《密碼學》教學中的思政教育探索*

謝絨娜 秦曉宏 李宗俞

北京電子科技學院，北京市 100070

1 引言

習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強調(diào)“要用好課堂教學這個主渠道，思想政治理論課要堅持在改進中加強，提升思想政治教育親和力和針對性，滿足學生成長發(fā)展需求和期待，其他各門課都要守好一段渠、種好責任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應”。 邱［1］對課程思政和思政課程同向同行理論進行了闡釋。

如何發(fā)揮課堂育人主渠道作用，實現(xiàn)“知識傳授”和“價值引領”有機統(tǒng)一，達到“思政課程”和“課程思政”的立體化育人效果是專業(yè)課程進行思政教育必然選擇［2］。 新時代課程思政建設需要挖掘具有自身課程特色的育人內(nèi)容、全面推動形成各類課程與思政課程協(xié)同并進的高校立德樹人新局面［3］。

如何從專業(yè)培養(yǎng)目標出發(fā)，提出整個專業(yè)課程思政體系是在專業(yè)課程中進行思政教育需要考慮的另一個問題。 李等［4］圍繞新工科人才培養(yǎng)中專業(yè)基礎課的課程思政建設難點，從構建專業(yè)基礎課的課程思政工作體系出發(fā)，提出如何形成協(xié)同育人機制，建立課程思政標準體系。 賴等［5］以專業(yè)人才培養(yǎng)目標作為設計專業(yè)思政的總依據(jù)，提出與專業(yè)知識融合的專業(yè)思政的縱向構建和橫向構建方法。

除了理論探索外，為提高課程思政效果，不同高校結(jié)合自己學校特點和課程特點，在專業(yè)課程教學中增加了思政元素。 清華大學從基礎課、通識課、工科、醫(yī)學、實驗等不同類型99 門進行思政總結(jié)，探索不同類型課程思政的方法和手段。 西安電子科技大學選出多門優(yōu)質(zhì)示范課，以觀摩課的方式來展示不同類型課程的思政要素。本文在充分借鑒不同高校課程思政的經(jīng)驗，根據(jù)密碼學在整個專業(yè)培養(yǎng)中的地位和目標，以及密碼學課程的教學目標，結(jié)合教學內(nèi)容，將整個教學內(nèi)容分成8 個模塊。 根據(jù)不同模塊的教學內(nèi)容，挖掘思政要素，開發(fā)思政教學案例，加強對學生進行革命傳統(tǒng)教育和科學素養(yǎng)培養(yǎng)。

2 密碼學思政教育思路和主要內(nèi)容

密碼學是密碼科學與技術專業(yè)、信息安全專業(yè)和網(wǎng)絡空間安全等專業(yè)的公共基礎課，一般在大學二年級完成課程學習。 教學目標是讓學生系統(tǒng)掌握密碼學的基礎理論和基本方法，理解密碼算法和密碼協(xié)議的方法和原理，為后續(xù)專業(yè)基礎課、專業(yè)課學習打好基礎，為未來的工作做好鋪墊。 密碼與思政教育有著天然的聯(lián)系，在思政教育的大背景下，任課教師積極發(fā)掘思政元素，緊密結(jié)合教學目標和教學內(nèi)容，探索密碼學教學中的思政教育。 密碼學思政教育基于課程在整個專業(yè)中地位和作用，以及相關專業(yè)思政教育頂層設計的基礎上，結(jié)合學生特點，與教學內(nèi)容進行有機融合。

在教學過程中，根據(jù)不同教學內(nèi)容，一方面結(jié)合典型歷史事件和人物故事進行愛黨愛國教育和紅色傳統(tǒng)革命教育；另一方面，適當增加課上教學內(nèi)容的難度和廣度，課下推薦學生了解密碼發(fā)展科技史，不斷拓寬學生視野，培養(yǎng)學生的科學情懷和科學素養(yǎng)，激發(fā)學生學習的興趣和動力。 編碼與破譯是密碼學中永恒的話題，教學中通過講解不同算法發(fā)展歷程，一方面讓學生了解信息技術的發(fā)展給算法的安全性帶來什么挑戰(zhàn)；另一方面了解破譯理論和方法的發(fā)展如何促進設計者設計出安全強度更高的密碼算法。 通過算法編碼與破譯的講解，讓學生理解絕對安全和相對安全的辯證唯物主義概念。

