“雙碳”目標(biāo)下“新型電力系統(tǒng)安全與密碼學(xué)”課程建設(shè)探析

摘 要 “雙碳”目標(biāo)是我國應(yīng)對環(huán)境危機提出的新方向。新型電力系統(tǒng)是電力行業(yè)作為碳排放重頭行業(yè)為推動能源轉(zhuǎn)型打造的支柱項目，其網(wǎng)絡(luò)安全的保障至關(guān)重要?！靶滦碗娏ο到y(tǒng)安全與密碼學(xué)”作為全校選修課程，其課程建設(shè)面臨著教學(xué)內(nèi)容、模式、評價以及總結(jié)等多重挑戰(zhàn)。文章從“雙碳”目標(biāo)出發(fā)，對課程建設(shè)工作進行了深入探析，目的是使學(xué)生經(jīng)過課程學(xué)習(xí)后能深入理解“雙碳”理念，結(jié)合新型電力系統(tǒng)學(xué)習(xí)到密碼技術(shù)及其應(yīng)用知識，為推動能源結(jié)構(gòu)向綠色轉(zhuǎn)型以及電力信息安全系統(tǒng)建設(shè)等方面的人才儲備工作打下堅實的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 新型電力系統(tǒng)；密碼學(xué)；信息安全；課程建設(shè)

中圖分類號：G424 " " " " " " " " " " " " " " 文獻標(biāo)識碼：A " " DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.3.030

Exploration of the Course Construction of \"New Power System Security and Cryptography\" under the \"Dual Carbon\" Goal

WANG Liangliang1， WEN Bo2， ZHANG Kai1

（1.Department of Computer Science and Technology， Shanghai University of Electric Power， Shanghai 201306;

2. Publicity Department of Party Committee， Shanghai Jiao Tong University， Shanghai 200240）

Abstract The \"dual carbon\" goal is a new direction proposed by China to address environmental crises. The new power system is a pillar project created by the power industry as a major carbon emitting industry to promote energy transformation， and the guarantee of its network security is crucial. As an elective course for the whole school， the construction of the course \"New Power System Security and Cryptography\" faces multiple challenges such as teaching content， mode， evaluation， and summary. Starting from the \"dual carbon\" goal， the article conducts an in-depth analysis of the curriculum construction work， with the aim of enabling students to deeply understand the \"dual carbon\" concept after learning the course， and combining with the new power system to learn password technology and its application knowledge， laying a solid foundation for promoting the green transformation of energy structure and talent reserve work in the construction of power information security systems.

Keywords new power system; cryptography; information security; curricula construction

為了應(yīng)對環(huán)境變化，提高綠色產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟在全球的競爭力，我國在第75屆聯(lián)合國大會上正式提出了2030年前實現(xiàn)碳達峰、2060年前實現(xiàn)碳中和的“雙碳”目標(biāo)。新型電力系統(tǒng)作為新提出的能源供應(yīng)體系，其以多能互補、多態(tài)融合、多元互動的特性推動了能源結(jié)構(gòu)向清潔綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展，為達成“雙碳”目標(biāo)做出了巨大貢獻。隨著新型電力系統(tǒng)電氣化、智能化、數(shù)字化的深度融合，其網(wǎng)絡(luò)安全的需求日益高漲，已經(jīng)成為系統(tǒng)不可分割的一部分。保障系統(tǒng)面臨的多重安全風(fēng)險，離不開密碼學(xué)技術(shù)的有力支撐[1]。因此，在以“雙碳”為目標(biāo)的新形勢下，新型電力系統(tǒng)安全與密碼學(xué)課程建設(shè)迫在眉睫。

新型電力系統(tǒng)中的密碼學(xué)技術(shù)在不斷迭代更新，這導(dǎo)致單純地教學(xué)基礎(chǔ)密碼學(xué)理論與算法已經(jīng)無法滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，新領(lǐng)域下的密碼技術(shù)應(yīng)用課程應(yīng)當(dāng)包含更加先進的密碼技術(shù)[2]。著眼于培養(yǎng)電力信息安全人才的目標(biāo)，我們需要同時注重教學(xué)基礎(chǔ)信息安全知識和理論在實際應(yīng)用中的實踐工作，培養(yǎng)擁有理論與應(yīng)用雙重能力的人才[3]。本文從開展“新型電力系統(tǒng)安全與密碼學(xué)”課程建設(shè)的必要性開始梳理，針對課程建設(shè)面對的挑戰(zhàn)給出了建設(shè)路徑，為新一代保障電力信息安全人才的培養(yǎng)提供了一定的借鑒。

