網(wǎng)絡(luò)安全類課程教學(xué)模式探索

鄒捷

摘 要 網(wǎng)絡(luò)安全教學(xué)具有理論知識專業(yè)性強(qiáng)、應(yīng)用內(nèi)容更新快、操作實(shí)踐難度大等特點(diǎn)，本文針對當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)安全的新趨勢和新特點(diǎn)，分別從理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)兩個方面，探索了網(wǎng)絡(luò)安全類課程的教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞 網(wǎng)絡(luò)安全 教學(xué)模式 任務(wù)化

中圖分類號：G424 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2019.04.053

Abstract The network security teaching has the characteristics of strong professional knowledge， fast application content update and high operational practice requirements. This paper explores the new trends and new features of current network security from the theoretical teaching and practical teaching， and proposes the implementation mode of network security teaching.

Keywords network security; teaching method; taskized

0 引言

隨著數(shù)字化時代的到來，網(wǎng)絡(luò)安全問題相比過去更加嚴(yán)重，影響更加廣泛。2018年，網(wǎng)絡(luò)安全威脅肆虐經(jīng)濟(jì)、軍事、科技等各個領(lǐng)域，從數(shù)字貨幣盜竊到勒索軟件橫行、從個人信息泄露到軍事機(jī)密曝光、從硬件漏洞爆發(fā)到新型拒絕服務(wù)攻擊成真，無不顯示出網(wǎng)絡(luò)安全已經(jīng)成為全社會的重大威脅。加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全教育，提升全民網(wǎng)絡(luò)安全意識，提高網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)防控技能，是應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)安全威脅的有效措施。然而與其他學(xué)科不同，網(wǎng)絡(luò)安全教學(xué)具有理論知識專業(yè)性強(qiáng)、應(yīng)用內(nèi)容更新快、操作實(shí)踐難度大等特點(diǎn)，僅僅按照常規(guī)的信息類課程施教，往往難以達(dá)到最佳效果。筆者根據(jù)多年網(wǎng)絡(luò)安全教學(xué)實(shí)踐，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)安全發(fā)展的趨勢，對如何更好地開展網(wǎng)絡(luò)安全教學(xué)進(jìn)行了探索。

1 網(wǎng)絡(luò)安全特點(diǎn)趨勢分析

互聯(lián)網(wǎng)從上世紀(jì)六十年代末誕生到今天，早已從當(dāng)初的軍事用途的實(shí)驗(yàn)性網(wǎng)絡(luò)，變成如今覆蓋全社會所有人群，包含無數(shù)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，運(yùn)行著海量數(shù)據(jù)的巨型網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展日新月異，使網(wǎng)絡(luò)安全的研究內(nèi)容、關(guān)注重點(diǎn)也在不斷發(fā)展變化。只有把握網(wǎng)絡(luò)安全的發(fā)展趨勢和特點(diǎn)規(guī)律，教學(xué)才有針對性。回顧2018年，網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域呈現(xiàn)出以下特點(diǎn)趨勢：

信息泄露問題日益嚴(yán)重。伴隨著現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)字化，信息集中度越來越高，重要信息特別是個人隱私信息泄露的風(fēng)險(xiǎn)越來越大。全球信息泄露事件已經(jīng)連續(xù)五年創(chuàng)歷史記錄，根據(jù)Gemalto發(fā)布的《數(shù)據(jù)泄露水平指數(shù)》，僅2018年上半年，全球就發(fā)生了945起較大型的數(shù)據(jù)泄露事件，共計(jì)導(dǎo)致45億條數(shù)據(jù)泄露，與2017年相比數(shù)量增加了133%。

網(wǎng)絡(luò)攻擊事件愈演愈烈。針對數(shù)字貨幣的黑客攻擊呈爆發(fā)態(tài)勢，1月，日本Coincheck交易平臺價(jià)值5.3億美元的加密貨幣NEM被黑客竊取，其后韓國最大虛擬貨幣交易平臺Bithumb、區(qū)塊鏈資產(chǎn)交易平臺幣安binance、日本數(shù)字貨幣交易所Zaif等均遭到黑客攻擊并遭到巨大損失。此外，去年爆發(fā)的勒索軟件也持續(xù)產(chǎn)生嚴(yán)重危害，3月，特朗普政府首次公布NotPetya勒索軟件對美國電力、核能、商業(yè)、航空、制造業(yè)等基礎(chǔ)設(shè)施的攻擊行為。網(wǎng)絡(luò)攻擊活動趨利化明顯，在暗網(wǎng)、數(shù)字貨幣的助力下，黑色產(chǎn)業(yè)鏈日益完善。

新攻擊手段不斷涌現(xiàn)。2018年3月2日，著名代碼托管網(wǎng)站GitHub遭到有史以來最大規(guī)模的DDos攻擊，峰值流量高達(dá)每秒1.35TB。本次攻擊不同于傳統(tǒng)的通過控制大量僵尸網(wǎng)絡(luò)實(shí)施的模式，而是利用了Memcached服務(wù)器的漏洞，通過非常少的計(jì)算資源發(fā)動超大規(guī)模的DDoS攻擊。這些不斷出現(xiàn)的新攻擊手段給互聯(lián)網(wǎng)帶來了極大的威脅。

