吉首大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 羅高寧 李必云

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高校網(wǎng)絡(luò)攻防實驗室建設(shè)探索

吉首大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 羅高寧 李必云

【摘要】根據(jù)學(xué)院專業(yè)教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整，以教育部信息安全類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會發(fā)布的網(wǎng)絡(luò)攻防相關(guān)指導(dǎo)進(jìn)行實驗平臺的建設(shè)，對主干課程實驗室的改造和建設(shè)進(jìn)行探索。從網(wǎng)絡(luò)安全人才培養(yǎng)的內(nèi)外環(huán)境分析了網(wǎng)絡(luò)攻防實驗室建設(shè)的必要性，提出了其建設(shè)目標(biāo)和建設(shè)原則，并從實驗平臺和實驗體系等方面對實驗室建設(shè)進(jìn)行了初步規(guī)劃。

【關(guān)鍵詞】高校；網(wǎng)絡(luò)；攻防；實驗室

1 引言

網(wǎng)絡(luò)是20世紀(jì)后半葉對人類社會貢獻(xiàn)最大，影響最為深遠(yuǎn)的發(fā)明之一，網(wǎng)絡(luò)的影響超過了過去任何時代的信息傳遞手段[1]。隨著互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的快速發(fā)展，計算機(jī)信息和網(wǎng)絡(luò)通信的安全問題也變得越來越嚴(yán)重，網(wǎng)絡(luò)安全問題對網(wǎng)絡(luò)的正常發(fā)展產(chǎn)生了巨大的負(fù)面作用。在網(wǎng)絡(luò)安全方面,網(wǎng)絡(luò)入侵、網(wǎng)絡(luò)掃描等網(wǎng)絡(luò)攻擊已經(jīng)由最初的個人行為演變成有組織的集團(tuán)性犯罪行為,并且對全球網(wǎng)路經(jīng)濟(jì)破壞嚴(yán)重,逐漸成為國際互聯(lián)網(wǎng)商業(yè)化的最大障礙。病毒肆虐、惡意網(wǎng)站設(shè)置陷阱，黑客惡意攻擊，嚴(yán)重危及我們正常工作。據(jù)美聯(lián)社報道，中國國新辦主任蔡名照2013年11月在一次國際會議上說，2013年1月至8月，超過2萬中國網(wǎng)站遭到黑客攻擊，800多萬服務(wù)器受到境外的僵尸和木馬程序控制，僅僅是中國，網(wǎng)絡(luò)攻擊經(jīng)濟(jì)每年損失達(dá)數(shù)百億美元。

吉首大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院根據(jù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和應(yīng)用需求的發(fā)展，結(jié)合教育部《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高校實踐育人工作的若干意見》和《吉首大學(xué)中長期改革發(fā)展規(guī)劃綱要》相關(guān)要求,把培養(yǎng)信息系統(tǒng)與信息安全技術(shù)的人才作為網(wǎng)絡(luò)工程系的主要方向之一。目前該方向課程主要開設(shè)有信息論與編碼、密碼學(xué)、防火墻技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)攻擊與防御技術(shù)等主干課程。網(wǎng)絡(luò)攻擊與防御技術(shù)是當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)教學(xué)過程的重要組成部分，通過課程的學(xué)習(xí)，使同學(xué)了解本專業(yè)實際的知識，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際及初步的獨立工作能力，為今后從事信息安全相關(guān)工作打下基礎(chǔ)。我院現(xiàn)有的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗室，并不能滿足網(wǎng)絡(luò)攻擊與防御技術(shù)課程的教學(xué)要求，如何結(jié)合當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)安全科學(xué)研究成果,進(jìn)行實驗室的改造和重建是當(dāng)前本專業(yè)建設(shè)中需要解決的重點問題之一。

