“雙碳”目標下“新型電力系統安全與密碼學”課程建設探析

摘 要 “雙碳”目標是我國應對環境危機提出的新方向。新型電力系統是電力行業作為碳排放重頭行業為推動能源轉型打造的支柱項目，其網絡安全的保障至關重要。“新型電力系統安全與密碼學”作為全校選修課程，其課程建設面臨著教學內容、模式、評價以及總結等多重挑戰。文章從“雙碳”目標出發，對課程建設工作進行了深入探析，目的是使學生經過課程學習后能深入理解“雙碳”理念，結合新型電力系統學習到密碼技術及其應用知識，為推動能源結構向綠色轉型以及電力信息安全系統建設等方面的人才儲備工作打下堅實的基礎。

關鍵詞 新型電力系統；密碼學；信息安全；課程建設

中圖分類號：G424 " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A " " DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.3.030

Exploration of the Course Construction of \"New Power System Security and Cryptography\" under the \"Dual Carbon\" Goal

WANG Liangliang1， WEN Bo2， ZHANG Kai1

（1.Department of Computer Science and Technology， Shanghai University of Electric Power， Shanghai 201306;

2. Publicity Department of Party Committee， Shanghai Jiao Tong University， Shanghai 200240）

Abstract The \"dual carbon\" goal is a new direction proposed by China to address environmental crises. The new power system is a pillar project created by the power industry as a major carbon emitting industry to promote energy transformation， and the guarantee of its network security is crucial. As an elective course for the whole school， the construction of the course \"New Power System Security and Cryptography\" faces multiple challenges such as teaching content， mode， evaluation， and summary. Starting from the \"dual carbon\" goal， the article conducts an in-depth analysis of the curriculum construction work， with the aim of enabling students to deeply understand the \"dual carbon\" concept after learning the course， and combining with the new power system to learn password technology and its application knowledge， laying a solid foundation for promoting the green transformation of energy structure and talent reserve work in the construction of power information security systems.

Keywords new power system; cryptography; information security; curricula construction

為了應對環境變化，提高綠色產業和經濟在全球的競爭力，我國在第75屆聯合國大會上正式提出了2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和的“雙碳”目標。新型電力系統作為新提出的能源供應體系，其以多能互補、多態融合、多元互動的特性推動了能源結構向清潔綠色轉型發展，為達成“雙碳”目標做出了巨大貢獻。隨著新型電力系統電氣化、智能化、數字化的深度融合，其網絡安全的需求日益高漲，已經成為系統不可分割的一部分。保障系統面臨的多重安全風險，離不開密碼學技術的有力支撐[1]。因此，在以“雙碳”為目標的新形勢下，新型電力系統安全與密碼學課程建設迫在眉睫。

新型電力系統中的密碼學技術在不斷迭代更新，這導致單純地教學基礎密碼學理論與算法已經無法滿足學生的學習需求，新領域下的密碼技術應用課程應當包含更加先進的密碼技術[2]。著眼于培養電力信息安全人才的目標，我們需要同時注重教學基礎信息安全知識和理論在實際應用中的實踐工作，培養擁有理論與應用雙重能力的人才[3]。本文從開展“新型電力系統安全與密碼學”課程建設的必要性開始梳理，針對課程建設面對的挑戰給出了建設路徑，為新一代保障電力信息安全人才的培養提供了一定的借鑒。

1" “雙碳”目標下“新型電力系統安全與密碼學”課程建設的必要性

電力作為我國碳排放占比最大的單一行業，其減排效果對實現“雙碳”目標至關重要。新型電力系統承載了實現“雙碳”發展理念，具有清潔低碳、靈活高效、智能友好等優勢，是實現“雙碳”目標的核心組成部分[4]。2022年10月，國家能源局組織在其編制的《能源碳達峰碳中和標準化提升行動計劃》中提出了六大重點任務，其中一大重點任務就是加強新型電力系統標準體系建設。從單一電力系統到綜合能源系統，新型電力系統形成了多領域綜合能源網絡，不同業務的分布式終端對電網基于分區隔離的安全防護帶來了沖擊，用戶敏感數據的完整性、保密性、可用性風險進一步加大，數字化的新系統在與電力系統的融合應用中也帶來了新的風險。在這種情況下，新型電力系統的建設對于安全人才的需求量不斷提高。為了適應新的能源局勢，特別是新型電力系統建設時面臨著大量的網絡安全風險，就必須開展新型電力系統安全與密碼學課程建設，探討“雙碳”背景下密碼學相關技術在新型電力系統中的實際應用，為電力行業安全建設工作打下堅實的理論和實踐基礎。