硬件漏洞成為新的威脅。2018年1月，Google安全團(tuán)隊(duì)Project Zero公布了多個高危漏洞，稱其幾乎影響到了市面上所有的微處理器，包括Meltdown（熔毀）和Spectre（幽靈）等硬件漏洞。由于硬件漏洞影響廣泛，而且需要從操作系統(tǒng)內(nèi)核層面進(jìn)行修復(fù)，其威脅大于軟件漏洞，已經(jīng)引起了業(yè)內(nèi)高度關(guān)注。全國信息安全標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員專門組織相關(guān)廠商和安全專家，編制發(fā)布了《網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)踐指南——CPU熔斷和幽靈漏洞防范指引》，以應(yīng)對其可能的威脅。

2 網(wǎng)絡(luò)安全類課程理論教學(xué)創(chuàng)新

2.1 引入新鮮案例，增強(qiáng)基礎(chǔ)知識針對性

網(wǎng)絡(luò)安全是一門多學(xué)科交融的綜合性學(xué)科，它涉及電子學(xué)、計(jì)算機(jī)硬件、計(jì)算機(jī)軟件、密碼學(xué)、數(shù)學(xué)、信息論、社會學(xué)和法律等方面知識。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用更新速度極快，而教材中的很多案例往往更新較慢，與當(dāng)前的實(shí)際應(yīng)用有一定距離，影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。我們在教學(xué)中，注重引入最新的案例，以新鮮案例來講解基礎(chǔ)知識。比如，通過對2018年1月爆發(fā)的Intel、AMD、ARM等主流CPU存在的Meltdown和Spectre漏洞的原理講解，再和思科路由器的SYNful Knock后門程序的原理進(jìn)行比較，學(xué)生就能夠更好地理解漏洞和后門各自的形成原因，更容易理解二者的異同點(diǎn)。再比如，通過日本數(shù)字貨幣交易平臺Coincheck失竊案的講解，理解非對稱加密機(jī)制在多重?cái)?shù)字簽名中的重要作用。引入最新的案例，不僅能夠抓住學(xué)生的眼球，同時也能夠促進(jìn)他們積極思考，加深對基礎(chǔ)知識的理解。

2.2 聯(lián)系前沿技術(shù)，拓展知識和思維

大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合應(yīng)用，給網(wǎng)絡(luò)安全帶來了全新的挑戰(zhàn)，網(wǎng)絡(luò)安全教學(xué)不可能對它們視而不見。教學(xué)中，注重緊密聯(lián)系前沿技術(shù)，分析其對網(wǎng)絡(luò)安全帶來的挑戰(zhàn)。比如對于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，講解了其容易遭到弱口令和遠(yuǎn)程漏洞攻擊的原理，進(jìn)一步分析了當(dāng)前高達(dá)70億臺的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備所面臨的安全威脅。再比如，對于通過人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)視頻“換臉”的Deep Fake技術(shù)，先介紹其如何通過訓(xùn)練達(dá)到模擬人臉的原理，再分析這種技術(shù)實(shí)用化后可能帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 網(wǎng)絡(luò)安全制度法規(guī)貫穿始終

網(wǎng)絡(luò)安全教學(xué)中，網(wǎng)絡(luò)安全相關(guān)法規(guī)制度的學(xué)習(xí)非常重要。因此理論教學(xué)的全程都貫穿相關(guān)法規(guī)的學(xué)習(xí)和理解。如在網(wǎng)絡(luò)安全概述中貫穿《中華人民共和國網(wǎng)絡(luò)安全法》、《網(wǎng)絡(luò)安全等級保護(hù)條例》的學(xué)習(xí)和理解，在網(wǎng)絡(luò)攻防技術(shù)教學(xué)中，貫穿《計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)國際聯(lián)網(wǎng)保密管理規(guī)定》、《互聯(lián)網(wǎng)個人信息安全保護(hù)指引》等法規(guī)的學(xué)習(xí)。在網(wǎng)絡(luò)安全體系教學(xué)中，貫穿《中華人民共和國計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)安全保護(hù)條例》、《計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)國際聯(lián)網(wǎng)安全保護(hù)管理辦法》等法規(guī)的學(xué)習(xí)。通過教學(xué)，加深對于相關(guān)法規(guī)制定的背景、必要性的理解。

