信息安全本科專業(yè)密碼學課程教學理念與教學方法探討

【摘要】以資訊安全專業(yè)本科學生為教學對象，闡述了密碼學課程在信息安全本科專業(yè)課程體系中的地位和作用，分析了密碼學課程的特點，并且根據(jù)自己的教學體會，對密碼學課程的教學理念和教學方法進行了凝練和總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】密碼學 教學理念 教學方法 信息安全

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2012）12-0024-02

隨著計算機網(wǎng)絡的廣泛應用，信息已成為社會發(fā)展的重要戰(zhàn)略資源。信息安全在信息社會中已經(jīng)體現(xiàn)其重要作用，它會直接關(guān)系到國家安全、企業(yè)經(jīng)營、人們的日常生活，因此信息安全這一學科也被確立并得以迅速發(fā)展。信息安全是集計算機、通信、數(shù)學、電子等眾多領(lǐng)域的一門綜合、交叉的學科，信息安全可分為系統(tǒng)安全（包括操作系統(tǒng)的安全、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的安全等）、數(shù)據(jù)安全（包括數(shù)據(jù)的安全存儲、安全傳輸）和內(nèi)容安全（包括病毒的防護、不良內(nèi)容的過濾等）三個層次，而密碼技術(shù)是保障數(shù)據(jù)安全的重要的關(guān)鍵技術(shù)。

一、密碼學課程在信息安全本科專業(yè)課程體系中的地位及作用

為應對社會對信息安全人才的大量及不斷增加的需求，教育部繼2001年批準在武漢大學開設信息安全本科專業(yè)之后，又批準了多所高等院校設立信息安全本科專業(yè)。密碼學是高校信息安全本科專業(yè)學生的一門專業(yè)基礎課，為學生學習后續(xù)課程——網(wǎng)絡安全協(xié)議與標準、信息系統(tǒng)安全技術(shù)及應用等課程奠定了基礎。沒有密碼技術(shù)，數(shù)據(jù)的安全存儲和安全傳輸就得不到保障，從而信息安全也就無從實現(xiàn)。因此密碼學課程是信息安全本科專業(yè)中非常重要的專業(yè)必修課。

二、密碼學課程的特點

密碼學這門課和其他工科專業(yè)基礎課相比，具有學科跨度大，難度大，理論性和應用性強的三個特點。

1.學科跨度大

2.難度大

3.理論性和應用性強

三、密碼學課程教學理念

1.面向信息安全專業(yè)本科生的密碼學課程教學

現(xiàn)今許多高校中數(shù)學、計算機、通信等相關(guān)專業(yè)的高年級本科生和碩士生的選修課或必修課都開設了密碼學這門課程，這些相關(guān)專業(yè)的高年級本科生和碩士生在某一個專業(yè)或兩個專業(yè)已經(jīng)具備一定的基礎知識，因此學習密碼學課程，和信息安全專業(yè)本科學生相比來說，困難程度就會降低一些。面對信息安全專業(yè)本科生的這一教學對象，密碼學課程的教學應該具體怎么去組織和開展，這必然和相關(guān)專業(yè)的高年級本科生和碩士生的密碼學課程的教學是不一樣的。信息安全專業(yè)本科生和其他相關(guān)專業(yè)本科生一樣，在大一學年要學習大學英語、線性代數(shù)、高等數(shù)學等基礎課程，到了大二下學期或大三上學期會接觸到信息安全學科的專業(yè)基礎課，這些專業(yè)基礎課中包括密碼學，因為密碼學具有前面所述的三大特點，信息安全專業(yè)本科生會感覺到學習密碼學課程的困難性，而且隨著課程內(nèi)容的逐步深入，他們的畏難情緒會越來越重，所以應根據(jù)信息安全專業(yè)本科生的特點，進行課程教學。

