喬少杰，韓楠*，李斌勇，熊熙

(1.成都信息工程大學(xué)網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)院，四川成都，610225；2.成都信息工程大學(xué)管理學(xué)院，四川成都，610103)

大數(shù)據(jù)安全課程體系的探索與實踐*

喬少杰1，韓楠2*，李斌勇1，熊熙1

(1.成都信息工程大學(xué)網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)院，四川成都，610225；2.成都信息工程大學(xué)管理學(xué)院，四川成都，610103)

針對大數(shù)據(jù)安全人才短缺的現(xiàn)狀，結(jié)合大數(shù)據(jù)安全人才培養(yǎng)目標(biāo)，闡述了大數(shù)據(jù)安全課程開設(shè)的必要性。圍繞大數(shù)據(jù)安全課程設(shè)置需求，在剖析課程特征的基礎(chǔ)上，從大數(shù)據(jù)的安全防護、安全測評和等級保護角度，給出了大數(shù)據(jù)安全課程體系設(shè)置方案。在分析課程體系的基礎(chǔ)上，從多方面探索了大數(shù)據(jù)安全的授課策略。

大數(shù)據(jù)；信息安全；人才培養(yǎng)；課程體系

引言

隨著新一代信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，以諸如移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)為典型代表的新型互聯(lián)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)正在眾多行業(yè)中廣泛興起。與此同時，這些新型互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量正呈現(xiàn)出前所未有的指數(shù)級爆炸增長態(tài)勢[1]。

數(shù)據(jù)的爆炸式膨脹與通信存儲，使數(shù)據(jù)安全問題面臨更大的挑戰(zhàn)，也將如何解決大數(shù)據(jù)的安全風(fēng)險問題提上了史無前例的高度。尤其是病毒入侵、信息竊取、信息泄漏、數(shù)據(jù)篡改等網(wǎng)絡(luò)攻擊行為，其不僅關(guān)系到社會公共安全和國家機密，同時也必然牽涉到用戶的隱私和敏感信息[2]。如何應(yīng)對日益增多的網(wǎng)絡(luò)攻擊、病毒破壞和黑客人侵等問題，近年來逐步成為全球各行各界廣泛關(guān)注的焦點。與此同時，大數(shù)據(jù)環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)安全將直接影響到社會的經(jīng)濟效益，諸如如何有效防控水災(zāi)、火災(zāi)、地震、電磁輻射等自然方面的客觀風(fēng)險，就必然涉及大數(shù)據(jù)安全的安全分析。

隨著數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、通信網(wǎng)的廣泛傳輸與存儲，大數(shù)據(jù)安全已逐漸成為網(wǎng)絡(luò)空間安全治理的核心內(nèi)容之一[3]。同時，各行各業(yè)對利用大數(shù)據(jù)進行安全分析也更加關(guān)注，對人才的需求也更為迫切。目前我國的大數(shù)據(jù)安全人才面臨巨大缺口，提升大數(shù)據(jù)安全人才隊伍水平和綜合質(zhì)量，必將成為未來我國大數(shù)據(jù)發(fā)展的工作重點。因此，如何培養(yǎng)面向未來社會需求的大數(shù)據(jù)安全人才，是當(dāng)前高校普遍面臨的機遇和挑戰(zhàn)[4-5]。

目前我國的大數(shù)據(jù)安全人才培養(yǎng)尚處于起步探索階段，尤其是對于大數(shù)據(jù)安全課程體系的開，尚無成熟的經(jīng)驗可供借鑒。作為高水平人才培養(yǎng)陣地的高校，如何按照大數(shù)據(jù)安全的社會需求來構(gòu)建和設(shè)置大數(shù)據(jù)安全課程體系，已成為眾多高校人才培養(yǎng)亟需探索和解決的課題。

2 大數(shù)據(jù)安全課程開設(shè)必要性

2.1 大數(shù)據(jù)是國家信息安全核心戰(zhàn)略資源

近年來國內(nèi)外重大安全事件層出不窮，尤其是以基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為核心的大數(shù)據(jù)平臺，面臨著越來越頻繁的網(wǎng)絡(luò)攻擊與數(shù)據(jù)竊取威脅[6]。自互聯(lián)網(wǎng)興起以來，以美國為代表的西方國家便頻繁地對我國的政府機構(gòu)和商業(yè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)起攻擊。

