密碼學課程教學方法的探究

馬秀文

【摘要】本文以天津工業大學計算機科學與軟件學院開設的《計算機密碼學》課程的教學現狀為出發點，研究了課程目前存在的不足。結合對其他高校相關課程的調研情況，對教學方法和考核方式進行了探究，嘗試調整教學內容并加入新的方法以改善教學效果。

【關鍵詞】密碼學 教學方法 多樣化

【中圖分類號】G424 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）37-0218-02

在當今的信息化、網絡化的時代，信息安全和日常生活的聯系越來越緊密，人們的感受也越來越深。2013年的 “棱鏡門”事件使人們進一步地體會到信息安全正在遭受很現實的威脅。而2014年由習近平同志任組長的黨中央網絡安全與信息化領導小組的成立更是明確地把信息安全提高到了國家的戰略高度。隨著網絡空間安全一級學科的獲批，一批院校成立網絡空間安全學院并獲得博士學位授予權，更多的院校也開設了安全方向，作為安全基礎課的密碼學課程也得到了更大的重視。

一、密碼學課程的特點

每一門課程都具有自己的特點，這些特點在一定程度上影響著課程內容的選擇和教師的教學方法的變化。密碼學也不例外，因為它具有鮮明的特點：它是一門交叉性很強的課程，包含很多研究分支，且各分支研究基礎、方法或思路等有較大的差別；理論性和邏輯性很強，或許入門不難，但是要學好這門課，需要具有很好的數學、計算機等相關基礎知識；密碼學的交叉性也使得在理論研究之外需要學生具有較好的動手實踐能力才能更好地學好這門課程。

二、我院密碼學課程現狀

天津工業大學計算機科學與軟件學院早就開設有《計算機密碼學》課程，只不過一直是學院任選課，30學時。學時不多，且一直沒有設置實驗學時。使用的參考書是谷利澤等編著的《現代密碼學教程》（第二版）一書。因為是中文教材，內容編寫得比較容易理解，結構也比較清晰。目前的主要問題是：學生整體上對任選課的重視程度不夠，混學分思想嚴重，保證出勤的學生，聽課情況也不好；教師在較早的幾次課講一些基礎知識，包括一些小故事，較能吸引學生的注意力，但是當開始接觸較專業的理論，如分組密碼的設計等，感覺學生會明顯變的注意力不再集中，尤其是后面講到公鑰密碼學部分，因為涉及到部分數論、代數知識的應用，比較抽象枯燥，而這一部分內容又難以避開，導致學生畏難而不再聽課。

三、對部分院校密碼學課程設置情況的調查小結以及啟發

為了為密碼學課程改革明確方向和方法，對部分院校做了調研，小結如下：

（1）武警工程大學電子技術系聯合其信息安全保密重點實驗室，根據實際需求提煉出分級指標，以此對網絡空間安全相關課程進行整理優化，將相關課程建設為課程群，其中“計算機密碼學”為基礎課，并結合“現代公鑰密碼”、“密碼分析學”、“密碼學實踐”等課程，在扎實學生的基礎知識的同時，切實提高學生的實驗實踐能力。

（2）濟南大學在信息科學與工程學院下設的網絡工程系將安全作為一個方向，其開設的有關安全的課程有限，但設有專業必修課“應用密碼學”，是專業主干課程之一，共64學時，其中理論學時48，實驗學時16。另外還配備課程設計40學時。其教學內容主要特色為：突出部分國產密碼算1法的講解和分析，基于一些開源軟件進行交叉實驗降低課程對實驗平臺的要求。

（3）南京航空航天大學在計算機學院設有信息安全專業，也設置有密碼學課程，共48學時，全部為理論學時，沒有安排實驗課程。但另外安排了課程設計和編程實踐。其中的編程實踐計算成績并計入最終考評成績，占比為30%。

（4）中央財經大學的信息學院下設有信息安全系。系里設置的現代密碼學課程是專業主干課，共54學時，包括18學時的實驗課。

通過對上述部分院校密碼學課程大綱的了解，密碼學課程的內容設置大體相同，基本上包括：密碼學概述、密碼學基礎知識、古典密碼學、分組密碼、序列密碼、公鑰密碼、Hasn函數、數字簽名和密碼安全協議，只是課時設置等細節上有所不同。但是安全類課程的整體設置存在較大差別。

除了課程內容，各教師的教學方法、考核方式等具體教學細節也各有特色。具體地有：在教學中創設情鏡加深學生的參與度，并將反饋結果納入評價體系；尋找校外合作，將課堂講授和實際應用結合，或與競賽、本科畢設等結合，明確學習方向，幫助學生有的放矢，且提高創新的積極性；嘗試小班式教學；引導使用MOOK＼MOOE（massive open online course/experiment，大規模在線開放課程/實驗）和SPOC （small private online course，小型個人在線課程）等等。

通過調查，密碼學這門課程的內容設置不是難點，大部分問題集中在如何引導或吸引學生到學習中來。考慮到我院和調研中的高校從生源等條件上對比有一定差距，所以這些高校的整體課程設置、教學手段和思路等方面可能并不都適用于我院的情況，但是仍然為課程的改革提供了很好的參考。

四、密碼學課程的具體改革

一門課程的修訂涉及到方方面面的事情，而且具體的修訂還要得到系部和學院的支持。所以，這里先就改革思路做以下說明。

（1）設置實驗課

密碼學課程的特點以及現狀都促使課程組積極推進在課程中增加實驗學時。這不但可以提高學生的積極性，還可以使學生將課堂所學理論和實際應用聯系起來，進一步加深對理論的理解。另外，還可以進一步發揮專業優勢，鼓勵學生將專業所學，例如編程理論，應用到密碼學的實踐中來。目前，在學院領導和實驗室同事的支持下，學院已引入一套網絡信息安全教學實驗系統，已初步具備進行部分基礎性實驗的條件。經課程組討論，擬增加如下四個實驗：

實驗項目的設置及學時分配

值得說明的是，實驗內容將不局限于這些算法的簡單驗證實現，還包括具體算法中各模塊的細節演示和代碼研究，尤其是增加有結合密碼算法編程實現簡單的加密工具進行文件加密等動手能力的鍛煉。不過，整個實驗學時限定在8學時以內。當然，實驗的過程和結果要納入評價體系，作為期末總評成績的一部分。

（2）調整教學內容

由于課時的改變所牽涉的事情較多，所以目前對課程的修訂，暫時不改變課時。這樣在增加實驗課的同時，就要縮減課堂講解學時（當然，如果能夠增加總學時，例如增加到48學時，可能就不需要縮減而是增加學時）。縮減的內容主要是部分數學或信息論知識，例如復雜度理論等，以及后面具體算法的復雜計算或證明部分。

（3）撰寫講義，修訂大綱

根據以上對教學內容的調整，修訂教學大綱，增加實驗教學大綱，并撰寫更貼近實際教學情況的講義供學生參考。

五、結語

教學內容的設置和教學方法的選擇都應該是教師認真探討的內容。經過調研、討論和思考，本文對我院密碼學課程的改革提出了一些思路，希望有所助益。尋找更加實際的教學方案，或者學習嘗試與本科畢業設計結合起來，讓學生學有所用，是后續思考的具體問題。

參考文獻：

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