3 網(wǎng)絡(luò)安全類課程實(shí)踐教學(xué)創(chuàng)新

3.1 基于虛擬機(jī)的網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)訓(xùn)平臺

網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)驗(yàn)具有一定的危險(xiǎn)性，各種計(jì)算機(jī)病毒、木馬或者存在風(fēng)險(xiǎn)的程序就是訓(xùn)練的主要內(nèi)容。一旦操作不慎，可能給試驗(yàn)環(huán)境甚至周邊網(wǎng)絡(luò)帶來風(fēng)險(xiǎn)。另外實(shí)驗(yàn)也有一定的破壞性，相關(guān)的很多練習(xí)，如模擬網(wǎng)絡(luò)攻擊可能對目標(biāo)計(jì)算機(jī)造成不可逆的破壞。基于這些原因，我們自主研發(fā)了基于虛擬機(jī)的網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)訓(xùn)平臺，系統(tǒng)整體采用B/S架構(gòu)搭建，形成一個基于網(wǎng)絡(luò)的模擬訓(xùn)練平臺，在服務(wù)器中提供病毒樣本下載、病毒相關(guān)信息、病毒解決方案等內(nèi)容，供客戶端的瀏覽器訪問。在終端計(jì)算機(jī)上，利用虛擬機(jī)搭建模擬環(huán)境以及必要的工具和診斷軟件，模擬環(huán)境內(nèi)部通過瀏覽器訪問中心服務(wù)器，下載最新的數(shù)據(jù)，釋放后進(jìn)行相關(guān)的實(shí)踐操作（圖1）。

平臺具有以下的特點(diǎn)：一是獨(dú)立性，由于實(shí)踐環(huán)境與真實(shí)環(huán)境完全隔離，實(shí)踐中的任何操作都不會影響到外部環(huán)境。二是仿真性，虛擬機(jī)中可以安裝任何操作系統(tǒng)，因此可以模擬任何需要的操作環(huán)境。三是易配置性，采用Virtual PC的差分盤模式，可以快速恢復(fù)到初始狀態(tài)，便于實(shí)際的教學(xué)組織。

3.2 “任務(wù)化”實(shí)訓(xùn)內(nèi)容

網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)踐訓(xùn)練種類多，對應(yīng)的訓(xùn)練場景、訓(xùn)練內(nèi)容、考核題目等具有相對獨(dú)立性。我們根據(jù)教學(xué)目的將訓(xùn)練內(nèi)容劃分為一些獨(dú)立的任務(wù)，每個任務(wù)都包括了背景知識、案例、所需素材、考核知識點(diǎn)等內(nèi)容，任務(wù)之間互不依賴。

將實(shí)訓(xùn)內(nèi)容“任務(wù)化”，具有以下優(yōu)點(diǎn)：一是實(shí)訓(xùn)教學(xué)組織更加靈活。由于各任務(wù)之間相對獨(dú)立，因此可以在分組教學(xué)中靈活安排，并行實(shí)施，教學(xué)效率大大提高。二是實(shí)訓(xùn)教學(xué)針對性更強(qiáng)。可以根據(jù)教學(xué)對象特點(diǎn)，靈活組合、取舍實(shí)訓(xùn)任務(wù)，使實(shí)訓(xùn)更加具有針對性。三是對前沿技術(shù)反應(yīng)更加靈敏。過去的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容之間關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，往往“牽一發(fā)而動全身”，導(dǎo)致實(shí)訓(xùn)內(nèi)容定型后難于擴(kuò)充。而任務(wù)化的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容獨(dú)立性強(qiáng)、耦合度低，便于及時將前沿技術(shù)、新內(nèi)容納入實(shí)訓(xùn)。

3.3 以“體驗(yàn)”為核心的實(shí)訓(xùn)模式

常規(guī)的能力訓(xùn)練中，普遍存在“一聽就懂，上手就忘”的眼高手低現(xiàn)象。而單純的由教師帶領(lǐng)，“一步一動”模式也可能導(dǎo)致練習(xí)完成后，卻不知道為什么要這么做，當(dāng)然也就沒有形成真正的能力。因此，我們在實(shí)訓(xùn)中突出“體驗(yàn)”環(huán)節(jié)，并不急于讓學(xué)生必須按照規(guī)定步驟完成操作，而是提供給學(xué)生仿真的、可以自由“試錯”的環(huán)境。學(xué)生通過遇到問題、解決問題的過程，真正理解原理、掌握相關(guān)的操作。如在“通過漏洞入侵系統(tǒng)的防范”實(shí)訓(xùn)中，先帶領(lǐng)學(xué)生通過漏洞在無密碼的情況下直接入侵系統(tǒng)，讓學(xué)生在“震撼”、“震驚”之余對于黑客入侵的方法手段有了更直觀的認(rèn)識，對于隨后的防范操作就“恍然大悟”了。通過體驗(yàn)，學(xué)生不僅“知其然”，而且也“知其所以然”。

4 結(jié)語

針對網(wǎng)絡(luò)安全類課程的特點(diǎn)以及存在的問題，本文探索了在理論教學(xué)中密切聯(lián)系前沿技術(shù)、活用最新案例、突出法規(guī)制度等教學(xué)方法。在實(shí)踐教學(xué)中，結(jié)合自主研發(fā)的平臺，將實(shí)踐內(nèi)容任務(wù)化，按照以體驗(yàn)為核心的模式展開實(shí)訓(xùn)。實(shí)踐表明，學(xué)生對于課程的興趣普遍提高，特別是在能力生成方面有顯著的提高。

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