2" “新型電力系統安全與密碼學”課程建設面臨的挑戰

如今，密碼技術等相關的信息安全研究工作在新型電力系統中已得到廣泛應用，新型電力系統安全與密碼學課程建設也刻不容緩。該課程的教學是以密碼學的基本概念以及相關密碼學算法為基礎，結合多方安全計算、差分隱私和聯邦學習等最新研究，探討在“雙碳”目標下，契合新型電力系統安全建設要求的應用型密碼系統。然而，實現密碼技術與新型電力系統的融合教學還存在一些挑戰。

2.1" 課程教學內容廣且學生基礎不一

“新型電力系統安全與密碼學”作為全校選修課程，與對本專業學生的教學不同，教師應考慮到各個專業不同的理論基礎，課程教學的重點以及時間安排都需要進行調整。如何讓所有選擇該門課程的學生都能學會課程所涉及的知識點和對應的技能，對于課程建設是一個巨大的挑戰。

2.2" 課程教學模式缺乏數字化和實踐環節

傳統的密碼學課程重視理論技術，采用單純的課堂模式進行教學，實踐很少，導致學生的應用實踐能力較差。“新型電力系統安全與密碼學”這門課程是以新型電力系統為背景講述密碼技術在其領域的應用，比較重視應用的部分。而且，單一的課堂教學模式與學生的互動性較差，會對學生的學習和應用能力產生一定的影響。

2.3" 課程教學評價方法不足

之前相關的課程評價具有一定的參考價值，但仍然局限于從試卷到分數再到評價的框架中。本課程中包含的內容之多和面向的學生之廣使得傳統的課程質量評估方案已經不能滿足課程評估的要求。因此，需要設計出更加具有針對性的課程評價系統，以便真實地反映學生的學習情況和教學質量。

2.4" 課程建設成果總結不能有效利用

新課程的建設工作一直非常困難，因為之前很多優秀的課程建設成果沒有得到很好的保存和利用。教師通過對優秀課程建設工作的學習，可汲取到在建設新型課程初期容易忽視的相關問題以及解決方法。只有意識到問題的存在，才會有意識地建立一套解決方案，并以此為基礎進一步改進教學的方式方法。

綜上所述，我們需要重新思考如何站在原有教學模式的基礎上，改進和增添相關的新方法，大幅度提升教學質量。

3" “雙碳”目標下“新型電力系統安全與密碼學”課程建設路徑

3.1" 課程建設內容及其時間規劃

“新型電力系統安全與密碼學”課程作為全校選修課程，總共6周，16個學時。綜合考慮學生的接受能力和專業基礎以及需要教學的大量內容，采用“四階段”的設計策略進行教學。具體來說，第一階段用時一周，將結合當前世界能源局勢以及各國的政策舉措引入我國的“雙碳”理念，進而轉入電力行業近年來推出的新型電力系統；第二階段用時兩周，將介紹密碼學中的基本概念以及所需要的數學基礎，為接下來分析新型電力系統中包含的具體技術做鋪墊。在第三階段，將用三周的時間講述在新型電力系統中常用的密碼學技術，并在微機中實際操作相關密碼學算法，提高學生應用基礎密碼學技術的實踐能力。在課程的最后一階段，將結合多方安全計算、差分隱私等新型密碼學知識，與學生探討新型電力系統建設要求的信息安全技術，進一步提高學生對相關行業的興趣。

3.2" 數字化的實踐教學

“新型電力系統安全與密碼學”課程的建設借助成熟的云平臺，創建智能化、數據化、網絡化和交互化的學習環境，構建實踐課堂和線上教育為一體的教學模式。具體來說，第一階段，分組討論當前世界的能源局勢，分析國家提出“雙碳”理念的必要性；第二、三階段，在云平臺提供教學視頻及基礎知識，并具體實踐某一密碼學技術，提高學生對學習密碼學知識的興趣以及實踐能力；在第四階段結束時，要求學生撰寫一篇以“雙碳”理念以及新型電力系統為大方向的論文，激發學生從事相關行業的興趣。

