密码学多层次教学实践

1、密码学多层次教学实践摘要：本文根据多年的教学实践，探讨了教学内容的选择和组织、实验教学组织和自主实验设计等。关键词：多层次教学；密码学；课外项目设计中图分类号：TN918文献标识码：A文章编号：1672-5913(2007)24-0085-04互联网已经深入我们的生活和工作。在我们充分体验信息共享带来的便捷的同时，网络也暴露出了不少的安全问题。鉴于密码学是信息安全的有力技术保障，在校大学生们对揭开密码学的神秘面纱表现出了极大的热情。每年的密码学公选课成了许多学生选报的热门课程。除此以外，研究生的选修课密码学基础也是修课人数较多的课程，学院内的本专科学生大多会选修信息安全(其中密码学是重要模块)

2、。还有软件学院的特色：自主实验中设计的密码学相关实验有大量小组报名。针对展开多层次的密码学教学已经成为适应日益壮大的需求，为广大学生服务，成为密码学教学急需解决的问题。本文主要依据实践，探讨了密码学多层次教学目标的设定和教学方法的组织，并给出了实践结果分析。1 多层次教学模式随着我国信息安全专业的开设，密码学教学逐渐铺开，但总体来说它还处于起步阶段。从教材建设、实验课程等方面还在逐步成熟、推进过程中。密码学课程是一门理论性较强的课程，对初学者来说有一定难度。传统的教学中，往往偏重于理论教学，但实际上，这也是一门强调实践的课程。一般的密码教材以密码算法和协议原理为主，往往忽略了密码分析等实践环节

3、，这也主要是密码学的相关实践有一定难度。这样往往导致典型的填鸭式的密码学教学，学生被动的学习枯燥艰深的理论，进而遏制了学生学习密码学的热情。即便他们完成了课程的学习，面对实际安全相关项目，仍会感到束手无策，不知如有应用学到的知识，把抽象的理论转化为实用技术。鉴于已经有来自不同学院的低年级学生选修了密码学基础，还有本院的专业选修等，我们更加需要考虑到他们不同的基础和对密码学的不同需求。显然多层次教学是我们较理想的应对法则。我们努力把课堂教学和课外实践有机结合起来，并根据不同层面提供形式多样的实践内容。实践中我们有意侧重于实验部分，引导学生的完成实验和项目。实践得到了很好的效果，学生满意率较高。2

4、 我校密码学多层次教学现状浙江工业大学的密码学教学从2002年开设了计算机专业的研究生选修课“密码学基础”开始。2004年开始，面向计算机专业的学生开设了“信息安全”专业选修课（其中密码学是最重要的模块之一），然后延伸到专科。2005年我校在面向全校的公选课中开设了“密码学基础”，目前该课程每学期开设，影响逐渐增强。2006年软件学院面向全院学生倡导创新学分、鼓励学生自主实验。我们在其中发布了十多个密码学相关的自主实验选题，有三十多组参与其中，学生急需补充密码学相关知识。显然，目前我校目前已经形成了密码学教学中的广泛的、层次差异较大的需求。“因材施教”对于成功地开展多层次教学至关重要。首先，我

5、们要依据不同的需求，为各层次的学生制定合适的教学目标。对于研究生，我们重点关注他们在密码学领域的自学能力、分析和研究能力的培养。对本科生，我们在介绍基本理论和概念之余，提供更多的密码分析的训练和实验结果分析。对于计算机应用大专层面的学生，重点在密码学相关概念入门和工具的使用能力培养。3 密码学多层次教学实践基于上述认识，我们设计了多层次密码学教学的教学内容和考核机制，并提供了多个密码学相关小项目，供学生课余练习、提高。这有助于更好的辅助课堂教学，提升教学质量。3.1 教学内容设计在我们的教学实践中，针对不同层次，选择并合理组织教学内容是首要环节。之后我们开发了相应的多媒体课件来更好地辅助学生理

6、解密码理论。3.1.1 工具使用层面对于计算机相关专业专科和非计算机专业本科生，我们认为教学的重点是掌握密码学基本概念和经典算法，要求他们能借助工具软件完成基于经典算法的加解密。我们为此在教学中重点引入了诸如RSAToolDSAToolAESToo和CrypTool等著名工具，它们实现了RSADSA和AES等经典加解密算法和签名算法。对于古典加解密算法，我们利用CAP软件便于学生操作，鼓励学生分析明文和密文。这些工具大多提供了较好的交互性和可视化界面，甚至还提供了Diffie-Hellman协议等的可视化，为教学提供了很好的范例。3.1.2 算法实现和分析层面对于公选课堂，绝大多数学生是文理科

7、的一年级新生，没有足够的数学基础（如：线性代数、数论等）。对于他们来说，理解现代密码理论有较大困难，但他们大多具有强烈的好奇心和良好的综合素质。我们考虑在教学中调整古典密码和现代密码的教学比例，大致为4：1，以密码学算法设计思想为主线，引导学生分析、逐步掌握破解古典算法密文的技术。我们鼓励理科学生编程实现、分析古典密码算法。我们发现“经典密码学与现代密码学”是这一层面合适的教材。该书以Alice和Bob直接为防止恶意第三方Eve而不停选用不同的加密算法以达到秘密通信的目的为主线展开，趣味性强，对相关的算法叙述清楚，提供加解密工具软件CAP,可操作性强，难能可贵的是对破解思路介绍得很细致。学生可

8、以边看书边印证。除此以外，我们还提供了多媒体课件、实验和操作演示等来帮助学生掌握CAP和Cryptool等工具软件的使用,并进行密码分析、古典密码密文破解的工作。密码史中的奇人轶事、趣事、古典密码的产生背景、破解线索和得到附加分的激励等穿插在课堂中,课堂师生互动良好。启发式教学和激励促使学生踊跃地寻求问题的解决方案。3.1.3 现代密码热点追踪层面作为计算机应用与软件专业研究生的专业选修课,我们在课内主要向学生阐述当代密码学的主要思想和应用领域,为学生今后的项目实践提供理论指导。建议我们对这一层面的学生,注重密码算法和协议内容,因而有密码学圣经之称的“应用密码学：协议、算法与C源程序”成为我们

9、首选的教材。此外,还有“应用密码学手册”、“信息安全工程”等也是我们建议的重要参考书。为增强学生在密码学实践能力,我们要求选课的学生35人自由成组,阅读并整理OpenSSL、CrypTool等开源软件的算法，或者利用JAVA类库等开发密码学应用等。同时，阅读一定量的近期文献也是学生的必要任务。我们指定的范围是：LNCS系列、专业杂志（如：AdvancesinCryptology，JournalofCryptology，InternationalJournalofInformationSecurity和Designs，CodesandCryptography等）以及知名的密码学国际会议（密码学亚洲会议、欧洲会议和美国会议等）。学生也可以选择部分国内一级刊物或硕、博士学位论文库中相关文献。各层次教学内容设计中，我们特别考虑到了层次间的衔接。鉴于学生可能有机会选修上述多个层次，我们在教学内容设计中特别注意了层次的衔接，减少重叠的可能。比如在工具使用层面，强调应用，只阐述密码学中最基础的概念和原理。算法实现和分析层面的教学中注重密码史的介绍，从古典