曾 光，王 洪，段乾恒，楊 陽

（中國人民解放軍戰(zhàn)略支援部隊(duì)信息工程大學(xué) 應(yīng)用數(shù)學(xué)系，河南 鄭州 450000）

0 引言

網(wǎng)絡(luò)空間安全已成為各國競相爭奪的戰(zhàn)略制高點(diǎn)，黨的十九大鮮明提出要“營造清朗的網(wǎng)絡(luò)空間”，達(dá)到這一宏偉目標(biāo)離不開網(wǎng)絡(luò)空間安全技術(shù)、離不開密碼學(xué)的有力支撐。密碼學(xué)一方面覆蓋內(nèi)容較多，涉及豐富的數(shù)學(xué)知識，另一方面與密碼學(xué)相關(guān)的技術(shù)、知識更新速度快，且具有較強(qiáng)的實(shí)踐性。要實(shí)現(xiàn)新工科形勢下院校的新型人才培養(yǎng)目標(biāo)，必須大力加強(qiáng)面向?qū)嵺`需求的人才培養(yǎng)與建設(shè)。本著產(chǎn)業(yè)需要什么人才就培養(yǎng)什么人才的原則，加大密碼學(xué)實(shí)踐化培訓(xùn)力度，切實(shí)滿足網(wǎng)絡(luò)空間安全現(xiàn)實(shí)需求，使人才培養(yǎng)具有對相關(guān)產(chǎn)業(yè)的支撐引領(lǐng)作用[1]。通過對密碼學(xué)內(nèi)涵外延和產(chǎn)業(yè)需求的深入研究分析，筆者認(rèn)為實(shí)踐化目標(biāo)對課程體系設(shè)置、培訓(xùn)環(huán)境建設(shè)和師資隊(duì)伍建設(shè)賦予了新含義、新生命，為密碼學(xué)建設(shè)指明了新方向。

1 密碼實(shí)踐化豐富課程新內(nèi)涵

密碼學(xué)的院校教育工作必須圍繞培養(yǎng)密碼素質(zhì)入手，著眼就業(yè)需求，動態(tài)地對已有專業(yè)訓(xùn)練內(nèi)容進(jìn)行充實(shí)，使學(xué)生不斷了解網(wǎng)絡(luò)空間安全的相關(guān)理論，掌握密碼學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)理論，學(xué)會密碼工程項(xiàng)目的運(yùn)作與管理，提高訓(xùn)練實(shí)踐能力，初步具備從事網(wǎng)絡(luò)空間安全相關(guān)工作的素質(zhì)和意識。

1.1 兼顧數(shù)學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)重塑課程

網(wǎng)絡(luò)空間安全是一個集成數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)、通信等學(xué)科知識的交叉學(xué)科，該領(lǐng)域的人才培養(yǎng)需要專業(yè)知識和工程能力的高度復(fù)合。網(wǎng)絡(luò)空間安全原有的課程體系多以數(shù)學(xué)素養(yǎng)教育為核心[2]，而密碼學(xué)在網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)科的拓展需要學(xué)生的素質(zhì)高度交叉融合，筆者特此選定了以數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)并重為基礎(chǔ)、強(qiáng)化工程實(shí)現(xiàn)意識的課程設(shè)計(jì)：一是夯實(shí)數(shù)學(xué)理論知識基礎(chǔ)，認(rèn)真分析密碼算法、密碼協(xié)議、密碼應(yīng)用、密碼系統(tǒng)所需要的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，科學(xué)地平衡數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)課程的邏輯關(guān)系和比例分配，設(shè)置代數(shù)與分析、概率與統(tǒng)計(jì)、組合與安全、密碼理論、密碼應(yīng)用等課程模塊；二是打牢計(jì)算機(jī)技能基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)組成原理、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為主要教學(xué)內(nèi)容，對實(shí)訓(xùn)環(huán)境和網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行優(yōu)化重構(gòu)，鼓勵學(xué)生與非本專業(yè)學(xué)生組隊(duì)參加各種競賽活動，不斷加深對計(jì)算機(jī)的理解；三是強(qiáng)化計(jì)算工程意識，培養(yǎng)學(xué)生算法思維，鍛煉學(xué)生將數(shù)學(xué)知識轉(zhuǎn)化成算法的能力、將簡單算法轉(zhuǎn)化為并行算法的能力、從海量數(shù)據(jù)中進(jìn)行挖掘的能力，并初步具有高性能計(jì)算基礎(chǔ)的能力，構(gòu)建以數(shù)學(xué)計(jì)算為核心的計(jì)算工程視野。