3.3" 系統性的課程評價

課程評價方式不僅關系到學生的最終成績，公平系統化的評價方式也促進了學生的全面的發展，使其不只在意表面的分數。我們采用“卷面+實踐+拓展”三方面的成績，分別以50%、30%和20%賦分。具體來說，卷面成績指的是期末考試的成績，考查學生對基礎密碼技術知識的掌握程度；實踐分值表現在分散在每堂課的算法技術實踐題；拓展成績則通過第四階段撰寫的小論文進行評估。

3.4" 階梯式的課程總結

課程建設工作總結是至關重要的，本文提出以階梯式的方式總結課程成果，分為“基礎―實踐―創新”三個階梯，層次化評判教學質量以及課程建設工作的完備性。采用教師講述感受、學生評價以及教師觀摩評價等方式進行評估。通過這種方式，綜合性提高總結成果的完備性，也大幅度提升教師進行新課程建設的積極性，提高課程教學質量。

4" “雙碳”目標下“新型電力系統安全與密碼學”課程特色

基于“雙碳”目標融合新型電力系統背景，面對“雙碳”目標新形勢，圍繞新型電力系統的網絡安全課程少之又少。本課程圍繞新型電力系統發展中涉及的密碼技術知識，在基礎密碼學理論基礎上添加新型密碼技術、數字化實踐等知識點，強化學生保障信息安全的能力，為電力信息安全等行業的創新型人才培養奠定基礎。

4.1" 數字化實踐課程建設

為了激發學生的實踐興趣與學習熱情，“新型電力系統安全與密碼學”課程實現了多種教學資源的靈活共享和動態學習資源推送的能力。適應了學生對相關知識需求變化的趨勢，以高質量的技術和合理的教學理念推動創新型人才培養，從而支撐我國綠色能源轉型的大方向。

4.2" 優化課程評價方式

本課程吸納了原有的先進教學經驗，設計了“卷面+實踐+拓展”三重評價方案，立體式地評價學生對這門課程的學習情況。每個層次的評價可以具體地反映出學生的基礎、應用以及創新能力，多方位地了解學生對本課程的學習情況。

4.3" 完善課程建設成果總結

“新型電力系統安全與密碼學”課程建設階梯式地總結了課程在建設的過程中存在的不足以及可以被吸納的經驗。通過對這部分內容的詳細描述以及撰寫為課程建設論文，可以提高新一輪課程建設工作的深度，也提高了教師進行課程建設的積極性。

5" 總結

“新型電力系統安全與密碼學”課程是為了加快推動落實“雙碳”目標，構建以新能源為主體的面向新型電力系統的全校選修課程。課程主要介紹密碼學中的基本概念以及相關密碼學算法，結合多方安全計算、差分隱私和聯邦學習等技術，探討“雙碳”目標下契合新型電力系統建設要求的信息安全技術。本文分別提出了課程建設內容及其時間規劃、數字化的實踐教學、系統性的課程評價和階梯式的課程總結四個課程建設方案，實現了智慧化理論與實踐的教學模式，提升學生實踐和分析密碼系統的能力，為電力信息安全系統建設方面的人才儲備工作打下堅實的理論和實踐基礎。

*通訊作者：雯博

基金項目：上海電力大學研究生課程思政建設項目（YKJ-2022006）。

參考文獻

[1] 孫珂，楊麗坡，李江濤.構建新型電力系統 統籌低碳安全保供[N].國家電網報，2021-12-14（005）.

[2] 謝林江，毛正雄，羅震宇.數字化轉型中新型電力系統典型信息安全威脅及對策分析[J].新型工業化，2022，12（3）：191-193.

[3] 周松，許兆美，高榮.產教融合型課程建設探索——以機械設計課程為例[J].中國設備工程，2022（14）：259-261.

[4] 舒印彪，趙勇，趙良，等.“雙碳”目標下我國能源電力低碳轉型路徑[J].中國電機工程學報，2023，43（5）：1-9.