2 網(wǎng)絡(luò)攻防實驗室建設(shè)的必要性

2.1 人才培養(yǎng)和專業(yè)建設(shè)的需要

在我國，高校是培養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)安全人才的培養(yǎng)的核心力量，網(wǎng)絡(luò)攻擊與防御技術(shù)課程是我院網(wǎng)絡(luò)工程系及相關(guān)專業(yè)的核心課程和主干課程。網(wǎng)絡(luò)攻擊與防護(hù)是網(wǎng)絡(luò)安全的核心內(nèi)容，也是國內(nèi)外各個高校信息安全相關(guān)專業(yè)的重點教學(xué)內(nèi)容。網(wǎng)絡(luò)攻擊與防御是一對相互制約和相互發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)，是網(wǎng)絡(luò)與信息安全中應(yīng)用性、實踐性、工程性、綜合性最強(qiáng)的一部分核心內(nèi)容，對實驗環(huán)境要求甚高。一個能夠提供全面的網(wǎng)絡(luò)攻擊與防御實戰(zhàn)演練的實驗室可以加深學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)攻防技術(shù)的理解，通過網(wǎng)絡(luò)攻擊的演練提高網(wǎng)絡(luò)防御技術(shù)的靈活運用,有助于學(xué)校在網(wǎng)絡(luò)與信息安全領(lǐng)域教學(xué)和科研水平的較快提升，為學(xué)校信息安全人才培養(yǎng)體系注入新的活力。為學(xué)生搭建系統(tǒng)科學(xué)的實踐操作演練平臺，使學(xué)生在校學(xué)習(xí)期間能夠?qū)W習(xí)當(dāng)前最前沿的網(wǎng)絡(luò)與信息安全技術(shù)、獲取在以后工作崗位中所需的實際工作技能，為學(xué)生提供開放、開源的網(wǎng)絡(luò)與信息安全學(xué)習(xí)和創(chuàng)新平臺，學(xué)生可利用充分利用該平臺的資源進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和自主設(shè)計，有助于培養(yǎng)信息安全專業(yè)領(lǐng)域的創(chuàng)新型人才。因此，為全面提高學(xué)生的信息安全意識和網(wǎng)絡(luò)攻防實踐能力，學(xué)校建立專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)攻防實驗室是十分必要的。

2.2 網(wǎng)絡(luò)與信息安全人才匱乏

在各領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)非法入侵和信息泄露方面，在性質(zhì)和規(guī)模上都已經(jīng)達(dá)到了極為嚴(yán)重的程度。為減少和防止該類犯罪所帶來的隱患，目前社會對信息安全服務(wù)的需求很大，但人才培訓(xùn)與培養(yǎng)的相對滯后，使得網(wǎng)絡(luò)與信息安全方面人才匱乏，從而制約了我國信息安全產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，也嚴(yán)重影響了我國這一行業(yè)的國際競爭力。世界范圍內(nèi)，安全人才成為了稀缺資源，2014年8月在拉斯維加斯舉行的黑帽大會成了包括美國國防部、國土安全部、國家航空航天局在內(nèi)，多個美國聯(lián)邦政府機(jī)構(gòu)派“獵頭”參會，大肆招募安全人才。

在教育部的宏觀指導(dǎo)下，我國已在相關(guān)高等院校設(shè)置了網(wǎng)絡(luò)與信息安全?？啤⒈究频讲┦康娜瞬排囵B(yǎng)體系，信息安全學(xué)科建設(shè)正在迅速發(fā)展之中。但與發(fā)達(dá)國家相比，我國在科研人員數(shù)量、研究生培養(yǎng)規(guī)模、學(xué)科建設(shè)等方面存有較大差距。目前我國信息化人才教育的現(xiàn)狀遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足信息化進(jìn)程對人才的迫切需求。“網(wǎng)絡(luò)安全人才匱乏到一個相當(dāng)嚴(yán)重的地步，人才的培育至少滯后于社會需求5到10年。”,人才供需矛盾顯著。中國銀行、中國移動、華為等國內(nèi)大中型企業(yè)都開出高薪來招聘網(wǎng)絡(luò)和信息安全技術(shù)人才，全球領(lǐng)先的獨立第三方支付平臺支付寶更是開出百萬年薪來招聘高層次信息安全人才。

3 網(wǎng)絡(luò)攻防實驗室建設(shè)目標(biāo)

通過網(wǎng)絡(luò)安全實驗室的建設(shè)以及培訓(xùn)，達(dá)到以下目標(biāo)：

3.1 提高網(wǎng)絡(luò)工程系及相關(guān)專業(yè)學(xué)生的實際動手能力

網(wǎng)絡(luò)攻防實驗室提供目前主流的安全設(shè)備，如防火墻、入侵檢測系統(tǒng)、安全掃描系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)防病毒系統(tǒng)、數(shù)字認(rèn)證系統(tǒng)等，實驗內(nèi)容結(jié)合當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)以及國內(nèi)外市場的典型應(yīng)用，通過模擬真實環(huán)境進(jìn)行系統(tǒng)的攻防實踐操作，具體了解各種攻擊防范手段，熟練使用各種攻防工具，提高反黑客技術(shù)與實戰(zhàn)能力[2]。

