密碼學(xué)課程教學(xué)方法的探究

馬秀文

【摘要】本文以天津工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與軟件學(xué)院開(kāi)設(shè)的《計(jì)算機(jī)密碼學(xué)》課程的教學(xué)現(xiàn)狀為出發(fā)點(diǎn)，研究了課程目前存在的不足。結(jié)合對(duì)其他高校相關(guān)課程的調(diào)研情況，對(duì)教學(xué)方法和考核方式進(jìn)行了探究，嘗試調(diào)整教學(xué)內(nèi)容并加入新的方法以改善教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】密碼學(xué) 教學(xué)方法 多樣化

【中圖分類號(hào)】G424 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2018）37-0218-02

在當(dāng)今的信息化、網(wǎng)絡(luò)化的時(shí)代，信息安全和日常生活的聯(lián)系越來(lái)越緊密，人們的感受也越來(lái)越深。2013年的 “棱鏡門(mén)”事件使人們進(jìn)一步地體會(huì)到信息安全正在遭受很現(xiàn)實(shí)的威脅。而2014年由習(xí)近平同志任組長(zhǎng)的黨中央網(wǎng)絡(luò)安全與信息化領(lǐng)導(dǎo)小組的成立更是明確地把信息安全提高到了國(guó)家的戰(zhàn)略高度。隨著網(wǎng)絡(luò)空間安全一級(jí)學(xué)科的獲批，一批院校成立網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)院并獲得博士學(xué)位授予權(quán)，更多的院校也開(kāi)設(shè)了安全方向，作為安全基礎(chǔ)課的密碼學(xué)課程也得到了更大的重視。

一、密碼學(xué)課程的特點(diǎn)

每一門(mén)課程都具有自己的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)在一定程度上影響著課程內(nèi)容的選擇和教師的教學(xué)方法的變化。密碼學(xué)也不例外，因?yàn)樗哂絮r明的特點(diǎn)：它是一門(mén)交叉性很強(qiáng)的課程，包含很多研究分支，且各分支研究基礎(chǔ)、方法或思路等有較大的差別；理論性和邏輯性很強(qiáng)，或許入門(mén)不難，但是要學(xué)好這門(mén)課，需要具有很好的數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)等相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)；密碼學(xué)的交叉性也使得在理論研究之外需要學(xué)生具有較好的動(dòng)手實(shí)踐能力才能更好地學(xué)好這門(mén)課程。

二、我院密碼學(xué)課程現(xiàn)狀

天津工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與軟件學(xué)院早就開(kāi)設(shè)有《計(jì)算機(jī)密碼學(xué)》課程，只不過(guò)一直是學(xué)院任選課，30學(xué)時(shí)。學(xué)時(shí)不多，且一直沒(méi)有設(shè)置實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)。使用的參考書(shū)是谷利澤等編著的《現(xiàn)代密碼學(xué)教程》（第二版）一書(shū)。因?yàn)槭侵形慕滩?，?nèi)容編寫(xiě)得比較容易理解，結(jié)構(gòu)也比較清晰。目前的主要問(wèn)題是：學(xué)生整體上對(duì)任選課的重視程度不夠，混學(xué)分思想嚴(yán)重，保證出勤的學(xué)生，聽(tīng)課情況也不好；教師在較早的幾次課講一些基礎(chǔ)知識(shí)，包括一些小故事，較能吸引學(xué)生的注意力，但是當(dāng)開(kāi)始接觸較專業(yè)的理論，如分組密碼的設(shè)計(jì)等，感覺(jué)學(xué)生會(huì)明顯變的注意力不再集中，尤其是后面講到公鑰密碼學(xué)部分，因?yàn)樯婕暗讲糠謹(jǐn)?shù)論、代數(shù)知識(shí)的應(yīng)用，比較抽象枯燥，而這一部分內(nèi)容又難以避開(kāi)，導(dǎo)致學(xué)生畏難而不再聽(tīng)課。

三、對(duì)部分院校密碼學(xué)課程設(shè)置情況的調(diào)查小結(jié)以及啟發(fā)

為了為密碼學(xué)課程改革明確方向和方法，對(duì)部分院校做了調(diào)研，小結(jié)如下：

（1）武警工程大學(xué)電子技術(shù)系聯(lián)合其信息安全保密重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，根據(jù)實(shí)際需求提煉出分級(jí)指標(biāo)，以此對(duì)網(wǎng)絡(luò)空間安全相關(guān)課程進(jìn)行整理優(yōu)化，將相關(guān)課程建設(shè)為課程群，其中“計(jì)算機(jī)密碼學(xué)”為基礎(chǔ)課，并結(jié)合“現(xiàn)代公鑰密碼”、“密碼分析學(xué)”、“密碼學(xué)實(shí)踐”等課程，在扎實(shí)學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，切實(shí)提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐能力。

（2）濟(jì)南大學(xué)在信息科學(xué)與工程學(xué)院下設(shè)的網(wǎng)絡(luò)工程系將安全作為一個(gè)方向，其開(kāi)設(shè)的有關(guān)安全的課程有限，但設(shè)有專業(yè)必修課“應(yīng)用密碼學(xué)”，是專業(yè)主干課程之一，共64學(xué)時(shí)，其中理論學(xué)時(shí)48，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)16。另外還配備課程設(shè)計(jì)40學(xué)時(shí)。其教學(xué)內(nèi)容主要特色為：突出部分國(guó)產(chǎn)密碼算1法的講解和分析，基于一些開(kāi)源軟件進(jìn)行交叉實(shí)驗(yàn)降低課程對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的要求。

