針對(duì)計(jì)算機(jī)類專業(yè)本科學(xué)生的密碼學(xué)課程教學(xué)探索

來齊齊 段紅娟

摘 ?要：針對(duì)密碼學(xué)課程在計(jì)算機(jī)類學(xué)生教學(xué)過程中所暴露出的問題，通過深入分析密碼學(xué)的本質(zhì)特征，并全方面結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，提出了更加系統(tǒng)化的實(shí)踐教學(xué)模式。陜西師范大學(xué)密碼學(xué)課程教學(xué)中所取得的效果和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于其他院校的密碼學(xué)課程的建設(shè)也具備一定的借鑒和參考意義。

關(guān)鍵詞：密碼學(xué) ?計(jì)算機(jī)類本科生學(xué)習(xí) ?課程教學(xué) ?教學(xué)實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G642.4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1672-3791（2019）06（a）-0155-02

Abstract： According to the cryptography course for undergraduate students with computer major in School of Computer Science， Shaanxi Normal University， we present a series of practical teaching plans based on the students' existing knowledge background. It could be applied for the cryptography-like courses at other Universities in the future.

Key Words： Cryptography course; Study of undergraduate students with computer majors; Course practice; Teaching and learning study

5G移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代到來，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展提供了新的快速增長(zhǎng)點(diǎn)。與此同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)量已經(jīng)出現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。這其中隱藏著眾多的信息安全問題，例如個(gè)人隱私信息的不經(jīng)意交叉泄露、部分移動(dòng)應(yīng)用程序?qū)τ脩粜畔⒌倪^度采集等。在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)深入到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)角落的當(dāng)今時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)空間信息安全也已經(jīng)上升為我們國(guó)家的核心安全戰(zhàn)略之一。如何在大學(xué)本科階段有效地推廣普及網(wǎng)絡(luò)空間信息安全教育是當(dāng)下所面臨的一個(gè)亟待解決的問題。眾所周知，密碼學(xué)技術(shù)是信息安全技術(shù)的核心。因此，推廣網(wǎng)絡(luò)空間安全戰(zhàn)略的關(guān)鍵在于對(duì)本科生密碼學(xué)相關(guān)課程教育的關(guān)注和探索。

陜西師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院已經(jīng)為計(jì)算機(jī)類本科學(xué)生開設(shè)了現(xiàn)代密碼學(xué)相關(guān)的專業(yè)選修課。雖然密碼學(xué)與計(jì)算機(jī)學(xué)科有很大的關(guān)聯(lián)性，但是密碼學(xué)本質(zhì)上是一個(gè)綜合學(xué)科，涉及到通信、數(shù)學(xué)等多個(gè)學(xué)科的深層次內(nèi)容。因此，如何針對(duì)計(jì)算機(jī)類專業(yè)本科學(xué)生群體知識(shí)結(jié)構(gòu)的特殊性，進(jìn)行密碼學(xué)課程教學(xué)已經(jīng)成為密碼學(xué)相關(guān)學(xué)科教師亟待解決的問題。

1 ?密碼學(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

1.1 密碼學(xué)的課程特點(diǎn)

設(shè)立現(xiàn)代密碼學(xué)課程的目的，不僅是讓學(xué)生了解網(wǎng)絡(luò)空間信息安全相關(guān)的核心概念，還要培養(yǎng)學(xué)生的保障網(wǎng)絡(luò)空間信息安全的專項(xiàng)技能，并且盡可能地帶動(dòng)學(xué)生從事復(fù)雜、抽象問題分析的能力[1，2]。而密碼學(xué)是一個(gè)相對(duì)新興且發(fā)展節(jié)奏較快的學(xué)科，其知識(shí)點(diǎn)較為豐富、理論化很強(qiáng)。與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)類課程強(qiáng)調(diào)以軟硬件應(yīng)用設(shè)計(jì)為主的思路相差較大。通過該課程的學(xué)習(xí)，不僅能夠加強(qiáng)計(jì)算機(jī)類專業(yè)本科生的邏輯思維和理論分析的能力，而且能夠鍛煉學(xué)生將理論和應(yīng)用相結(jié)合的科研工作能力，為學(xué)生在研究生階段的學(xué)習(xí)奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)，提高學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)能力。

1.2 計(jì)算機(jī)類本科學(xué)生的特點(diǎn)

計(jì)算機(jī)類學(xué)生的特點(diǎn)是：動(dòng)手能力相對(duì)較強(qiáng)，但理論性基礎(chǔ)稍微薄弱。具體而言，經(jīng)過本科階段的基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)和編程能力訓(xùn)練，計(jì)算機(jī)類專業(yè)本科生已經(jīng)能夠勝任小規(guī)模應(yīng)用型的項(xiàng)目開發(fā)工作要求。此類學(xué)生在畢業(yè)后大部分都能找到專業(yè)相關(guān)的工作機(jī)會(huì)。所以，學(xué)生容易失去對(duì)更深層次理論課程學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)力。

通過傳統(tǒng)的課堂教學(xué)手段，例如教師的個(gè)人講述和理論推導(dǎo)，已無法滿足密碼學(xué)課程理論化、系統(tǒng)化的教學(xué)目標(biāo)要求。因此，如何有效調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)際應(yīng)用問題出發(fā)，逐步發(fā)掘問題表象背后的深層次理論原因，并最終利用理論工具反饋到應(yīng)用問題的解決上，是密碼學(xué)相關(guān)課程教師所直接面臨的挑戰(zhàn)。

1.3 計(jì)算機(jī)類本科學(xué)生的興趣

大部分計(jì)算機(jī)類專業(yè)本科生的興趣集中在多種不同類型編程語言的學(xué)習(xí)和應(yīng)用上。在密碼學(xué)課程教學(xué)過程中，需要發(fā)揮學(xué)生的善于編程的學(xué)習(xí)自主性，讓學(xué)生嘗試用不同的編程語言實(shí)現(xiàn)同一個(gè)密碼系統(tǒng)。并進(jìn)一步對(duì)比不同實(shí)現(xiàn)方式之間的效率差異。從實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā)，感受對(duì)密碼學(xué)課程學(xué)習(xí)的價(jià)值和意義，并逐步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。具體而言，讓學(xué)生深入分析密碼系統(tǒng)的構(gòu)造特點(diǎn)和所用編程語言的特色，幫助學(xué)生從模型融合構(gòu)建的角度理解密碼系統(tǒng)運(yùn)作的基本原理。進(jìn)一步，引導(dǎo)學(xué)生從基礎(chǔ)理論上學(xué)習(xí)密碼系統(tǒng)中所進(jìn)行基本運(yùn)算的數(shù)學(xué)特性，進(jìn)而嘗試使用更加有效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)整個(gè)密碼系統(tǒng)。在該實(shí)現(xiàn)分析的過程中，逐步提高學(xué)生的理論知識(shí)積累和分析的能力。

整體而言，可以通過某一具體科研項(xiàng)目的為切入點(diǎn)，幫助學(xué)生將基礎(chǔ)理論和前沿問題相結(jié)合，認(rèn)識(shí)到所研究問題的重要性，并深入學(xué)習(xí)所必須用到的理論知識(shí)，最終將其應(yīng)用于解決相應(yīng)的現(xiàn)實(shí)問題。以此，既加深了學(xué)生對(duì)密碼學(xué)理論的理解，又增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，從而改善教學(xué)的效果[3，4]。

1.4 密碼學(xué)理論與實(shí)踐結(jié)合