數字取證課程中虛擬仿真技術的應用研究

【關鍵詞】虛擬仿真技術；數字取證；實驗教學

引言

近年來，數字技術得到了高速發展，智能設備中承載了各種數字信息，給公安機關的警務執法活動以及數字取證工作帶來了極大壓力。據中國裁判文書網檢索結果顯示，截至目前涉網違法犯罪案件已經接近100萬件，而且發案數量在逐年上升，這體現了我國警察在警務執法活動中對數字取證技術與手段的迫切需求；從另一方面，公安教育中對數字取證技術課程的要求也越來越高，其必要性與不可取代性愈發明顯。數字取證課程實踐性強，實戰化要求高，在實驗實訓教學中引入虛擬仿真技術可取得明顯效果。

一、虛擬仿真技術應用于數字取證課程實驗教學的必要性

警務取證活動由于其特殊性決定了不能供大批警務人員現場實踐，而其又具有較強的實操性，需要相關警務人員具有專業的技能和豐富的經驗。然而，公安院校在傳統的數字取證課程教學中，授課教師只能通過書本照本宣科或進行假設性模擬，搭建案件場景還原度不高的模擬場景，利用電子設備和電子證物的實物進行演示，并安排學生進行實驗。由于假設性場景單一性與低質性所限，傳統的實景實物教學方式并不能滿足數字取證在實際案件中的實際技術要求。目前數字取證技術在現實應用中還存在很多制約其訓練與發展的因素，致使其訓練的效果不夠顯著，且無法達到預期的訓練目的。

虛擬仿真技術能夠很好地彌補傳統取證課程中的不足。虛擬仿真技術是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統[1]。它利用計算機三維建模和渲染方法，采用多源信息融合生成一種三維動態的模擬環境，用戶可以在該環境中以特定角色進行“實景”漫游并與虛擬世界中的人和物進行交互，提供視覺、聽覺等全方位的感官模擬，從而讓用戶產生沉浸式的臨場體驗。將虛擬仿真技術引入數字取證實驗教學中，可以利用實驗環境和裝置的可虛擬性與可仿真性，通過計算機系統高度還原不同的現實案件現場，按照現實數字取證實驗場景中的不同內容進行仿真，學生只需要一臺計算機即可動手操作，學習相關知識，完成現場和物證的電子數據勘驗的訓練任務，一定程度上減少了對實驗空間和硬件的要求，也能讓學生可以隨時、隨地進行相關知識的學習。另外，虛擬仿真實驗場景和設備，一定程度上免除了真實場景搭建和設備購買以及后期維護的費用，更有利于取證技術的標準化構建與相關技術的及時更新，同時虛擬實驗也能一定程度上提高學生的參與性與增加其學習樂趣[2]。

二、虛擬仿真實驗訓練系統實現過程

（一）數據收集

可靠的數據來源決定了優秀的訓練效果，足夠的數據量能夠保障系統的靈活性。因此，前期的數據收集非常重要。一般來說，數據收集涉及文獻、案例和專家論證等三個方面。教材著作等文獻中的經典案例、各部門頒布的法律法規中的相關條款，直接決定了系統設計的相關案件場景以及模擬取證時的標準流程與涉及的相關技術。現實案例方面主要是收集目前記錄在案的相關案件案例，根據發生頻次從高到低依次排序整理，復核相關流程，整合提取指導性操作規范，歸納總結所涉的技術手段。最后還要邀請相關技術專家，對所涉場景進行技術論證，給出技術方案指導。經過以上三個方面的操作，收集的數據才能夠達到系統需求，為下一步工作提供保障。

（二）制作虛擬仿真場景

涉網違法犯罪案件的現場具有特殊性，虛擬仿真場景除了涵蓋傳統現場勘查功能外，還需要在現場中設計對各類電子設備處理的功能模塊。具體實施過程中，首先根據相關資料，設計模擬出不同案件場景的平面圖，列出不同場景下的勘查取證流程與不同角色的原畫；其次，利用三維軟件制作建筑模型、繪制貼圖、設置燈光角度、制作場景中所需的設備，比如U盤、硬盤，攝像機等；再次，制作場景中的人物模型，結合場景設計對話流程，以及其與設備的交互內容；最后，對場景中的模型、引導流程進行導出前的設置及優化，為后期學生在系統中進行訓練和考核提供依據[3]。

