大數據安全課程體系的探索與實踐*

喬少杰，韓楠*，李斌勇，熊熙

(1.成都信息工程大學網絡空間安全學院，四川成都，610225；2.成都信息工程大學管理學院，四川成都，610103)

大數據安全課程體系的探索與實踐*

喬少杰1，韓楠2*，李斌勇1，熊熙1

(1.成都信息工程大學網絡空間安全學院，四川成都，610225；2.成都信息工程大學管理學院，四川成都，610103)

針對大數據安全人才短缺的現狀，結合大數據安全人才培養目標，闡述了大數據安全課程開設的必要性。圍繞大數據安全課程設置需求，在剖析課程特征的基礎上，從大數據的安全防護、安全測評和等級保護角度，給出了大數據安全課程體系設置方案。在分析課程體系的基礎上，從多方面探索了大數據安全的授課策略。

大數據；信息安全；人才培養；課程體系

引言

隨著新一代信息技術的迅猛發展，以諸如移動互聯網、物聯網、車聯網為典型代表的新型互聯應用網絡正在眾多行業中廣泛興起。與此同時，這些新型互聯網絡所產生的數據量正呈現出前所未有的指數級爆炸增長態勢[1]。

數據的爆炸式膨脹與通信存儲，使數據安全問題面臨更大的挑戰，也將如何解決大數據的安全風險問題提上了史無前例的高度。尤其是病毒入侵、信息竊取、信息泄漏、數據篡改等網絡攻擊行為，其不僅關系到社會公共安全和國家機密，同時也必然牽涉到用戶的隱私和敏感信息[2]。如何應對日益增多的網絡攻擊、病毒破壞和黑客人侵等問題，近年來逐步成為全球各行各界廣泛關注的焦點。與此同時，大數據環境下的網絡安全將直接影響到社會的經濟效益，諸如如何有效防控水災、火災、地震、電磁輻射等自然方面的客觀風險，就必然涉及大數據安全的安全分析。

隨著數據在互聯網、物聯網、通信網的廣泛傳輸與存儲，大數據安全已逐漸成為網絡空間安全治理的核心內容之一[3]。同時，各行各業對利用大數據進行安全分析也更加關注，對人才的需求也更為迫切。目前我國的大數據安全人才面臨巨大缺口，提升大數據安全人才隊伍水平和綜合質量，必將成為未來我國大數據發展的工作重點。因此，如何培養面向未來社會需求的大數據安全人才，是當前高校普遍面臨的機遇和挑戰[4-5]。

目前我國的大數據安全人才培養尚處于起步探索階段，尤其是對于大數據安全課程體系的開，尚無成熟的經驗可供借鑒。作為高水平人才培養陣地的高校，如何按照大數據安全的社會需求來構建和設置大數據安全課程體系，已成為眾多高校人才培養亟需探索和解決的課題。

2 大數據安全課程開設必要性

2.1 大數據是國家信息安全核心戰略資源

近年來國內外重大安全事件層出不窮，尤其是以基礎數據為核心的大數據平臺，面臨著越來越頻繁的網絡攻擊與數據竊取威脅[6]。自互聯網興起以來，以美國為代表的西方國家便頻繁地對我國的政府機構和商業網絡發起攻擊。

隨著信息技術的廣泛應用和通信網絡的互聯互通，大數據已逐步成為我國重要的基礎性戰略信息資源。大數據資源是支撐我國引領新一輪科技創新的基石，同時也是提升國家競爭力的戰略手段。尤其是各行各業的一系列大數據平臺，不對具有大規模的數據量，而且數據關聯度高，這為數據資源的進一步挖掘與利用，以及提升數據資源的潛在價值，帶來了前所未有的機遇。同時也給如何提升戰略性數據資源的質量和應用水平，以及如何保障網絡空間數據資源的安全，提出了更為嚴峻的挑戰。

2.2 大數據安全人才嚴重不足

面對新形勢下愈加嚴峻的網絡安全攻擊威脅與數據竊取，大數據安全人才的巨大缺口，使我國在網絡空間領域處于十分嚴峻的被動態勢。據大數據研究機構測算，未來五年，我國大數據安全人才的社會需求將呈現激增態勢，初步估計市場需求將接近五十萬左右，然而目前從事大數據安全的人才尚不足五萬。從當前大數據人才和網絡安全人才不足的趨勢不難預測，未來同時掌握大數據技術和網絡安全技術的大數據安全人才將更加緊缺。