1" “雙碳”目標(biāo)下“新型電力系統(tǒng)安全與密碼學(xué)”課程建設(shè)的必要性

電力作為我國碳排放占比最大的單一行業(yè)，其減排效果對實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)至關(guān)重要。新型電力系統(tǒng)承載了實現(xiàn)“雙碳”發(fā)展理念，具有清潔低碳、靈活高效、智能友好等優(yōu)勢，是實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的核心組成部分[4]。2022年10月，國家能源局組織在其編制的《能源碳達峰碳中和標(biāo)準(zhǔn)化提升行動計劃》中提出了六大重點任務(wù)，其中一大重點任務(wù)就是加強新型電力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)。從單一電力系統(tǒng)到綜合能源系統(tǒng)，新型電力系統(tǒng)形成了多領(lǐng)域綜合能源網(wǎng)絡(luò)，不同業(yè)務(wù)的分布式終端對電網(wǎng)基于分區(qū)隔離的安全防護帶來了沖擊，用戶敏感數(shù)據(jù)的完整性、保密性、可用性風(fēng)險進一步加大，數(shù)字化的新系統(tǒng)在與電力系統(tǒng)的融合應(yīng)用中也帶來了新的風(fēng)險。在這種情況下，新型電力系統(tǒng)的建設(shè)對于安全人才的需求量不斷提高。為了適應(yīng)新的能源局勢，特別是新型電力系統(tǒng)建設(shè)時面臨著大量的網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險，就必須開展新型電力系統(tǒng)安全與密碼學(xué)課程建設(shè)，探討“雙碳”背景下密碼學(xué)相關(guān)技術(shù)在新型電力系統(tǒng)中的實際應(yīng)用，為電力行業(yè)安全建設(shè)工作打下堅實的理論和實踐基礎(chǔ)。

2" “新型電力系統(tǒng)安全與密碼學(xué)”課程建設(shè)面臨的挑戰(zhàn)

如今，密碼技術(shù)等相關(guān)的信息安全研究工作在新型電力系統(tǒng)中已得到廣泛應(yīng)用，新型電力系統(tǒng)安全與密碼學(xué)課程建設(shè)也刻不容緩。該課程的教學(xué)是以密碼學(xué)的基本概念以及相關(guān)密碼學(xué)算法為基礎(chǔ)，結(jié)合多方安全計算、差分隱私和聯(lián)邦學(xué)習(xí)等最新研究，探討在“雙碳”目標(biāo)下，契合新型電力系統(tǒng)安全建設(shè)要求的應(yīng)用型密碼系統(tǒng)。然而，實現(xiàn)密碼技術(shù)與新型電力系統(tǒng)的融合教學(xué)還存在一些挑戰(zhàn)。

2.1" 課程教學(xué)內(nèi)容廣且學(xué)生基礎(chǔ)不一

“新型電力系統(tǒng)安全與密碼學(xué)”作為全校選修課程，與對本專業(yè)學(xué)生的教學(xué)不同，教師應(yīng)考慮到各個專業(yè)不同的理論基礎(chǔ)，課程教學(xué)的重點以及時間安排都需要進行調(diào)整。如何讓所有選擇該門課程的學(xué)生都能學(xué)會課程所涉及的知識點和對應(yīng)的技能，對于課程建設(shè)是一個巨大的挑戰(zhàn)。

2.2" 課程教學(xué)模式缺乏數(shù)字化和實踐環(huán)節(jié)

傳統(tǒng)的密碼學(xué)課程重視理論技術(shù)，采用單純的課堂模式進行教學(xué)，實踐很少，導(dǎo)致學(xué)生的應(yīng)用實踐能力較差?！靶滦碗娏ο到y(tǒng)安全與密碼學(xué)”這門課程是以新型電力系統(tǒng)為背景講述密碼技術(shù)在其領(lǐng)域的應(yīng)用，比較重視應(yīng)用的部分。而且，單一的課堂教學(xué)模式與學(xué)生的互動性較差，會對學(xué)生的學(xué)習(xí)和應(yīng)用能力產(chǎn)生一定的影響。