隨著信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用和通信網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，大數(shù)據(jù)已逐步成為我國重要的基礎(chǔ)性戰(zhàn)略信息資源。大數(shù)據(jù)資源是支撐我國引領(lǐng)新一輪科技創(chuàng)新的基石，同時也是提升國家競爭力的戰(zhàn)略手段。尤其是各行各業(yè)的一系列大數(shù)據(jù)平臺，不對具有大規(guī)模的數(shù)據(jù)量，而且數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)度高，這為數(shù)據(jù)資源的進一步挖掘與利用，以及提升數(shù)據(jù)資源的潛在價值，帶來了前所未有的機遇。同時也給如何提升戰(zhàn)略性數(shù)據(jù)資源的質(zhì)量和應(yīng)用水平，以及如何保障網(wǎng)絡(luò)空間數(shù)據(jù)資源的安全，提出了更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

2.2 大數(shù)據(jù)安全人才嚴(yán)重不足

面對新形勢下愈加嚴(yán)峻的網(wǎng)絡(luò)安全攻擊威脅與數(shù)據(jù)竊取，大數(shù)據(jù)安全人才的巨大缺口，使我國在網(wǎng)絡(luò)空間領(lǐng)域處于十分嚴(yán)峻的被動態(tài)勢。據(jù)大數(shù)據(jù)研究機構(gòu)測算，未來五年，我國大數(shù)據(jù)安全人才的社會需求將呈現(xiàn)激增態(tài)勢，初步估計市場需求將接近五十萬左右，然而目前從事大數(shù)據(jù)安全的人才尚不足五萬。從當(dāng)前大數(shù)據(jù)人才和網(wǎng)絡(luò)安全人才不足的趨勢不難預(yù)測，未來同時掌握大數(shù)據(jù)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)的大數(shù)據(jù)安全人才將更加緊缺。

網(wǎng)絡(luò)安全歸根結(jié)底是數(shù)據(jù)的安全。從目前我國的大數(shù)據(jù)安全人才來看，大數(shù)據(jù)安全高尖端人才嚴(yán)重不足，大數(shù)據(jù)安全師資稀缺，大數(shù)據(jù)安全人才培養(yǎng)方案與社會需求嚴(yán)重脫節(jié)，以及大數(shù)據(jù)安全基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后等問題尤為突出，大數(shù)據(jù)安全人才的培養(yǎng)已成為當(dāng)前我國亟待解決的問題之一。

大數(shù)據(jù)安全人才已逐漸成為各國市場競相爭奪的人力資源，隨著大數(shù)據(jù)的廣泛應(yīng)用，大數(shù)據(jù)安全人才的短缺愈發(fā)成為制約我國大數(shù)據(jù)發(fā)展與網(wǎng)絡(luò)安全發(fā)展的新瓶頸。

2.3 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全分析面臨挑戰(zhàn)

信息安全數(shù)據(jù)的數(shù)量、速度、種類的迅速膨脹，不僅帶來了海量多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的融合、存儲、調(diào)度和管理的問題，甚至顛覆了傳統(tǒng)的安全分析方法。當(dāng)前絕大多數(shù)安全分析工具和方法都是針對小數(shù)據(jù)量設(shè)計的，在面對海量數(shù)據(jù)時卻捉襟見肘。尤其是新的攻擊手段層出不窮，具有安全檢測的數(shù)據(jù)越來越多，而現(xiàn)有的分析技術(shù)已不堪重負[7]。面對紛繁復(fù)雜的安全要素需求，如何才能更加迅捷地感知網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢已成為當(dāng)前面臨的難題。

傳統(tǒng)的分析方法大都采用基于規(guī)則和特征的分析引擎，其決定了必須構(gòu)建有規(guī)則庫和特征庫才能工作，而規(guī)則和特征只能對已知的攻擊和威脅進行描述，無法識別未知的攻擊，或者是尚未被描述成規(guī)則的攻擊和威脅。面對未知攻擊和復(fù)雜攻擊如APT等，需要更有效的分析方法和技術(shù)。面對海量安全數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)的集中化安全分析平臺也遭遇到了諸多瓶頸，主要表現(xiàn)在以下幾方面[8,9]：

（1）威脅數(shù)據(jù)源較小，導(dǎo)致系統(tǒng)判斷能力有限。

（2）對歷史數(shù)據(jù)的檢測能力很弱。

（3）安全事件的調(diào)查效率太低。

（4）安全系統(tǒng)相互獨立，無有效手段協(xié)同工作。

（5）分析的方法較少。

（6）對于趨勢性的事件預(yù)測較難，尤其早期預(yù)警的能力較差。

3 大數(shù)據(jù)安全課程體系分析

3.1 大數(shù)據(jù)安全課程體系特征

3.1.1 課程學(xué)習(xí)門檻高

隨著大數(shù)據(jù)的廣泛應(yīng)用和國家對網(wǎng)絡(luò)安全的重視，國內(nèi)個別高校與時俱進，開始嘗試開設(shè)大數(shù)據(jù)安全課程，然而開設(shè)情況卻并不理想。究其原因，關(guān)鍵在于大數(shù)據(jù)安全課程體系的學(xué)習(xí)要求與開設(shè)門檻均較普通課程高。其具體體現(xiàn)為如下兩方面：