網絡安全歸根結底是數據的安全。從目前我國的大數據安全人才來看，大數據安全高尖端人才嚴重不足，大數據安全師資稀缺，大數據安全人才培養方案與社會需求嚴重脫節，以及大數據安全基礎設施建設滯后等問題尤為突出，大數據安全人才的培養已成為當前我國亟待解決的問題之一。

大數據安全人才已逐漸成為各國市場競相爭奪的人力資源，隨著大數據的廣泛應用，大數據安全人才的短缺愈發成為制約我國大數據發展與網絡安全發展的新瓶頸。

2.3 傳統的數據安全分析面臨挑戰

信息安全數據的數量、速度、種類的迅速膨脹，不僅帶來了海量多源異構數據的融合、存儲、調度和管理的問題，甚至顛覆了傳統的安全分析方法。當前絕大多數安全分析工具和方法都是針對小數據量設計的，在面對海量數據時卻捉襟見肘。尤其是新的攻擊手段層出不窮，具有安全檢測的數據越來越多，而現有的分析技術已不堪重負[7]。面對紛繁復雜的安全要素需求，如何才能更加迅捷地感知網絡安全態勢已成為當前面臨的難題。

傳統的分析方法大都采用基于規則和特征的分析引擎，其決定了必須構建有規則庫和特征庫才能工作，而規則和特征只能對已知的攻擊和威脅進行描述，無法識別未知的攻擊，或者是尚未被描述成規則的攻擊和威脅。面對未知攻擊和復雜攻擊如APT等，需要更有效的分析方法和技術。面對海量安全數據，傳統的集中化安全分析平臺也遭遇到了諸多瓶頸，主要表現在以下幾方面[8,9]：

（1）威脅數據源較小，導致系統判斷能力有限。

（2）對歷史數據的檢測能力很弱。

（3）安全事件的調查效率太低。

（4）安全系統相互獨立，無有效手段協同工作。

（5）分析的方法較少。

（6）對于趨勢性的事件預測較難，尤其早期預警的能力較差。

3 大數據安全課程體系分析

3.1 大數據安全課程體系特征

3.1.1 課程學習門檻高

隨著大數據的廣泛應用和國家對網絡安全的重視，國內個別高校與時俱進，開始嘗試開設大數據安全課程，然而開設情況卻并不理想。究其原因，關鍵在于大數據安全課程體系的學習要求與開設門檻均較普通課程高。其具體體現為如下兩方面：

（1）大數據是近年來才興起的新一代互聯網技術，與大數據相關的許多新技術新理論還尚未形成完善的知識體系與解決方案，倘若高校草率地開設大數據安全課程，注定最終只能收效甚微。

（2）大數據安全不僅要求學生應具備扎實的理論知識，還要求學生能靈活運用知識理論進行數據的處理、分析和建模，以達到解決大數據安全實際問題的目標。可見這與傳統的信息安全課程或傳統的計算機課程，具有本質的區別[10]。為此，如何為學生奠定良好的數學基礎和信息安全基礎，將是大數據課程面臨亟待解決的問題之一。

3.1.2 課程體系復雜

大數據安全是緊密融合大數據與信息安全的課程體系，其涉及計算機相關課程、統計學相關課程、人工智能相關課程、信息安全類相關課程、數學類相關課程等，且上述課程彼此之間融合度要求較高。根據大數據課程體系的要求，如何在大數據安全課程學習過程中綜合并靈活運用上述基礎課程和專業課程中涉及的知識理論，需要學生在學習新知識的同時不斷歸納總結以往的知識。

面對如此龐大而復雜的課程知識體系，不僅學生學習難度大，而且也給高校教師提出了較為嚴峻的挑戰。

3.1.3 綜合實踐性強

大數據安全對學生的動手能力要求也很高，不僅要求學生具有熟練的編程能力，同時還要求學生通過對安全數據的深度分析、預測、建模，為發現潛在的大數據安全風險提供測評與預警。根據所解決問題重要程度的不同，大數據安全問題通常要求學生綜合利用數據分析知識、信息安全知識和數學知識，來對大數據環境進行反復論證或修正才能提供正確可靠的解決方案和途徑。

綜上所示，大數據安全類課程，需要學生在不斷的學習理論知識的同時，具備將其運用于實際問題，以充分提升實踐技術水平。同時，學生的大數據安全創新能力培養，還要求學生具備新技術探索的潛質和理論聯系實際解決問題的能力。