1.2 專業(yè)核心課程增加實(shí)踐比重

按照網(wǎng)絡(luò)安全行業(yè)人才需求，系統(tǒng)優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)，加大專業(yè)核心課程實(shí)踐環(huán)節(jié)比重[3]，由以往的750學(xué)時增加到900學(xué)時，約占人才培養(yǎng)方案的1/3。專業(yè)核心課程的明確導(dǎo)向就是提升密碼應(yīng)用能力，并與國家的密碼發(fā)展戰(zhàn)略相互動：一是增加信息知識、突出實(shí)踐意識，教學(xué)工作圍繞學(xué)生信息化素質(zhì)培養(yǎng)展開，著眼動態(tài)地對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行充實(shí)，使學(xué)生掌握信息化的理論與實(shí)踐，學(xué)會使用信息化工具，將知識轉(zhuǎn)化為信息化實(shí)踐能力的過程必須在實(shí)踐環(huán)節(jié)中不斷積累；二是創(chuàng)新實(shí)踐環(huán)境、強(qiáng)化實(shí)踐意識，模擬與仿真現(xiàn)實(shí)環(huán)境，不僅可以讓學(xué)生感受實(shí)際工作氛圍、體驗(yàn)實(shí)際工作過程，更能夠讓其快速具備網(wǎng)絡(luò)空間安全實(shí)踐的能力和素質(zhì)，讓學(xué)生在全場景、全流程、全感知的綜合實(shí)踐化環(huán)境中得到有效鍛煉；三是開發(fā)團(tuán)隊(duì)實(shí)踐項(xiàng)目、培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)實(shí)踐能力，積極開展以課題、實(shí)用化產(chǎn)品開發(fā)為牽引的教學(xué)組織模式，將學(xué)生按照不同專業(yè)和層次分成3～5人的小組，安排指導(dǎo)教師帶領(lǐng)學(xué)生開展就業(yè)相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)空間安全產(chǎn)品研發(fā)與課題研究，完成綜合素質(zhì)項(xiàng)目和學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃，以全國性比賽為牽引，加強(qiáng)學(xué)生的工程實(shí)踐綜合能力訓(xùn)練。

1.3 面向產(chǎn)業(yè)課程吻合實(shí)際需求

以符合產(chǎn)業(yè)需求、適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)空間安全相關(guān)行業(yè)人才培養(yǎng)為終極目標(biāo)，在院校教育與行業(yè)教育之間做平穩(wěn)銜接。利用行業(yè)的具體應(yīng)用，如區(qū)塊鏈的應(yīng)用，確定實(shí)踐科目內(nèi)容為工作量證明機(jī)制的實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)密碼算法的應(yīng)用實(shí)踐，認(rèn)清密碼算法在區(qū)塊鏈系統(tǒng)安全的作用。具體做法：一是全員提升實(shí)踐能力，結(jié)合訓(xùn)練目標(biāo)，建設(shè)操作性較強(qiáng)的實(shí)踐類課程，規(guī)范訓(xùn)練流程，分層次確定訓(xùn)練方式，完善針對性的教學(xué)訓(xùn)練設(shè)施，構(gòu)建集“教學(xué)、訓(xùn)練、協(xié)作”為一體的密碼控制與協(xié)同開發(fā)課程，實(shí)施階梯式項(xiàng)目管理、協(xié)作與開發(fā)能力培訓(xùn)；二是加強(qiáng)基本技能訓(xùn)練，從代碼分析、數(shù)據(jù)分析、算法分析、系統(tǒng)分析4個維度各開設(shè)1門技能課程，加強(qiáng)針對性訓(xùn)練，強(qiáng)化專業(yè)技能；三是培養(yǎng)管理能力，針對密碼攻防的信息不對稱性，加強(qiáng)學(xué)生對密碼信息的判斷能力，學(xué)習(xí)技術(shù)實(shí)戰(zhàn)運(yùn)用，培養(yǎng)創(chuàng)新實(shí)施能力，增強(qiáng)謀略行為訓(xùn)練，建設(shè)密碼組織與管理課程，提高科技運(yùn)用決策和智能謀略水平。

