法進行學習；最后要求學生將整個課程中學習到的算法封裝成一個算法庫，編譯成LIB文件或JAR文件，以供其他程序調用。（4）以密碼分析和破譯為補充，提高學生的學習興趣。密碼學實驗主要實現兩個目的：理解基礎理論和提高學習興趣。因此，課程必須在試驗方式上進行創新，以生動性、新鮮性，帶動學生的積極性和成就感。密碼分析由于難度大、基礎知識要求高、不容易講解，使得絕大部分的院校在密碼學實驗當中，沒有將密碼分析的相關實驗納入到講解內容中。本課程的做法是：①要求學生從破譯難度較低的古典密碼入手，對某些特定的算法編寫破譯程序；②對于較為復雜的現代密碼算法，如DES和RSA，可以使用現成的破譯工具來演示破譯實驗；③人為簡化一些密碼算法，降低分析的難度，如單輪DES差分分析，通過這些方式來提高學生的學習興趣。（5）增加行業實際應用案例講解，增強密碼應用的直觀印象。行業應用密碼主要體現在電子政務、電子支付、認證和數據安全4個方面，結合密碼學應用特點，從民航行業實際出發，講解密碼學在行業中的應用案例，循序漸進，鼓勵學生利用所學知識解決專業的具體問題，這樣使得學生可以直觀地感受到密碼學的用途，并明確本專業未來在行業中的發展，激發學生畢業后投入本行業信息安全工作中的信心和熱情。

2.2多樣化的課程考核方式

在應用密碼學課程考核中，學生得到的成績是由多項指標構成，一般包括：①學生日常考勤和課后作業的情況；②期末理論考試得分；③實驗平時和期末答辯得分。實驗期末答辯采用現場抽題、限時編程的形式進行，以測試學生對密碼學知識的掌握情況和綜合運用能力。另外，為了鼓勵學生在密碼學知識領域進行創新和項目應用，引入成果考核機制，對于取得相應成果的學生，進行加分或免試。

3具體實施方案

3.1課程教學內容改革方案

應結合當前密碼知識特點、課時安排，制訂相對應的實施方案。（1）構建全面的和案例化的密碼學教學內容。結合當前密碼學的發展，增加量子密碼、格密碼、混沌密碼等新知識的教學[2]；同時結合密碼學在民航企事業單位應用情況，凝練一批具有民航特色的教學案例，并搭建相關的應用環境，讓學生增強對密碼算法或協議的理解。從內容的廣度和民航實際應用案例相結合兩個方面重構密碼學教學內容。（2）建設工程化實驗教學案例庫。目前已建設完成Crypto++、OpenSSL、Miracl、Boten、libgcrypt、Tomcrypt、BouncyCaslte等算法案例，下一步將帶領學生從閱讀源碼開始，逐步學會獨立開發新的教學案例，給下一屆學生學習帶來便利的同時，也進一步提高密碼學編程實現能力和加深對密碼算法知識的理解，為工程應用和理論創新打下良好的基礎。（3）設計創新性實驗。根據實際的科研和當前應用需求，選擇一些具有一定新穎性的題目，譬如移動數據加密、虛擬環境下的數據敏感標記等；采用學生自發建立項目小組，根據能力和時間選擇合適的題目，指導老師參與，共同完成實驗項目。通過創新實驗，可以讓學生把理論和實踐結合起來，從而把基礎比較好、興趣比較濃厚的學生引入科研的大門[4]。（4）搭建密碼技術在行業中的應用模擬場景。例如電子政務網中SSH安全協議、飛機與地面服務器相互證書認證，或電子簽名消息認證的場景構建，可以讓學生在學習密碼知識的同時，了解其在行業中的具體應用及其應用特點，通過搭建環境和模擬交互，解決實際應用中存在的問題。