（1）大數(shù)據(jù)是近年來才興起的新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，與大數(shù)據(jù)相關(guān)的許多新技術(shù)新理論還尚未形成完善的知識體系與解決方案，倘若高校草率地開設(shè)大數(shù)據(jù)安全課程，注定最終只能收效甚微。

（2）大數(shù)據(jù)安全不僅要求學(xué)生應(yīng)具備扎實的理論知識，還要求學(xué)生能靈活運用知識理論進行數(shù)據(jù)的處理、分析和建模，以達到解決大數(shù)據(jù)安全實際問題的目標(biāo)?？梢娺@與傳統(tǒng)的信息安全課程或傳統(tǒng)的計算機課程，具有本質(zhì)的區(qū)別[10]。為此，如何為學(xué)生奠定良好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和信息安全基礎(chǔ)，將是大數(shù)據(jù)課程面臨亟待解決的問題之一。

3.1.2 課程體系復(fù)雜

大數(shù)據(jù)安全是緊密融合大數(shù)據(jù)與信息安全的課程體系，其涉及計算機相關(guān)課程、統(tǒng)計學(xué)相關(guān)課程、人工智能相關(guān)課程、信息安全類相關(guān)課程、數(shù)學(xué)類相關(guān)課程等，且上述課程彼此之間融合度要求較高。根據(jù)大數(shù)據(jù)課程體系的要求，如何在大數(shù)據(jù)安全課程學(xué)習(xí)過程中綜合并靈活運用上述基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程中涉及的知識理論，需要學(xué)生在學(xué)習(xí)新知識的同時不斷歸納總結(jié)以往的知識。

面對如此龐大而復(fù)雜的課程知識體系，不僅學(xué)生學(xué)習(xí)難度大，而且也給高校教師提出了較為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

3.1.3 綜合實踐性強

大數(shù)據(jù)安全對學(xué)生的動手能力要求也很高，不僅要求學(xué)生具有熟練的編程能力，同時還要求學(xué)生通過對安全數(shù)據(jù)的深度分析、預(yù)測、建模，為發(fā)現(xiàn)潛在的大數(shù)據(jù)安全風(fēng)險提供測評與預(yù)警。根據(jù)所解決問題重要程度的不同，大數(shù)據(jù)安全問題通常要求學(xué)生綜合利用數(shù)據(jù)分析知識、信息安全知識和數(shù)學(xué)知識，來對大數(shù)據(jù)環(huán)境進行反復(fù)論證或修正才能提供正確可靠的解決方案和途徑。

綜上所示，大數(shù)據(jù)安全類課程，需要學(xué)生在不斷的學(xué)習(xí)理論知識的同時，具備將其運用于實際問題，以充分提升實踐技術(shù)水平。同時，學(xué)生的大數(shù)據(jù)安全創(chuàng)新能力培養(yǎng)，還要求學(xué)生具備新技術(shù)探索的潛質(zhì)和理論聯(lián)系實際解決問題的能力。

3.2 大數(shù)據(jù)安全課程體系設(shè)置

針對大數(shù)據(jù)安全課程的特性，以大數(shù)據(jù)分析和信息安全為課程主線，結(jié)合統(tǒng)計學(xué)、人工智能、安全分析等相關(guān)理論課程，從而構(gòu)成較為完備的大數(shù)據(jù)安全課程體系。

鑒于大數(shù)據(jù)安全課程體系涉及范圍較廣，本文主要從大數(shù)據(jù)的安全角度來探索其課程體系內(nèi)容。結(jié)合作者所在學(xué)院以網(wǎng)絡(luò)安全為核心的教學(xué)實際，為此將大數(shù)據(jù)課程體系歸納為大數(shù)據(jù)的安全防護、安全測評和等級保護三類課程體系。

3.2.1 大數(shù)據(jù)安全防護課程體系

大數(shù)據(jù)安全防護課程是培養(yǎng)學(xué)生解決信息安全防御保護問題的重要途徑，其涉及大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境安全的防護技術(shù)、大數(shù)據(jù)主機環(huán)境安全防護技術(shù)、大數(shù)據(jù)應(yīng)用環(huán)境安全防護技術(shù)，上述三類是保障大數(shù)據(jù)安全服務(wù)的關(guān)鍵手段。