2 密碼實(shí)踐化指明教學(xué)環(huán)境建設(shè)新方向

當(dāng)前，大數(shù)據(jù)時代正在到來，與密碼相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)安全事件隨之而呈暴發(fā)性增長態(tài)勢，新理念、新方法、新技術(shù)層出不窮。網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)學(xué)生不僅要強(qiáng)化專業(yè)素養(yǎng)，全面掌握密碼學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，更需要具有熟練掌握使用工具完成任務(wù)的能力。此外，還需要培養(yǎng)學(xué)生自我學(xué)習(xí)、自我進(jìn)化的創(chuàng)新意識和能力。這些能力的培養(yǎng)和實(shí)踐意識的養(yǎng)成需要契合的教學(xué)平臺作為堅(jiān)強(qiáng)保障[4]。為此，可以依托基礎(chǔ)理論實(shí)踐輔助平臺、實(shí)踐技能錘煉平臺、綜合演練模擬平臺，強(qiáng)化3個層次的能力培養(yǎng)：基礎(chǔ)理論實(shí)踐輔助平臺為密碼學(xué)與信息安全輔助平臺；實(shí)踐技能錘煉平臺為對稱密碼、公鑰密碼和密碼應(yīng)用平臺；綜合演練模擬平臺分為兩類，一類是密碼算法與協(xié)議的綜合演練，另一類是網(wǎng)絡(luò)攻防系統(tǒng)中的密碼演練部分。通過3個層次形成從基礎(chǔ)知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)到實(shí)踐技能培養(yǎng)，從強(qiáng)化個人單項(xiàng)技能到綜合性全面技能、系統(tǒng)安全思維培養(yǎng)的綜合性教學(xué)支撐環(huán)境。

2.1 基礎(chǔ)理論實(shí)踐輔助平臺

基礎(chǔ)理論實(shí)踐輔助平臺是實(shí)現(xiàn)從課程講授到實(shí)踐技能培養(yǎng)的橋梁：一是設(shè)置特色基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)踐模塊，結(jié)合專業(yè)課程設(shè)置，重視實(shí)踐化教學(xué)基礎(chǔ)模塊的構(gòu)建，為課程理論講授提供可驗(yàn)證、可演示的基礎(chǔ)支撐環(huán)境；二是打通基礎(chǔ)模塊到支撐環(huán)境的橋梁，依托通專結(jié)合的可重構(gòu)計(jì)算設(shè)備、高性能密碼分析設(shè)備、安全協(xié)議數(shù)據(jù)解析環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)密碼模擬仿真環(huán)境等終端體系，構(gòu)建密碼學(xué)輔助教學(xué)系統(tǒng)、密碼分析教學(xué)平臺等核心支撐模塊，為相關(guān)課程提供前端教學(xué)實(shí)踐平臺和基本的操作演練環(huán)境；三是凝練實(shí)踐輔助平臺的核心功能，輔助平臺側(cè)重于為基礎(chǔ)課程教學(xué)提供實(shí)踐環(huán)境，強(qiáng)調(diào)理論講授的可視化、形象化、系統(tǒng)化；為改進(jìn)教學(xué)效果提供硬件支持，同時也為實(shí)踐技能錘煉平臺提供前端的技術(shù)與平臺支撐。