3.2 培養(yǎng)不同層次的網(wǎng)絡(luò)與信息安全人才

網(wǎng)絡(luò)攻防實驗室在建設(shè)中，實驗內(nèi)容需充分考慮到學(xué)生的專業(yè)背景以及今后的發(fā)展方向，結(jié)合人才需求從幾個不同方面進(jìn)行人才培養(yǎng),。網(wǎng)絡(luò)攻擊實驗室在網(wǎng)管人員、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)支持人員、網(wǎng)絡(luò)安全研發(fā)人員等層次上進(jìn)行相應(yīng)的實驗內(nèi)容設(shè)計，培養(yǎng)出不同類型不同層次的網(wǎng)絡(luò)安全實用性人才。

3.3 作為培訓(xùn)基地服務(wù)于社會

網(wǎng)絡(luò)攻防實驗室可以為在校師生提供網(wǎng)絡(luò)攻防的學(xué)習(xí)和科研平臺，也可以為社會提供網(wǎng)絡(luò)安全培訓(xùn)環(huán)境。通過高校豐富的教學(xué)資源，有針對性實驗內(nèi)容訓(xùn)練，實現(xiàn)信息學(xué)院服務(wù)地方服務(wù)社會的功能[3]，讓參加培訓(xùn)的學(xué)員在職場上給自己找到一個最準(zhǔn)確的定位，實現(xiàn)培養(yǎng)實用性人才的目標(biāo)。

3.4 網(wǎng)絡(luò)攻防實驗室建設(shè)原則

在對國際國內(nèi)眾多高校相關(guān)實驗室廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合信息安全發(fā)展的現(xiàn)狀與展望，配合網(wǎng)絡(luò)工程系教學(xué)、科研的目標(biāo)，網(wǎng)絡(luò)攻擊與防御實驗室建設(shè)和實驗設(shè)計中遵守如下原則：

3.4.1 實驗與教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合

實驗平臺的搭建和所有實驗的設(shè)計緊緊圍繞網(wǎng)絡(luò)攻擊與防御技術(shù)課程教學(xué)體系，實驗教學(xué)內(nèi)容也是課程教學(xué)不可分割的組成部分。實驗室的網(wǎng)絡(luò)攻防實驗操作應(yīng)有利于使學(xué)生掌握網(wǎng)絡(luò)攻防技術(shù)的基本原理和方法，有利于掌握網(wǎng)絡(luò)防范體系的相關(guān)內(nèi)容，使之具備對各種常見網(wǎng)絡(luò)攻擊進(jìn)行基本防御的能力，有利于鞏固理論知識體系，使實驗和教學(xué)內(nèi)容和理論有機(jī)結(jié)合起來。

3.4.2 實驗與實踐相結(jié)合

有實踐經(jīng)驗的求職者往往受到用人單位的青睞，不少應(yīng)屆畢業(yè)生,由于在校實踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練不足,缺乏實踐經(jīng)驗和能力,在就業(yè)過程中常常處于不利的地位。實驗的設(shè)計不僅僅局限于加強(qiáng)學(xué)生對課本知識的理解，而更強(qiáng)調(diào)緊密結(jié)合當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)的實際環(huán)境，使學(xué)生通過實驗切實地體驗將課本知識轉(zhuǎn)化為實踐過程中的各種困難與思考，在尋求解決實際問題的過程中加深對理論的理解[4]。

3.4.3 實驗室建設(shè)與師生科研相結(jié)合

實驗室的建設(shè)目標(biāo)除了服務(wù)于教學(xué)外，還包括為教師和學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)與信息安全方面提供科研和創(chuàng)新平臺。教師和學(xué)生可以在系統(tǒng)的實驗平臺下進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)安全的技術(shù)研究，驗證修正自己的研究內(nèi)容，從而推出更有創(chuàng)新性的研究成果。

5 網(wǎng)絡(luò)攻防實驗室規(guī)劃

5.1 實驗平臺劃分

網(wǎng)絡(luò)攻防實驗室根據(jù)教育部信息安全類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會發(fā)布的“信息安全專業(yè)指導(dǎo)性規(guī)范”中網(wǎng)絡(luò)攻防相關(guān)指導(dǎo)進(jìn)行實驗平臺的建設(shè)，實驗內(nèi)容注重邏輯性，依托于一線教師們多年的教學(xué)和科研積累，建立完整的網(wǎng)絡(luò)攻防實驗體系。建設(shè)框架的軟硬件系統(tǒng)、實驗體系及內(nèi)容均采用模塊化模式，從而構(gòu)建滿足專業(yè)自身學(xué)科建設(shè)及人才培養(yǎng)模式的網(wǎng)絡(luò)攻防實驗室?；诰W(wǎng)絡(luò)攻防課程體系、課程特點以及人才實際技能要求，將實驗平臺劃分為網(wǎng)絡(luò)攻防基礎(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)攻防實戰(zhàn)和網(wǎng)絡(luò)防護(hù)實訓(xùn)三大部分，由淺入深、由攻到防的開展網(wǎng)絡(luò)攻防實操，加深學(xué)生對各種網(wǎng)絡(luò)攻擊與防護(hù)知識的理解掌握，并培養(yǎng)其綜合應(yīng)用能力。