為有效地對大數(shù)據(jù)安全環(huán)境進行評估，需要利用信息安全的逆向分析和滲透測試技術(shù)，并結(jié)合威脅識別技術(shù)和脆弱性識別技術(shù)來對大數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、主機環(huán)境、應(yīng)用環(huán)境進行綜合分析，從而識別復(fù)雜大數(shù)據(jù)環(huán)境下的安全風(fēng)險。

該課程體系涉及網(wǎng)絡(luò)滲透攻擊課程、逆向工程分析課程、信息安全加解密課程、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議課程、操作系統(tǒng)等。圖1展示了大數(shù)據(jù)安全防護課程體系關(guān)系圖，構(gòu)建該課程體系有利于培養(yǎng)學(xué)生的大數(shù)據(jù)安全防護能力。

圖1 大數(shù)據(jù)安全防護課程體系

3.2.2 大數(shù)據(jù)安全測評課程體系

在復(fù)雜多變的大數(shù)據(jù)環(huán)境下，為了培養(yǎng)學(xué)生對各類安全資源的綜合測試和評估的能力，大數(shù)據(jù)安全測評課程開設(shè)便顯得尤為重要。

如圖2所示，大數(shù)據(jù)安全測評課程體系需要從數(shù)據(jù)的存儲、數(shù)據(jù)傳輸?shù)募咏饷?、?shù)據(jù)資源的訪問控制、安全域身份認(rèn)證、數(shù)據(jù)虛擬化和數(shù)據(jù)審計等角度來開設(shè)相應(yīng)的課程。結(jié)合上述指標(biāo)來傳授相應(yīng)的大數(shù)據(jù)安全測評技術(shù)，才能形成較為完備的數(shù)據(jù)安全測評課程體系。

對于該環(huán)節(jié)的課程體系，應(yīng)著重從大數(shù)據(jù)資產(chǎn)價值評估、業(yè)務(wù)應(yīng)用評估、安全需求評測、安全威脅評估等方面來向?qū)W生傳授相關(guān)知識，以保障學(xué)生的大數(shù)據(jù)安全測評能力得到提升。

圖2 大數(shù)據(jù)安全測評課程體系

3.2.3 大數(shù)據(jù)等級保護課程體系

確立等級保護是針對不同安全級別的大數(shù)據(jù)資源進行保護的重要手段。不同的大數(shù)據(jù)資源或不同的大數(shù)據(jù)環(huán)境，其所采取的保護級別和手段便不同[10]。為此，高校應(yīng)著重培養(yǎng)學(xué)生的等級保護劃分能力和不同數(shù)據(jù)安全等級的保護技術(shù)。

該課程體系環(huán)節(jié)要求學(xué)生先將大數(shù)據(jù)按照安全保密程度進行分類和分級，針對不同保密級別的數(shù)據(jù)，采用不同的大數(shù)據(jù)備份策略。同時按照國家信息安全等級保護標(biāo)準(zhǔn)，采用相應(yīng)的保護技術(shù)與策略，形成基于分級的大數(shù)據(jù)等級保護體系，其課程體系如圖3所示。該課程環(huán)節(jié)要求學(xué)生利用信息安全、網(wǎng)絡(luò)工程等理論知識來解決大數(shù)據(jù)安全防御保護的實際問題，屬于實踐性要求相對較高的課程環(huán)節(jié)。

圖3 大數(shù)據(jù)等級保護課程體系

4 大數(shù)據(jù)安全授課策略探索

4.1 以強化大數(shù)據(jù)安全思維為導(dǎo)向

隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，其計算模式已從以“流程”核心逐漸演變?yōu)椤皵?shù)據(jù)”核心，并且分布式計算框架也已逐步演變?yōu)橐浴皵?shù)據(jù)”為核心的范式。因此，大數(shù)據(jù)安全課程應(yīng)著重以培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)思維為目標(biāo)，有針對性地讓學(xué)生從數(shù)據(jù)處理與分析的算法角度去思考和解決問題。

大數(shù)據(jù)安全思維的培養(yǎng)與強化，是一個系統(tǒng)性、長期性的培養(yǎng)過程[11]。其要求高校不僅要重點培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)處理能力，更要培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)分析與挖掘能力；不僅要培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)庫管理能力，更要培養(yǎng)學(xué)生利用數(shù)據(jù)資源去創(chuàng)造數(shù)據(jù)價值的能力。