2.2 實(shí)踐技能錘煉平臺

網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)的人才培養(yǎng)，在打牢密碼學(xué)相關(guān)理論基礎(chǔ)的前提下，重點(diǎn)要強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)踐技能：一是強(qiáng)化核心實(shí)踐能力，在基礎(chǔ)理論實(shí)踐輔助平臺的支撐下，重點(diǎn)打磨學(xué)生在實(shí)際工作中需要的編程能力、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理與分析能力、逆向分析能力和系統(tǒng)化思維能力；二是促進(jìn)形成系統(tǒng)化分析理念，依托各類密碼機(jī)制模擬系統(tǒng)，讓各層次學(xué)生體驗(yàn)從終端到服務(wù)端，從理論技術(shù)到實(shí)用化產(chǎn)品的全流程、立體化密碼算法、協(xié)議工作原理與機(jī)制；三是突出專項(xiàng)技能的培養(yǎng)與強(qiáng)化，學(xué)生深入了解各類密碼系統(tǒng)特征，能夠更好地將基礎(chǔ)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、技巧打磨成實(shí)踐能力。對個人綜合能力及單項(xiàng)技能進(jìn)行升級強(qiáng)化，為系統(tǒng)化密碼人才培養(yǎng)提供基礎(chǔ)支撐。

2.3 綜合演練模擬平臺

以基礎(chǔ)平臺為支撐，形成完備的綜合演練平臺：一是加強(qiáng)綜合意識培養(yǎng)，密碼學(xué)的人才培養(yǎng)，除了單項(xiàng)密碼專項(xiàng)技能外，還需要強(qiáng)化系統(tǒng)安全意識，初步具備從事網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)業(yè)的基本素質(zhì)。為此，在實(shí)踐技能培養(yǎng)的基礎(chǔ)上，通過畢業(yè)設(shè)計(jì)、實(shí)習(xí)、綜合演練，以及密碼數(shù)學(xué)挑戰(zhàn)賽、密碼技術(shù)競賽等各類學(xué)科競賽與科技創(chuàng)新等環(huán)節(jié)，強(qiáng)化密碼理論應(yīng)用能力；二是打造多平臺協(xié)同的實(shí)踐生態(tài)系統(tǒng)，大力加強(qiáng)密碼綜合演練系統(tǒng)、密碼系統(tǒng)側(cè)信道分析、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議自動化分析等系統(tǒng)的有機(jī)組合與重構(gòu)。打破系統(tǒng)固有邊界、增強(qiáng)系統(tǒng)的耦合，構(gòu)建學(xué)生在密碼分析時的系統(tǒng)化思維；三是促進(jìn)學(xué)生綜合分析能力的全面升級，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，包括科研攻關(guān)能力，有針對性的培養(yǎng)學(xué)生對密碼系統(tǒng)的綜合分析以及適應(yīng)新密碼裝備、新密碼系統(tǒng)的能力。

在相關(guān)平臺的支撐下，實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)工作從理論到實(shí)踐，從應(yīng)用到開發(fā)的重大轉(zhuǎn)變，從而完成全方位的知識學(xué)習(xí)、技能實(shí)踐、系統(tǒng)化思維和綜合分析能力培養(yǎng)的任務(wù)。

3 密碼實(shí)踐化推進(jìn)師資隊(duì)伍實(shí)踐新發(fā)展

立教之本在教師，興教之源看人師。高素質(zhì)、高水平的師資隊(duì)伍是保證實(shí)踐教學(xué)效果的關(guān)鍵因素。教師是人才培養(yǎng)工作的主體，是人才培養(yǎng)的中堅(jiān)力量，也是科研的主力軍。密碼學(xué)實(shí)踐教學(xué)需要一支師德高尚、業(yè)務(wù)過硬、富有創(chuàng)新精神的復(fù)合型、高素質(zhì)教師隊(duì)伍，更需要一支真懂實(shí)踐、會教實(shí)踐、扎根實(shí)踐的師資隊(duì)伍[5]。