2.注重培養(yǎng)學生正確的密碼學思維方式

密碼學課程的思想內(nèi)涵豐富，并不是各種密碼算法的簡單堆砌，所以在講授密碼學課程內(nèi)容時，不能為講授理論而講授理論，要在講理論的同時，把理論中體現(xiàn)的密碼學思想，給學生剖析清楚，這樣，學生在思考和解答密碼學問題時潛移默化地形成了正確的密碼學思維方式。

四、密碼學課程教學方法

1.注重通過例題演算理解密碼算法

將經(jīng)典算法或其重要步驟和例題演算結(jié)合起來，促進學生理解經(jīng)典算法。

講到公鑰密碼體制的經(jīng)典算法——RSA算法時，在向?qū)W生講授RSA算法的加解密原理后，和學生一起完成用RSA算法對消息的加解密過程的例題演算，目的是讓學生對此算法有一個感性的認識。

2.注重各章內(nèi)容的關(guān)聯(lián)，“由淺入深”展開教學

密碼學課程中的古典密碼，流密碼，分組密碼，公鑰密碼在知識層面上是由淺入深的，古典密碼、流密碼、分組密碼是存在著內(nèi)在的聯(lián)系的，公鑰密碼和前面三種密碼是完全不同的，從理解的難度上來看，公鑰密碼理解起來也比前三種密碼要困難。在教學實踐中，按照古典密碼，流密碼，分組密碼，公鑰密碼這四部分順序進行有助于學生的學習和理解。密鑰管理與密鑰分配、消息認證碼與雜湊函數(shù)、數(shù)字簽名與認證協(xié)議更體現(xiàn)密碼學的應用性，不管采用何種密碼體制，都離不開密鑰，密鑰管理與密鑰分配是密碼算法在實際應用中要解決的瓶頸問題，消息認證與數(shù)字簽名是密碼學認證應用的重要方法和技術(shù)手段，和分組密碼及公鑰密碼有密切的聯(lián)系。

3.注重課堂和課后與學生互動

密碼學課程以老師講授為主，注重與學生互動，特別是將重要的知識點和日常生活中學生經(jīng)常接觸到的信息安全問題結(jié)合起來，激發(fā)學生的學習興趣，由被動聽課變?yōu)橹鲃铀伎肌Ｕn后互動主要是閱讀學生的課程論文并給出意見，課程論文即學生根據(jù)密碼學課程中的一個或多個知識點出發(fā)，體現(xiàn)自己有關(guān)密碼學的觀點。

4.注重密碼算法的應用演示

講授密碼算法時，利用開源軟件和開源代碼向?qū)W生演示密碼算法的重要步驟，解釋每步的結(jié)果的由來，或演示一些密碼算法在后續(xù)過程中的應用。

5.注重經(jīng)典密碼算法關(guān)鍵步驟的編程實現(xiàn)

密碼學課程就是由一個個的密碼算法組成的，教師提供一些復雜的經(jīng)典密碼算法的開源代碼給學生，讓學生分析代碼，算法的關(guān)鍵步驟讓學生去完成，通過程序的編寫，幫助學生理解和分析經(jīng)典密碼算法，為今后密碼的應用實踐奠定基礎。

以上是筆者對信息安全本科專業(yè)密碼學課程的教學理念和教學方法的一些拙見，由于這門課程的特點，還有很多方面都需要改進和充實。比如由于實踐課時有限和前置課程的設置，密碼算法的工程應用（數(shù)字簽名、身份認證、數(shù)字通信、電子商務和電子現(xiàn)金交易的應用）目前在實踐教學中還較少涉及，若加入這部分內(nèi)容，不僅能糾正學生“密碼學是紙上談兵”的錯誤認識，而且能調(diào)動學生學習算法原理的主動性。

參考文獻：

[1]楊波.現(xiàn)代密碼學（第2版）[M].北京：清華大學出版社，2007

[2]桑永宣，桑建龍. \"密碼學\"課程教學中的幾點建議 [J]. 中國電力教育，2012，1：64-65.

[3]賈偉峰， 楊禮波. 密碼學的課程特點及教學方法探討 [J]. 華北水利水電學院學報 （ 社會科學版 ），2010，26（3）：169-170.