3.2課程教學方式改革方案

本課程改革在傳統的課堂教學和實驗室教學之外，增加了研究性教學和“項目+競賽”教學兩種方式。（1）采用研究性教學法。計算機和網絡技術日新月異，密碼學領域涉及的內容和技術也發展迅速，授課教師除了要求學生掌握傳統知識外，還應該引導學生及時關注密碼學各部分內容在國內外的最新研究進展和成果，組織課題組和興趣小組，讓對密碼學有興趣有能力的學生參加進來，通過各種方式來支持他們的創新活動，例如科研項目立項、發表學術論文等。（2）采用“項目+競賽”教學法。該教學法適用于學習各種實踐性和操作性較強的知識和技能。伴隨國家對網絡空間安全的高度重視，全國以及各省都在舉辦不同形式的信息安全大賽，很多項目的設計開發都是立足于密碼學的，例如每年一次的全國密碼技術競賽?；谶@樣的背景，可以以項目開發的形式引導學生參與到各種競賽中。該教學法以學生為主體，通過建立項目讓學生參與競賽的形式，讓學生作為項目的負責人，將學生成果提交到大賽中加以檢驗，既可以提高學生的主動性、參與性又能提高學生對密碼學應用其全過程的理解和掌握。

3.3考核方式改革方案

考核的作用除了了解學生掌握的知識和綜合素質之外，還應該成為學生學習的動力，培養學生將課堂上學到的基礎知識和技能用于解決實際問題的能力。本改革將徹底改變“一考定成績”的做法，防止考前突擊的行為。（1）實行過程考核，其中期末（主要是理論）閉卷考試成績占30%，平時成績占70%。平時成績包括考勤占10%、其余90%按照知識點及課程過程考核方式進行考核。（2）實行項目及科研成果考核。參加密碼學相關競賽，獲國家級別一、二等獎的，本課程免試；獲國家級別三等獎，其他級別競賽一等獎的，平時成績滿分；發表高水平學術論文，SCI檢索的，本課程免試；EI、中文核心檢索的，平時成績滿分。

4初步成效分析

（1）課程教學和實驗完成方面。在試驗課程考核方面，進行分組實驗內容考核，由于學生能力問題，僅以教師指定題目和教材中題目為主。值得注意的是，2017年畢業生中有2位同學考取了碩士研究生，繼續密碼學相關內容的深入學習，有4名同學在畢業設計選題是自己出密碼學相關的題目，并較好完成。（2）項目創新和科學研究方面。課程組通過近幾年的積極努力，分別于2015年指導學生完成國家級大學生創新創業項目《基于CDF/FLASH的密碼算法動態演示系統》，一篇。2014年指導學生完成校級大學生創新創業項目《基于多素數的RSA算法性能分析及標準庫實現》，一篇。獲2017年市級大學生創新創業計劃項目3項，累計30多人次參與。（3）競賽工作開展順利、成果豐碩。近3年以來，計算機學院每年組織學生參加全國密碼技術競賽、京津冀高校首屆研究生網絡與信息安全技術大賽，取得了多個三等獎的好成績。每年組織開展“中國民航大學‘西普杯’信息安全技術競賽”，已連續開展4屆，另外，還組織學生參加2016年在天津舉辦首屆民航網絡安全競賽、校級信息安全技術競賽，并獲得較好的成績。（4）對行業信息安全工作發展支撐明顯。通過以上一系列的競賽和項目實施，極大提升了學生學習密碼學知識的熱情，隨著學生的技術能力提升，越來越多的學生受到民航企事業單位的青睞。本校培養的信息安全專業學生，在持續從事信息安全領域工作和進入民航行業工作的比例均超過30%。

5結語

在以互聯網為主體的網絡空間成為國際博弈的主戰場的背景下，行業網絡安全在一定程度上可以影響國家安全，筆者通過分析行業網絡安全人才培養存在的問題，提出應用密碼學課程改革思路和具體方案，實踐檢驗發現效果良好，可以為同類型院校網絡空間安全人才培養提供參考。

參考文獻：

[1]董新偉,韓影.推進行業劃轉院校深入開展協同創新的思考[J].教育科學,2013,29(4):25-29.

[2]湯永利,閆璽璽,葉青.應用密碼學[M].北京:電子工業出版社,2017:2.

[3]李夢東.《密碼學》課程設置與教學方法探究[J].北京電子科技學院學報,2007,15(3):61-66.

[4]胡越梅,夏建川,劉效武.應用密碼學的實踐教學研究[J].現代計算機,2016(27):10-12.

作者:周景賢 鐘安鳴 黃燕曉 單位:中國民航大學