5.2 實驗室網(wǎng)絡(luò)安全環(huán)境

網(wǎng)絡(luò)攻防實驗室平臺的支撐技術(shù)涉及到從基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)、攻防關(guān)鍵技術(shù)、監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)、重要應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)以及信息安全服務(wù)技術(shù)等所有信息安全保障體系的支撐技術(shù)。利用這些技術(shù)，了解主流安全設(shè)備應(yīng)用及特點，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的不同以及安全要求級別的不同，搭建安全網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，部署安全防御策略，進(jìn)行相應(yīng)的安全防御構(gòu)建，平臺上集成若干個信息安全實驗系統(tǒng)。該平臺的構(gòu)建技術(shù)體現(xiàn)縱深綜合防護(hù)機(jī)制，形成一個多層次的、多維的大型信息安全系統(tǒng)，是一個學(xué)習(xí)、實驗、實踐以及科研的平臺，具有較高集成度和較好可擴(kuò)展性的多功能綜合實驗和測評服務(wù)平臺。

圖1　實驗室網(wǎng)絡(luò)安全環(huán)境

5.3 實驗體系規(guī)劃

通過真實的網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備、靶機(jī)和各類服務(wù)器構(gòu)建學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)攻防基礎(chǔ)實驗、網(wǎng)絡(luò)攻防實戰(zhàn)及網(wǎng)絡(luò)防護(hù)實訓(xùn)等實驗環(huán)境，模擬企業(yè)真實的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和應(yīng)用，使學(xué)生身臨其境的學(xué)習(xí)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)攻防的相關(guān)知識和技能；網(wǎng)絡(luò)攻擊與防護(hù)有機(jī)結(jié)合，提供攻擊與防護(hù)均衡的實驗內(nèi)容，貫徹“了解攻擊方法以更好進(jìn)行防護(hù)”的基本思想，有效提高學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)防護(hù)能力和安全意識。依托網(wǎng)絡(luò)工程系教師們多年的教學(xué)和科研積累，建立完整的網(wǎng)絡(luò)攻防實驗體系，涉及網(wǎng)絡(luò)嗅探、密碼破解、逆向工程、SQL注入、網(wǎng)絡(luò)欺騙、惡意代碼、滲透測試、安全評估等方面的內(nèi)容；同時構(gòu)成從原理基礎(chǔ)、單個技能學(xué)習(xí)到綜合實戰(zhàn)再到系統(tǒng)加固的漸進(jìn)式的實驗體系。

6 結(jié)束語

網(wǎng)絡(luò)攻防是網(wǎng)絡(luò)安全相關(guān)專業(yè)教學(xué)體系中的核心部分。網(wǎng)絡(luò)攻防課程在總體上的特點是技術(shù)性和實踐性強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)攻防實驗室的建設(shè)和使用，適應(yīng)教學(xué)體制改革的需要，對學(xué)院提高網(wǎng)絡(luò)安全方向教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生實踐能力，增強(qiáng)師資力量具有重要作用。同時，實驗室在使用過程中，還需要進(jìn)一步完善實驗體系，提高實驗室攻防平臺的使用效益，促進(jìn)實驗教學(xué)改革，為學(xué)生提供自主發(fā)展和實踐鍛煉的空間，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新觀念和意識，全面培養(yǎng)學(xué)生網(wǎng)絡(luò)安全的實踐能力、創(chuàng)新能力、自主學(xué)習(xí)能力。

參考文獻(xiàn)

[1]Douglas Jucobson著.仰禮友,趙紅宇等譯.網(wǎng)絡(luò)安全基礎(chǔ):網(wǎng)絡(luò)攻防、協(xié)議與安全[M].北京:電子工業(yè)出版社,2011,3.

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羅高寧（1991—），男，吉首大學(xué)2013級計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科在讀，研究方向：網(wǎng)絡(luò)與信息安全。

李必云（1973—），男，吉首大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院副教授，研究方向：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)視覺。

作者簡介：

基金項目：吉首大學(xué)2013年新開課建設(shè)項目（編號：2013KCB05）；吉首大學(xué)2014年教學(xué)改革研究項目（編號：2014JSUJGB11）。