3 密碼學教學中的思政要素

根據(jù)密碼學教學內(nèi)容，本文將整個課程分為綜述、古典密碼學、序列密碼、分組密碼、公鑰密鑰、摘要算法、密碼協(xié)議、密碼實驗8 個教學模塊，根據(jù)不同模塊具體教學內(nèi)容發(fā)掘思政要素。下面分別闡述不同教學模塊中的思政要素。

3.1 綜述模塊中的思政要素

從教學目標上看，該教學模塊主要讓學生對密碼知識和密碼技術發(fā)展歷程有初步認識和了解。 從教學內(nèi)容上，該模塊以信息技術發(fā)展為脈絡，分別講解不同時期信息技術存在的安全問題以及如何用密碼技術來解決問題，讓學生對密碼技術發(fā)展歷程以及不同時期密碼技術的地位和作用有初步認識和了解。 在講解中通過插入不同時期密碼故事，以深入淺出的方式讓學生了解不同時期密碼學地位、作用、以及采用的技術手段，同時結(jié)合一些密碼故事對學生進行紅色傳統(tǒng)革命教育和愛黨愛國教育。

具體教學中結(jié)合第一、二次世界大戰(zhàn)密碼故事，講解加解密原理，讓學生了解通信時代，密碼學主要解決機密性的核心技術。 隨著計算機和網(wǎng)絡的發(fā)展，對安全提出完整性、不可否認性等新的要求，以及密碼學專家采用哪些新的理論和技術手段來解決新的技術問題，培養(yǎng)學生科學情懷和不斷思考的科學素質(zhì)。

在講解信息技術發(fā)展的同時，穿插一些革命戰(zhàn)爭時期的密碼故事，讓學生了解如何應用技術手段保證信息安全的同時，密碼工作者所發(fā)揮的重要作用，進一步體會密碼工作人員與敵人斗智斗勇的英勇事跡以及他們對黨忠誠無私奉獻精神。 該部分推薦學生了解密碼科技歷史、觀看不同時期密碼故事，加深學生對密碼地位和作用的了解、加強對學生愛國主義教育和紅色傳統(tǒng)革命教育。

3.2 古典密碼學模塊中的思政要素

從教學目標來看，古典密碼學主要讓學生了解古典密碼學的方法和原理。 從教學內(nèi)容上，包括代替密碼和移位密碼的原理，以及乘積密碼思想。 除此之外，讓學生對密碼分析有初步的認識和了解。 講解時，以凱撒密碼為切入點，講解古典密碼中代替密碼和移位密碼的原理，最后給出凱撒密碼實際上是一種特殊的代替密碼體制。以二戰(zhàn)時期德國恩尼格碼密碼機的設計原理為例，講解如何應用代替密碼、移位密碼以及乘積密碼的思想設計密碼機。 通過分析恩尼格碼密碼機密鑰變化量，讓學生了解如何利用乘積密碼思想，基于基本密碼模塊構造安全密碼算法。 讓學生從感性和理性上認識乘積密碼思想在密碼設計中地位和作用。 在上述教學內(nèi)容，加強對學生科學素質(zhì)培養(yǎng)，引導學生思考如何基于基本密碼模塊設計出安全可靠的密碼算法和密碼設備。

算法設計與分析永遠是矛和盾的關系。 通過分析方法講解，讓學生了解絕對安全和相對安全的辯證唯物主義概念。 結(jié)合經(jīng)典密碼分析故事，進一步理解密碼學如何發(fā)展成為一門科學，數(shù)學在現(xiàn)代密碼體制的重要地位、作用、以及計算機出現(xiàn)的必然性。 經(jīng)典故事講解中同時傳達出嚴謹求實的科學精神以及默默無聞的奉獻精神。