3.2 大數據安全課程體系設置

針對大數據安全課程的特性，以大數據分析和信息安全為課程主線，結合統計學、人工智能、安全分析等相關理論課程，從而構成較為完備的大數據安全課程體系。

鑒于大數據安全課程體系涉及范圍較廣，本文主要從大數據的安全角度來探索其課程體系內容。結合作者所在學院以網絡安全為核心的教學實際，為此將大數據課程體系歸納為大數據的安全防護、安全測評和等級保護三類課程體系。

3.2.1 大數據安全防護課程體系

大數據安全防護課程是培養學生解決信息安全防御保護問題的重要途徑，其涉及大數據網絡環境安全的防護技術、大數據主機環境安全防護技術、大數據應用環境安全防護技術，上述三類是保障大數據安全服務的關鍵手段。

為有效地對大數據安全環境進行評估，需要利用信息安全的逆向分析和滲透測試技術，并結合威脅識別技術和脆弱性識別技術來對大數據的網絡環境、主機環境、應用環境進行綜合分析，從而識別復雜大數據環境下的安全風險。

該課程體系涉及網絡滲透攻擊課程、逆向工程分析課程、信息安全加解密課程、網絡協議課程、操作系統等。圖1展示了大數據安全防護課程體系關系圖，構建該課程體系有利于培養學生的大數據安全防護能力。

圖1 大數據安全防護課程體系

3.2.2 大數據安全測評課程體系

在復雜多變的大數據環境下，為了培養學生對各類安全資源的綜合測試和評估的能力，大數據安全測評課程開設便顯得尤為重要。

如圖2所示，大數據安全測評課程體系需要從數據的存儲、數據傳輸的加解密、數據資源的訪問控制、安全域身份認證、數據虛擬化和數據審計等角度來開設相應的課程。結合上述指標來傳授相應的大數據安全測評技術，才能形成較為完備的數據安全測評課程體系。

對于該環節的課程體系，應著重從大數據資產價值評估、業務應用評估、安全需求評測、安全威脅評估等方面來向學生傳授相關知識，以保障學生的大數據安全測評能力得到提升。

圖2 大數據安全測評課程體系

3.2.3 大數據等級保護課程體系

確立等級保護是針對不同安全級別的大數據資源進行保護的重要手段。不同的大數據資源或不同的大數據環境，其所采取的保護級別和手段便不同[10]。為此，高校應著重培養學生的等級保護劃分能力和不同數據安全等級的保護技術。

該課程體系環節要求學生先將大數據按照安全保密程度進行分類和分級，針對不同保密級別的數據，采用不同的大數據備份策略。同時按照國家信息安全等級保護標準，采用相應的保護技術與策略，形成基于分級的大數據等級保護體系，其課程體系如圖3所示。該課程環節要求學生利用信息安全、網絡工程等理論知識來解決大數據安全防御保護的實際問題，屬于實踐性要求相對較高的課程環節。

圖3 大數據等級保護課程體系

4 大數據安全授課策略探索

4.1 以強化大數據安全思維為導向

隨著大數據時代的到來，其計算模式已從以“流程”核心逐漸演變為“數據”核心，并且分布式計算框架也已逐步演變為以“數據”為核心的范式。因此，大數據安全課程應著重以培養學生的數據思維為目標，有針對性地讓學生從數據處理與分析的算法角度去思考和解決問題。

大數據安全思維的培養與強化，是一個系統性、長期性的培養過程[11]。其要求高校不僅要重點培養學生的數據處理能力，更要培養學生的數據分析與挖掘能力；不僅要培養學生的數據庫管理能力，更要培養學生利用數據資源去創造數據價值的能力。

4.2 以提升大數據安全分析為核心

大數據一旦脫離安全防護，便猶如無舵之船。在強化大數據思維基礎上，故應將提升學生的大數據安全分析能力作為授課的重點，著力培養學生的大數據安全意識和解決大數據安全的能力。

大數據安全分析的直接目的是提升大數據信息的安全防護能力。故在課程講授過程中，除講授相關理論知識外，還應結合實際案例進行演示。同時，在理論講授和實踐演示完成后，可預留足夠多的時間供學生進行實際操作，以增強學生的實踐動手能力。并且鼓勵學生在課后利用大數據分析建模、安全測評等技術手段來提出相應的安全方案，以達到解決大數據安全實際問題的目的。