（3）南京航空航天大學(xué)在計(jì)算機(jī)學(xué)院設(shè)有信息安全專業(yè)，也設(shè)置有密碼學(xué)課程，共48學(xué)時(shí)，全部為理論學(xué)時(shí)，沒(méi)有安排實(shí)驗(yàn)課程。但另外安排了課程設(shè)計(jì)和編程實(shí)踐。其中的編程實(shí)踐計(jì)算成績(jī)并計(jì)入最終考評(píng)成績(jī)，占比為30%。

（4）中央財(cái)經(jīng)大學(xué)的信息學(xué)院下設(shè)有信息安全系。系里設(shè)置的現(xiàn)代密碼學(xué)課程是專業(yè)主干課，共54學(xué)時(shí)，包括18學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課。

通過(guò)對(duì)上述部分院校密碼學(xué)課程大綱的了解，密碼學(xué)課程的內(nèi)容設(shè)置大體相同，基本上包括：密碼學(xué)概述、密碼學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、古典密碼學(xué)、分組密碼、序列密碼、公鑰密碼、Hasn函數(shù)、數(shù)字簽名和密碼安全協(xié)議，只是課時(shí)設(shè)置等細(xì)節(jié)上有所不同。但是安全類課程的整體設(shè)置存在較大差別。

除了課程內(nèi)容，各教師的教學(xué)方法、考核方式等具體教學(xué)細(xì)節(jié)也各有特色。具體地有：在教學(xué)中創(chuàng)設(shè)情鏡加深學(xué)生的參與度，并將反饋結(jié)果納入評(píng)價(jià)體系；尋找校外合作，將課堂講授和實(shí)際應(yīng)用結(jié)合，或與競(jìng)賽、本科畢設(shè)等結(jié)合，明確學(xué)習(xí)方向，幫助學(xué)生有的放矢，且提高創(chuàng)新的積極性；嘗試小班式教學(xué)；引導(dǎo)使用MOOK＼MOOE（massive open online course/experiment，大規(guī)模在線開(kāi)放課程/實(shí)驗(yàn)）和SPOC （small private online course，小型個(gè)人在線課程）等等。

通過(guò)調(diào)查，密碼學(xué)這門(mén)課程的內(nèi)容設(shè)置不是難點(diǎn)，大部分問(wèn)題集中在如何引導(dǎo)或吸引學(xué)生到學(xué)習(xí)中來(lái)?？紤]到我院和調(diào)研中的高校從生源等條件上對(duì)比有一定差距，所以這些高校的整體課程設(shè)置、教學(xué)手段和思路等方面可能并不都適用于我院的情況，但是仍然為課程的改革提供了很好的參考。

四、密碼學(xué)課程的具體改革

一門(mén)課程的修訂涉及到方方面面的事情，而且具體的修訂還要得到系部和學(xué)院的支持。所以，這里先就改革思路做以下說(shuō)明。

（1）設(shè)置實(shí)驗(yàn)課

密碼學(xué)課程的特點(diǎn)以及現(xiàn)狀都促使課程組積極推進(jìn)在課程中增加實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)。這不但可以提高學(xué)生的積極性，還可以使學(xué)生將課堂所學(xué)理論和實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系起來(lái)，進(jìn)一步加深對(duì)理論的理解。另外，還可以進(jìn)一步發(fā)揮專業(yè)優(yōu)勢(shì)，鼓勵(lì)學(xué)生將專業(yè)所學(xué)，例如編程理論，應(yīng)用到密碼學(xué)的實(shí)踐中來(lái)。目前，在學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)室同事的支持下，學(xué)院已引入一套網(wǎng)絡(luò)信息安全教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，已初步具備進(jìn)行部分基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)的條件。經(jīng)課程組討論，擬增加如下四個(gè)實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置及學(xué)時(shí)分配

值得說(shuō)明的是，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容將不局限于這些算法的簡(jiǎn)單驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)，還包括具體算法中各模塊的細(xì)節(jié)演示和代碼研究，尤其是增加有結(jié)合密碼算法編程實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的加密工具進(jìn)行文件加密等動(dòng)手能力的鍛煉。不過(guò)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)限定在8學(xué)時(shí)以內(nèi)。當(dāng)然，實(shí)驗(yàn)的過(guò)程和結(jié)果要納入評(píng)價(jià)體系，作為期末總評(píng)成績(jī)的一部分。

（2）調(diào)整教學(xué)內(nèi)容

由于課時(shí)的改變所牽涉的事情較多，所以目前對(duì)課程的修訂，暫時(shí)不改變課時(shí)。這樣在增加實(shí)驗(yàn)課的同時(shí)，就要縮減課堂講解學(xué)時(shí)（當(dāng)然，如果能夠增加總學(xué)時(shí)，例如增加到48學(xué)時(shí)，可能就不需要縮減而是增加學(xué)時(shí)）。縮減的內(nèi)容主要是部分?jǐn)?shù)學(xué)或信息論知識(shí)，例如復(fù)雜度理論等，以及后面具體算法的復(fù)雜計(jì)算或證明部分。

（3）撰寫(xiě)講義，修訂大綱

根據(jù)以上對(duì)教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整，修訂教學(xué)大綱，增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱，并撰寫(xiě)更貼近實(shí)際教學(xué)情況的講義供學(xué)生參考。

五、結(jié)語(yǔ)

教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置和教學(xué)方法的選擇都應(yīng)該是教師認(rèn)真探討的內(nèi)容。經(jīng)過(guò)調(diào)研、討論和思考，本文對(duì)我院密碼學(xué)課程的改革提出了一些思路，希望有所助益。尋找更加實(shí)際的教學(xué)方案，或者學(xué)習(xí)嘗試與本科畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)，讓學(xué)生學(xué)有所用，是后續(xù)思考的具體問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

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