4.2 以提升大數(shù)據(jù)安全分析為核心

大數(shù)據(jù)一旦脫離安全防護，便猶如無舵之船。在強化大數(shù)據(jù)思維基礎(chǔ)上，故應(yīng)將提升學(xué)生的大數(shù)據(jù)安全分析能力作為授課的重點，著力培養(yǎng)學(xué)生的大數(shù)據(jù)安全意識和解決大數(shù)據(jù)安全的能力。

大數(shù)據(jù)安全分析的直接目的是提升大數(shù)據(jù)信息的安全防護能力。故在課程講授過程中，除講授相關(guān)理論知識外，還應(yīng)結(jié)合實際案例進行演示。同時，在理論講授和實踐演示完成后，可預(yù)留足夠多的時間供學(xué)生進行實際操作，以增強學(xué)生的實踐動手能力。并且鼓勵學(xué)生在課后利用大數(shù)據(jù)分析建模、安全測評等技術(shù)手段來提出相應(yīng)的安全方案，以達到解決大數(shù)據(jù)安全實際問題的目的。

4.3 以密切結(jié)合社會需求為目標(biāo)

大數(shù)據(jù)課程開設(shè)的目的不是為其它課程奠基礎(chǔ)，而是利用其它基礎(chǔ)課程為解決大數(shù)據(jù)的處理、分析、挖掘、安全防護提供理論技術(shù)支撐，其課程培養(yǎng)目標(biāo)將直接面向社會生產(chǎn)生活的實際應(yīng)用。由此可見，大數(shù)據(jù)安全課程體系雖然涉及到大量的理論知識，但歸根結(jié)底應(yīng)隸屬于偏實踐類課程。

為此，授課過程中應(yīng)以提高學(xué)生就業(yè)競爭力為核心，以社會需求為導(dǎo)向，并著重強調(diào)用人單位的招聘要求，以便使學(xué)生更有目的性和針對性地進行學(xué)習(xí)，保障課程體系所傳授的理論技術(shù)與社會需求密切結(jié)合。

5 結(jié)束語

大數(shù)據(jù)安全人才的數(shù)量、質(zhì)量是影響我國大數(shù)據(jù)發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)空間安全問題的重要因素。大數(shù)據(jù)安全人才的短缺問題日益突出，其難以在短期內(nèi)得到有效地解決，使得培養(yǎng)大數(shù)據(jù)安全人才成為刻不容緩的事，尤其是在高校開設(shè)大數(shù)據(jù)安全課程必將成為未來趨勢。

大數(shù)據(jù)安全課程體系的開設(shè)，目前國內(nèi)高校均還處于起步探索的階段。站在新的起點上，高校應(yīng)義不容辭地承擔(dān)大數(shù)據(jù)人才培養(yǎng)的重任，積極探索適應(yīng)國家戰(zhàn)略需要和社會需求的大數(shù)據(jù)安全課程培養(yǎng)體系。

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Exploration and Practice of Big Data Security Curriculum

QIAO Shaojie1, HAN Nan2*, LI Binyong1, XIONG Xi1
(1.School of CyberSecurity,Chengdu University of Information Technology,Sichuan Chengdu,610225,China; 2.School of Management,Chengdu University of Information Technology,Sichuan Chengdu,610103,China)

Due to the shortage of talented persons on big data security,and taking into consideration the goal of training talented persons on big data security,this study described the importance of offering big data security courses.Based on the requirement of setting up big data security courses and analyzing the characteristics of this curriculum,the big data security curriculum was introduced from the aspects of security protection,security evaluation and level protection of big data.By analyzing the curriculum,the strategies of teaching big data security course were explored in many ways.

big data; information security; personnel training;curriculum

TP393

A

1672-9129(2017)04-0001-04

喬少杰,韓楠,李斌勇,等.大數(shù)據(jù)安全課程體系的探索與實踐[J].數(shù)碼設(shè)計,2017,6(4):1-4.

Cite：QIAO Shaojie,HAN Nan,LI Binyong,et al.Exploration and Practice of Big Data Security Curriculum[J].Peak Data Science,2017,6(4):1-4.

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.04.001

2016-11-25；

2017-01-13。

國家自然科學(xué)基金(61100045，61363037)；教育部人文社會科學(xué)研究規(guī)劃基金(15YJAZH058)；教育部人文社會科學(xué)研究青年基金(14YJCZH046)；成都市軟科學(xué)項目(2015-RK00-00059-ZF)；四川省教育廳資助科研項目(14ZB0458)。

喬少杰，博士后，教授，成都信息工程大學(xué)網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)院。E-mail:hannan@cuit.edu.cn