3.1 增強(qiáng)實(shí)踐化導(dǎo)向，探索科學(xué)的實(shí)踐化人才培養(yǎng)機(jī)制

網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域相關(guān)理論和技術(shù)飛速發(fā)展，多學(xué)科多領(lǐng)域深度融合，新情況、新問題層出不窮：一是根據(jù)學(xué)科整體布局和發(fā)展需要，制訂青年骨干教師送學(xué)發(fā)展計(jì)劃，擴(kuò)寬教學(xué)科研視野；選派教學(xué)骨干到國內(nèi)外高校、科研院所訪學(xué)，學(xué)習(xí)先進(jìn)教學(xué)方法和教學(xué)理念，了解和掌握最新科學(xué)進(jìn)展，提高青年教師教學(xué)科研能力，構(gòu)建教學(xué)名師、學(xué)科帶頭人、骨干教師構(gòu)成的高層次人才體系；二是根據(jù)實(shí)踐化需求，加強(qiáng)院校和相關(guān)企業(yè)間交流，多渠道了解實(shí)踐化最新進(jìn)展；通過校企交流項(xiàng)目，加大對校內(nèi)外、國內(nèi)高水平密碼人才的邀請力度和頻度，聘請知名企業(yè)專家作系列專題講座。積極引進(jìn)校內(nèi)外、國內(nèi)外先進(jìn)教學(xué)平臺，提高教師實(shí)踐化平臺應(yīng)用水平；三是利用好國家重大人才工程項(xiàng)目，積極培養(yǎng)青年教師和骨干講師，做好相關(guān)教師的職業(yè)規(guī)劃，為密碼學(xué)培養(yǎng)出復(fù)合型、高素質(zhì)的教師隊(duì)伍。

3.2 加強(qiáng)教師實(shí)踐經(jīng)歷，提高教師實(shí)踐化教學(xué)能力

密碼學(xué)的實(shí)踐化教學(xué)，離不開一支真懂實(shí)踐、會教實(shí)踐的教師隊(duì)伍：一是加大密碼學(xué)專業(yè)教師與知名企業(yè)之間的交流力度，安排青年教師（尤其是沒有企業(yè)實(shí)踐經(jīng)歷的教師）到相關(guān)企業(yè)參觀訪問，鼓勵教師利用寒暑假到相關(guān)單位交流學(xué)習(xí)；二是創(chuàng)新院校與企業(yè)之間的交流模式，依托合作單位，采取選派教師參加或觀摩合作單位的實(shí)踐化演練等活動，體會企業(yè)文化氛圍，掌握企業(yè)發(fā)展前沿動態(tài)，融入產(chǎn)業(yè)信息安全科研項(xiàng)目，使院校教學(xué)工作更加貼近產(chǎn)業(yè)需要；三是經(jīng)常邀請各大知名業(yè)務(wù)專家到院校講學(xué)，介紹實(shí)踐化細(xì)節(jié)，鼓勵教師與企業(yè)之間協(xié)同開展相關(guān)課題研究，豐富實(shí)踐案例庫，有針對性地加強(qiáng)教師實(shí)踐化教學(xué)能力建設(shè)。

3.3 加強(qiáng)實(shí)踐化氛圍建設(shè)，積極開展專業(yè)特色文化建設(shè)

密碼實(shí)踐化教學(xué)需要一支長期扎根院校、服務(wù)院校的教師隊(duì)伍。建設(shè)這樣的隊(duì)伍，離不開特色文化，這也是實(shí)踐化建設(shè)的重要內(nèi)容和維度：一是加大特色網(wǎng)絡(luò)空間安全文化展示和人文關(guān)懷，通過展板、條幅等媒介，加強(qiáng)對院校相關(guān)專業(yè)的歷史沿革、輝煌成就教育，激發(fā)教師和學(xué)生的職業(yè)熱情和使命認(rèn)同感；二是加大對教學(xué)實(shí)際先進(jìn)人物事跡介紹，利用好教學(xué)活動、輔導(dǎo)答疑時間，介紹優(yōu)秀人物事跡，利用鮮活的形象推動特色文化的凝聚和引領(lǐng)作用，增強(qiáng)教師長期扎根院校、服務(wù)院校的事業(yè)心；三是有意識地為教師實(shí)踐化教學(xué)建立一個實(shí)踐文化環(huán)境，通過對實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐化環(huán)境改造，凸顯實(shí)踐化氛圍、塑造實(shí)踐化意識，嚴(yán)格以實(shí)踐化要求指導(dǎo)日常教學(xué)、科研活動。