該部分推薦學生了解第二次世界大戰(zhàn)中密碼破譯故事，了解密碼破譯關鍵人物圖靈故事，進一步加強對學生科學素養(yǎng)以及默默無聞奉獻精神的培養(yǎng)。

3.3 序列密碼模塊中的思政要素

從教學目標來看，序列密碼主要讓學生了解序列密碼設計的方法和原理。 從教學內(nèi)容上，包括線性反饋移位寄存器等序列密碼基本模塊，以及典型序列密碼算法。 在講解典型序列密碼算法時，以Estream 工程中序列密碼征集活動為切入點，讓學生了解序列密碼算法評價準則，以及算法設計中相關知識。 通過講解算法設計中不斷修改完善過程，讓學生了解科學研究中孜孜不倦的探索精神，以及算法設計人員、工程設計人員密切配合，體會出團隊的力量、團結(jié)協(xié)作的重要性。 通過ZUC 算法原理、算法設計和標準化過程的講解，讓學生了解我們國家的算法設計人員探索真理的科學精神；了解為增強綜合國力、提高國際影響力和地位，密碼科技工作者所付出的辛苦和努力。 同時讓學生初步了解國際標準在信息社會的地位和作用，為什么核心技術必須掌握在自己手上，科技強國戰(zhàn)略地位，讓學生深感自己責任和使用，激發(fā)學生學習興趣。

該部分通過推薦學生了解ZUC 算法設計和國際標準化過程，讓學生了解我國學者在序列密碼設計中發(fā)揮的地位和作用，進一步加強對學生科學素養(yǎng)的培養(yǎng)，培養(yǎng)學生的自豪感和榮譽感，激發(fā)學生學習興趣。

3.4 分組密碼模塊中的思政要素

從教學目標來看，分組密碼主要讓學生了解分組密碼設計方法和原理。 從教學內(nèi)容上，包括基本分組密碼模塊，以及典型分組密碼算法DES、AES、SM4 等分組密碼算法。 通過S 盒、P置換等分組密碼模塊，讓學生充分理解擴散性和混亂性在密碼設計中的作用。 講解典型分組密碼算法時，以DES 和AES 密碼征集活動為切入點，讓學生了解分組密碼算法評價準則、算法設計相關知識，進一步深刻理解乘積密碼思想在現(xiàn)代密碼體制地位和作用。 通過對DES 安全性分析，讓學生理解信息技術發(fā)展對密碼技術提出的新要求，以及絕對安全和相對安全這一辯證唯物主義思想。 同時通過我國密碼學者設計的SM4算法講解，讓學生深刻理解科技強國戰(zhàn)略地位，并進一步對學生進行科學素養(yǎng)的培養(yǎng)，加強學生的自豪感和榮譽感，激發(fā)學生學習興趣。

該部分通過推薦學生了解SM4 算法設計和國際標準化過程，讓學生了解我國學者在分組密碼設計中發(fā)揮的地位和作用，進一步加強對學生科學素養(yǎng)的培養(yǎng)，激發(fā)學生學習興趣。

3.5 公鑰密碼模塊中的思政要素

從教學目標來看，公鑰密碼主要讓學生了解公鑰密碼思想和原理、公鑰密碼與對稱密碼的不同和優(yōu)缺點。 從教學內(nèi)容上，包括典型公鑰密碼體制、計算復雜性理論。 講解時，以對稱密碼通信模型中存在的問題，并以Diffe 和Hellman 發(fā)表的密碼發(fā)展新方向論文為切入點，引出公鑰密碼思想以及公鑰密碼解決的問題，并以RSA、Elgama、ECC 等公鑰密碼體制基于的數(shù)學難題，讓學生理解公鑰密碼體制數(shù)學原理，以及隨著計算機發(fā)展對密碼體制提出新的挑戰(zhàn)。 除此之外，介紹量子計算機的出現(xiàn)對公鑰密碼體制提出的新的挑戰(zhàn)，以及后量子密碼發(fā)展的最新動態(tài)。