2.3" 課程教學(xué)評價方法不足

之前相關(guān)的課程評價具有一定的參考價值，但仍然局限于從試卷到分數(shù)再到評價的框架中。本課程中包含的內(nèi)容之多和面向的學(xué)生之廣使得傳統(tǒng)的課程質(zhì)量評估方案已經(jīng)不能滿足課程評估的要求。因此，需要設(shè)計出更加具有針對性的課程評價系統(tǒng)，以便真實地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和教學(xué)質(zhì)量。

2.4" 課程建設(shè)成果總結(jié)不能有效利用

新課程的建設(shè)工作一直非常困難，因為之前很多優(yōu)秀的課程建設(shè)成果沒有得到很好的保存和利用。教師通過對優(yōu)秀課程建設(shè)工作的學(xué)習(xí)，可汲取到在建設(shè)新型課程初期容易忽視的相關(guān)問題以及解決方法。只有意識到問題的存在，才會有意識地建立一套解決方案，并以此為基礎(chǔ)進一步改進教學(xué)的方式方法。

綜上所述，我們需要重新思考如何站在原有教學(xué)模式的基礎(chǔ)上，改進和增添相關(guān)的新方法，大幅度提升教學(xué)質(zhì)量。

3" “雙碳”目標(biāo)下“新型電力系統(tǒng)安全與密碼學(xué)”課程建設(shè)路徑

3.1" 課程建設(shè)內(nèi)容及其時間規(guī)劃

“新型電力系統(tǒng)安全與密碼學(xué)”課程作為全校選修課程，總共6周，16個學(xué)時。綜合考慮學(xué)生的接受能力和專業(yè)基礎(chǔ)以及需要教學(xué)的大量內(nèi)容，采用“四階段”的設(shè)計策略進行教學(xué)。具體來說，第一階段用時一周，將結(jié)合當(dāng)前世界能源局勢以及各國的政策舉措引入我國的“雙碳”理念，進而轉(zhuǎn)入電力行業(yè)近年來推出的新型電力系統(tǒng)；第二階段用時兩周，將介紹密碼學(xué)中的基本概念以及所需要的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，為接下來分析新型電力系統(tǒng)中包含的具體技術(shù)做鋪墊。在第三階段，將用三周的時間講述在新型電力系統(tǒng)中常用的密碼學(xué)技術(shù)，并在微機中實際操作相關(guān)密碼學(xué)算法，提高學(xué)生應(yīng)用基礎(chǔ)密碼學(xué)技術(shù)的實踐能力。在課程的最后一階段，將結(jié)合多方安全計算、差分隱私等新型密碼學(xué)知識，與學(xué)生探討新型電力系統(tǒng)建設(shè)要求的信息安全技術(shù)，進一步提高學(xué)生對相關(guān)行業(yè)的興趣。

3.2" 數(shù)字化的實踐教學(xué)

“新型電力系統(tǒng)安全與密碼學(xué)”課程的建設(shè)借助成熟的云平臺，創(chuàng)建智能化、數(shù)據(jù)化、網(wǎng)絡(luò)化和交互化的學(xué)習(xí)環(huán)境，構(gòu)建實踐課堂和線上教育為一體的教學(xué)模式。具體來說，第一階段，分組討論當(dāng)前世界的能源局勢，分析國家提出“雙碳”理念的必要性；第二、三階段，在云平臺提供教學(xué)視頻及基礎(chǔ)知識，并具體實踐某一密碼學(xué)技術(shù)，提高學(xué)生對學(xué)習(xí)密碼學(xué)知識的興趣以及實踐能力；在第四階段結(jié)束時，要求學(xué)生撰寫一篇以“雙碳”理念以及新型電力系統(tǒng)為大方向的論文，激發(fā)學(xué)生從事相關(guān)行業(yè)的興趣。

3.3" 系統(tǒng)性的課程評價

課程評價方式不僅關(guān)系到學(xué)生的最終成績，公平系統(tǒng)化的評價方式也促進了學(xué)生的全面的發(fā)展，使其不只在意表面的分數(shù)。我們采用“卷面+實踐+拓展”三方面的成績，分別以50%、30%和20%賦分。具體來說，卷面成績指的是期末考試的成績，考查學(xué)生對基礎(chǔ)密碼技術(shù)知識的掌握程度；實踐分值表現(xiàn)在分散在每堂課的算法技術(shù)實踐題；拓展成績則通過第四階段撰寫的小論文進行評估。