（三）設計系統架構

系統以數字取證場景、流程及其相關技術為核心，用3D虛擬可視化的方式對場景和流程以及相關設備進行虛擬仿真，提升數字取證課程的教學效果[4]。

系統整體框架如圖1所示。

（四）虛擬現實的交互功能設計

以上架構根據虛擬仿真訓練系統的功能特性，為不同場景設置不同流程與設備[5]。按照架構的設計思路，虛擬仿真系統分為管理控制、模塊化結構、數字取證仿真訓練平臺以及考核與分析模塊等四部分。各部分的實現依托軟硬件，學生在虛擬仿真環境下即可使用系統功能開展實訓演練[6]。

管理控制部分是數字取證虛擬仿真教學系統的核心模塊，是整個系統的大腦，這部分的設計目的是保證系統能夠使用虛擬仿真技術構建實驗場景，并能夠完成各個功能模塊，設計能夠與用戶溝通的交互界面，以及整合前期收集的各類案例數據資源，定期更新系統功能。

模塊化結構包括訓練教學模塊和信息采集模塊。信息采集模塊負責感知參與訓練學生對系統的輸入操作，并根據具體要求進行反饋，這些要求可能來源于學生的動作、行為等。訓練教學模塊設計不同場景，學生可以根據學習需要，進行基本的初級訓練、個別的設備取證訓練和復雜的電子設備勘查訓練。

數字取證仿真訓練平臺是虛擬仿真系統的具體應用，對數字取證課程中涉及的實驗教學內容進行仿真，主要有行為仿真、設備仿真和場景仿真。以管理控制部分和模塊化結構為基礎，按照實驗要求，完成行為、設備和場景間實時交互，使訓練學生體驗到身臨其境的感覺。

考核與分析模塊對參與虛擬仿真平臺訓練學生的考核結果進行評估，并有針對性地作以調整。例如，參加訓練的學生如果對某一案例的場景操作不夠熟練，考核結果不夠理想，可以建議學生先對這部分內容進行加強學習訓練，甚至可以強制學生完成基礎訓練以后才給其開放復雜場景的數字取證實驗操作。

三、數字取證課程實驗教學中的交互式引導設計

（一）界面交互引導

界面交互提供人機交互的接口，是人和計算機之間的交流媒介。數字取證課程的實驗教學包含各類案例場景，每個場景的界面由不同的設備組成，而設備中將由不同任務進行構建[7]。

例如，對某個場景下的個人電腦進行取證，首先界面中要顯示個人電腦的位置，引導參與實驗的學生來到電腦面前并插入專用U盤。界面引導要遵循數字取證流程，接下來引導學生進行系統時間的提取，引導界面中顯示的時間核對，符合實際場景中的實驗步驟。最后的界面需要引導屏幕信息提取，包括運行錄像截圖、進行內存數據提取、系統信息提取、用戶信息提取以及有密碼保護的數據提取等。在界面引導過程中，每一步都需要相應的操作反饋，讓參加實驗操作的學生有更好的體驗感[8]。

（二）聲音交互引導

聲音是虛擬場景中的重要元素，它能夠使虛擬場景由純粹的視覺感受轉化為視聽相結合的感受，從而提升虛擬場景中的沉浸感[9]。在虛擬仿真系統中融入聲音交互引導，能夠使虛擬系統的真實感體驗更強。數字取證課程場景多，不同的虛擬場景搭配不同的對話情節，不同的環境音，這樣使學生在虛擬環境中進行交互時，能夠獲得更真實的體驗。在案發現場，通過虛擬角色與學生的聲音交互，引導學生進行下一步實驗操作，真實感更強。