4.3 以密切結合社會需求為目標

大數據課程開設的目的不是為其它課程奠基礎，而是利用其它基礎課程為解決大數據的處理、分析、挖掘、安全防護提供理論技術支撐，其課程培養目標將直接面向社會生產生活的實際應用。由此可見，大數據安全課程體系雖然涉及到大量的理論知識，但歸根結底應隸屬于偏實踐類課程。

為此，授課過程中應以提高學生就業競爭力為核心，以社會需求為導向，并著重強調用人單位的招聘要求，以便使學生更有目的性和針對性地進行學習，保障課程體系所傳授的理論技術與社會需求密切結合。

5 結束語

大數據安全人才的數量、質量是影響我國大數據發展和網絡空間安全問題的重要因素。大數據安全人才的短缺問題日益突出，其難以在短期內得到有效地解決，使得培養大數據安全人才成為刻不容緩的事，尤其是在高校開設大數據安全課程必將成為未來趨勢。

大數據安全課程體系的開設，目前國內高校均還處于起步探索的階段。站在新的起點上，高校應義不容辭地承擔大數據人才培養的重任，積極探索適應國家戰略需要和社會需求的大數據安全課程培養體系。

[1]楊良斌,周新麗,劉思涵,等.大數據背景下網絡空間安全人才培養機制與模式研究[J].情報雜志,2016,35(12):81-87.

[2]Mahajan P,Gaba G,Chauhan N S.Big Data Security.IITM Journal of Management and IT[J],2016,7(1):89-94.

[3]Lafuente G.The big data security challenge[J].Network Security,2015,2015(1):12-14.

[4]徐越.大數據時代的信息安全教育研究[D].南京郵電大學,2016.

[5]惠志斌,唐濤.中國網絡空間安全發展報告(2015)[M].社會科學文獻出版社,2015.

[6]楊喆.“互聯網+”和大數據背景下高校大學生網絡安全教育研究[J].河北企業,2017,(4):186-187.

[7]李馨.高等教育大數據分析:機遇與挑戰[J].開放教育研究,2016,22(4):50-56.

[8]Daniel B.Big data and analytics in higher education:Opportunities and challenges[J].British Journal of Educational Technology,2015,46(5):904-920.

[9]Demchenko Y,Gruengard E,Klous S.Instructional model for building effective Big Data curricula for online and campus education[C]//In:Proceedings of 2014 IEEE 6th International Conference on Cloud Computing Technology and Science.Washington:IEEE,2014:935-941.

[10]卜浩然.云環境下教育大數據安全策略研究[D].首都師范大學,2014.

[11]馬海群,蒲攀.大數據視閾下我國數據人才培養的思考[J].數字圖書館論壇,2016,(1):2-9.

Exploration and Practice of Big Data Security Curriculum

QIAO Shaojie1, HAN Nan2*, LI Binyong1, XIONG Xi1
(1.School of CyberSecurity,Chengdu University of Information Technology,Sichuan Chengdu,610225,China; 2.School of Management,Chengdu University of Information Technology,Sichuan Chengdu,610103,China)

Due to the shortage of talented persons on big data security,and taking into consideration the goal of training talented persons on big data security,this study described the importance of offering big data security courses.Based on the requirement of setting up big data security courses and analyzing the characteristics of this curriculum,the big data security curriculum was introduced from the aspects of security protection,security evaluation and level protection of big data.By analyzing the curriculum,the strategies of teaching big data security course were explored in many ways.

big data; information security; personnel training;curriculum

TP393

A

1672-9129(2017)04-0001-04

喬少杰,韓楠,李斌勇,等.大數據安全課程體系的探索與實踐[J].數碼設計,2017,6(4):1-4.

Cite：QIAO Shaojie,HAN Nan,LI Binyong,et al.Exploration and Practice of Big Data Security Curriculum[J].Peak Data Science,2017,6(4):1-4.

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.04.001

2016-11-25；

2017-01-13。

國家自然科學基金(61100045，61363037)；教育部人文社會科學研究規劃基金(15YJAZH058)；教育部人文社會科學研究青年基金(14YJCZH046)；成都市軟科學項目(2015-RK00-00059-ZF)；四川省教育廳資助科研項目(14ZB0458)。

喬少杰，博士后，教授，成都信息工程大學網絡空間安全學院。E-mail:hannan@cuit.edu.cn