3.4" 階梯式的課程總結(jié)

課程建設(shè)工作總結(jié)是至關(guān)重要的，本文提出以階梯式的方式總結(jié)課程成果，分為“基礎(chǔ)―實踐―創(chuàng)新”三個階梯，層次化評判教學(xué)質(zhì)量以及課程建設(shè)工作的完備性。采用教師講述感受、學(xué)生評價以及教師觀摩評價等方式進行評估。通過這種方式，綜合性提高總結(jié)成果的完備性，也大幅度提升教師進行新課程建設(shè)的積極性，提高課程教學(xué)質(zhì)量。

4" “雙碳”目標(biāo)下“新型電力系統(tǒng)安全與密碼學(xué)”課程特色

基于“雙碳”目標(biāo)融合新型電力系統(tǒng)背景，面對“雙碳”目標(biāo)新形勢，圍繞新型電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全課程少之又少。本課程圍繞新型電力系統(tǒng)發(fā)展中涉及的密碼技術(shù)知識，在基礎(chǔ)密碼學(xué)理論基礎(chǔ)上添加新型密碼技術(shù)、數(shù)字化實踐等知識點，強化學(xué)生保障信息安全的能力，為電力信息安全等行業(yè)的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。

4.1" 數(shù)字化實踐課程建設(shè)

為了激發(fā)學(xué)生的實踐興趣與學(xué)習(xí)熱情，“新型電力系統(tǒng)安全與密碼學(xué)”課程實現(xiàn)了多種教學(xué)資源的靈活共享和動態(tài)學(xué)習(xí)資源推送的能力。適應(yīng)了學(xué)生對相關(guān)知識需求變化的趨勢，以高質(zhì)量的技術(shù)和合理的教學(xué)理念推動創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，從而支撐我國綠色能源轉(zhuǎn)型的大方向。

4.2" 優(yōu)化課程評價方式

本課程吸納了原有的先進教學(xué)經(jīng)驗，設(shè)計了“卷面+實踐+拓展”三重評價方案，立體式地評價學(xué)生對這門課程的學(xué)習(xí)情況。每個層次的評價可以具體地反映出學(xué)生的基礎(chǔ)、應(yīng)用以及創(chuàng)新能力，多方位地了解學(xué)生對本課程的學(xué)習(xí)情況。

4.3" 完善課程建設(shè)成果總結(jié)

“新型電力系統(tǒng)安全與密碼學(xué)”課程建設(shè)階梯式地總結(jié)了課程在建設(shè)的過程中存在的不足以及可以被吸納的經(jīng)驗。通過對這部分內(nèi)容的詳細描述以及撰寫為課程建設(shè)論文，可以提高新一輪課程建設(shè)工作的深度，也提高了教師進行課程建設(shè)的積極性。

5" 總結(jié)

“新型電力系統(tǒng)安全與密碼學(xué)”課程是為了加快推動落實“雙碳”目標(biāo)，構(gòu)建以新能源為主體的面向新型電力系統(tǒng)的全校選修課程。課程主要介紹密碼學(xué)中的基本概念以及相關(guān)密碼學(xué)算法，結(jié)合多方安全計算、差分隱私和聯(lián)邦學(xué)習(xí)等技術(shù)，探討“雙碳”目標(biāo)下契合新型電力系統(tǒng)建設(shè)要求的信息安全技術(shù)。本文分別提出了課程建設(shè)內(nèi)容及其時間規(guī)劃、數(shù)字化的實踐教學(xué)、系統(tǒng)性的課程評價和階梯式的課程總結(jié)四個課程建設(shè)方案，實現(xiàn)了智慧化理論與實踐的教學(xué)模式，提升學(xué)生實踐和分析密碼系統(tǒng)的能力，為電力信息安全系統(tǒng)建設(shè)方面的人才儲備工作打下堅實的理論和實踐基礎(chǔ)。

*通訊作者：雯博

基金項目：上海電力大學(xué)研究生課程思政建設(shè)項目（YKJ-2022006）。

參考文獻

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