四、虛擬仿真系統在數字取證課程實驗教學中的應用

為驗證系統性能，數字取證課程教學團隊在虛擬仿真實驗系統中開展教學改革，從教學內容、教學過程等方面進行評估，應用效果明顯。

（一）針對性的訓練內容

如前所述，系統設計的考核模塊能夠反映學生的能力水平和學習效果，個體差異要求教學中因材施教，虛擬仿真系統的模塊化設計能夠針對不同學生設置個性化學習內容。例如，初學者可以對數字設備單一的場景進行仿真取證訓練，每次熟悉了解一項取證設備的具體操作以及流程即可，再逐步加大訓練難度，從單一設備到多設備取證，從單一場景到多場景聯動取證，每一級設置考察機制，逐步解鎖復雜場景。如果某些知識點難度較大，也可以設置門檻，要求學生增加訓練次數，達到閾值才可以滿足要求。

另外，數字取證技術的發展也要求對學生訓練內容有所調整并提高重視程度。例如，有些場景中涉及個人電腦電子數據凍結任務，學生要對個人電腦中的硬盤計算電子數據的完整性校驗值，鎖定網絡應用賬號，制作《協助凍結電子數據通知書》通知相關協助單位，并采取保護。另外，在個人電腦內存數據提取任務中，需要參訓人員提取打開且未保存的文檔，查詢最近的聊天記錄，保存相關用戶名及密碼及剪切板信息。而在相同的案例場景中，每個學生的操作目標也有所不同，教師可以在數字取證虛擬仿真系統中設置不同科目，然后下發給不同身份的學生，參與實驗訓練的學生在虛擬環境中按照分配的身份完成自己的任務，例如有實施計算機設備取證的身份、有實施移動設備取證的身份，大家根據分工協同完成取證工作，由此學生掌握了知識點，也提高了學生的團隊協作能力。

（二）實戰化的訓練過程

使用虛擬仿真系統開展數字取證實驗訓練，最重要的原因就是滿足公安類課程實戰化要求。交互式的虛擬仿真系統使數字取證課程中的實驗教學部分更具實戰化，團隊實驗和單機實驗都能夠開展。在實驗過程中，學生可以選擇一個身份，完成某個設備的取證工作。由于不同場景的要求不同，學生可以變換身份，體驗針對各類不同案例下的取證技術和實施規范。例如，學生選擇對嫌疑人個人電腦中用戶信息提取的案例，系統的管理控制部分首先根據案情簡介由訓練教學模塊生成高度仿真的虛擬場景，學生通過界面交互引導和聲音引導進入現場，根據實驗要求，選擇合適的取證工具，提取聊天軟件中的聊天記錄、瀏覽器中瀏覽的網頁，查詢郵件客戶端中的郵件，通過注冊表了解U盤訪問記錄，打開資源管理器查看最近打開的文件、回收站文件，運行eventvwr.msc查看用戶日志文件等訓練。在實施操作的過程中，學生能夠隨時查看考核分數，了解訓練效果，明白自己存在的問題，發現不足并開展有針對性地訓練。系統案例素材豐富，實驗過程場景真實，有助于提高學生的數字取證能力。

（三）實時性的分析評估

借助虛擬仿真系統中針對性的訓練內容和實戰化的訓練過程，數字取證課程的實驗效果得到明顯提高。系統設計的日志和分析評估模塊可以進一步對訓練實施效果進行實時性分析。日志能夠記錄參與操作學生的行為過程，除了生成學生評價成績，其中所包含的每個場景的操作時間和操作過程中重復次數、錯誤原因等，還為授課教師提供了評估知識點難易程度的標準。系統的自動分析功能對場景、模塊、參訓人員等分門別類列出峰值和谷值，直觀且簡單明了地反饋學生學習和授課教師教授的側重點。

總結

數字取證課程中的實驗操作涉及的案例多樣且更新變化快，將虛擬仿真技術應用于數字取證課程的實驗實訓教學，收集案例數據后按照教學要求制作虛擬仿真場景，在虛擬現實交互的輔助下，使學生在現實案件的虛擬場景中進行實戰模擬演練，可以增強學生的數字取證能力和涉網案件現場勘查能力。