該部分推薦學生了解RSA 發(fā)明者故事，同時讓學生查閱資料了解量子計算機發(fā)展對密碼技術挑戰(zhàn)，以及目前后量子密碼體制，拓寬學生視野。

3.6 摘要算法模塊中的思政要素

從教學目標來看，摘要算法主要讓學生了解摘要算法的方法和原理。 從教學內(nèi)容上，主要講解典型摘要算法，以及摘要算法在典型密碼中的應用。 在講解摘要算法時，介紹我國學者王小云院士幾十年磨一劍，經(jīng)過潛心研究，破譯美國MD5 算法。 通過王小云院士破譯摘要算法的故事，讓學生了解王小云院士默默無聞、孜孜不倦的科學精神，加強對學生科學素養(yǎng)的培養(yǎng)。 通過算法破譯過程，讓學生深刻理解摘要算法的設計原則和方法、摘要算法在密碼體制中的地位和作用；深刻理解王小云院士的工作對國際信息安全性的影響，為什么MD5 算法破譯直接引起SHA3算法競賽。

3.7 密碼協(xié)議模塊中的思政要素

從教學目標來看，密碼協(xié)議主要讓學生了解數(shù)字簽名、密鑰管理、認證等方法和原理。 從教學內(nèi)容上，包括數(shù)字簽名體制、認證協(xié)議、秘密共享與密鑰分配等。 該部分可以結(jié)合不同教學內(nèi)容選取不同思政素材。

在講解數(shù)字簽名、認證、密鑰管理時，從日常生活例子為出發(fā)點，引出數(shù)字化時代數(shù)字簽名、認證、密鑰管理的必要性，提出數(shù)字簽名的設計準則和安全認證協(xié)議必要性，并結(jié)合日常生活例子，引導學生如何分析存在的安全問題，以及如何應用密碼知識來解決，提高系統(tǒng)安全性。 通過最新的科技熱點，比如云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、6G 網(wǎng)絡和量子計算等，讓學生了解密碼技術在未來科技發(fā)展中的地位和作用，了解自己肩上的重擔和神圣使命。

該部分推薦學生了解信息安全熱點問題，思考如何應用密碼技術解決安全問題、提高系統(tǒng)安全性，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神、拓寬學生視野、激發(fā)學生學習熱情。

3.8 密碼實驗模塊中的思政要素

密碼實驗主要是將部分理論教學中的內(nèi)容提煉出來，讓學生進行動手實踐。 通過實驗一方面是對課內(nèi)理論教學中知識鞏固，另一方面培養(yǎng)學生實際動手能力，同時為后續(xù)課程設計和其他更高級的實踐環(huán)節(jié)打好基礎。 實際教學中，一方面要注意引導學生如何應用課內(nèi)理論知識，注意理論知識和實踐的銜接；另一方面注重培養(yǎng)學生工程思維、大國工匠精神和科學家精神，培養(yǎng)學生敢于嘗試，不怕出錯的探索精神。 同時及時發(fā)現(xiàn)一些有潛力的學生，引導這些學有余力的學生參與學科競賽和教師科研項目中，為高級密碼人才選好儲備軍。

4 結(jié)論

在密碼學教學中，根據(jù)該課程在專業(yè)教學中的定位和作用，結(jié)合教學目標和具體教學內(nèi)容，選用不同類型的思政教學案例，采用深入淺出的方法，從愛黨愛國教育、紅色傳統(tǒng)革命教育、辯證唯物主義、科學素養(yǎng)等方面對學生進行思政教育，加強對學生科學素養(yǎng)和專業(yè)精神的培養(yǎng)，提高學生的自豪感和榮譽感，激發(fā)學生學習興趣。課下通過密碼科技發(fā)展歷史、英雄人物等相關知識推薦，進一步拓寬學生視野。