1、密碼學多層次教學實踐摘要：本文根據多年的教學實踐，探討了教學內容的選擇和組織、實驗教學組織和自主實驗設計等。關鍵詞：多層次教學；密碼學；課外項目設計中圖分類號：TN918文獻標識碼：A文章編號：1672-5913(2007)24-0085-04互聯網已經深入我們的生活和工作。在我們充分體驗信息共享帶來的便捷的同時，網絡也暴露出了不少的安全問題。鑒于密碼學是信息安全的有力技術保障，在校大學生們對揭開密碼學的神秘面紗表現出了極大的熱情。每年的密碼學公選課成了許多學生選報的熱門課程。除此以外，研究生的選修課密碼學基礎也是修課人數較多的課程，學院內的本專科學生大多會選修信息安全(其中密碼學是重要模塊)

2、。還有軟件學院的特色：自主實驗中設計的密碼學相關實驗有大量小組報名。針對展開多層次的密碼學教學已經成為適應日益壯大的需求，為廣大學生服務，成為密碼學教學急需解決的問題。本文主要依據實踐，探討了密碼學多層次教學目標的設定和教學方法的組織，并給出了實踐結果分析。1 多層次教學模式隨著我國信息安全專業的開設，密碼學教學逐漸鋪開，但總體來說它還處于起步階段。從教材建設、實驗課程等方面還在逐步成熟、推進過程中。密碼學課程是一門理論性較強的課程，對初學者來說有一定難度。傳統的教學中，往往偏重于理論教學，但實際上，這也是一門強調實踐的課程。一般的密碼教材以密碼算法和協議原理為主，往往忽略了密碼分析等實踐環節

3、，這也主要是密碼學的相關實踐有一定難度。這樣往往導致典型的填鴨式的密碼學教學，學生被動的學習枯燥艱深的理論，進而遏制了學生學習密碼學的熱情。即便他們完成了課程的學習，面對實際安全相關項目，仍會感到束手無策，不知如有應用學到的知識，把抽象的理論轉化為實用技術。鑒于已經有來自不同學院的低年級學生選修了密碼學基礎，還有本院的專業選修等，我們更加需要考慮到他們不同的基礎和對密碼學的不同需求。顯然多層次教學是我們較理想的應對法則。我們努力把課堂教學和課外實踐有機結合起來，并根據不同層面提供形式多樣的實踐內容。實踐中我們有意側重于實驗部分，引導學生的完成實驗和項目。實踐得到了很好的效果，學生滿意率較高。2

4、 我校密碼學多層次教學現狀浙江工業大學的密碼學教學從2002年開設了計算機專業的研究生選修課“密碼學基礎”開始。2004年開始，面向計算機專業的學生開設了“信息安全”專業選修課（其中密碼學是最重要的模塊之一），然后延伸到專科。2005年我校在面向全校的公選課中開設了“密碼學基礎”，目前該課程每學期開設，影響逐漸增強。2006年軟件學院面向全院學生倡導創新學分、鼓勵學生自主實驗。我們在其中發布了十多個密碼學相關的自主實驗選題，有三十多組參與其中，學生急需補充密碼學相關知識。顯然，目前我校目前已經形成了密碼學教學中的廣泛的、層次差異較大的需求。“因材施教”對于成功地開展多層次教學至關重要。首先，我

5、們要依據不同的需求，為各層次的學生制定合適的教學目標。對于研究生，我們重點關注他們在密碼學領域的自學能力、分析和研究能力的培養。對本科生，我們在介紹基本理論和概念之余，提供更多的密碼分析的訓練和實驗結果分析。對于計算機應用大專層面的學生，重點在密碼學相關概念入門和工具的使用能力培養。3 密碼學多層次教學實踐基于上述認識，我們設計了多層次密碼學教學的教學內容和考核機制，并提供了多個密碼學相關小項目，供學生課余練習、提高。這有助于更好的輔助課堂教學，提升教學質量。3.1 教學內容設計在我們的教學實踐中，針對不同層次，選擇并合理組織教學內容是首要環節。之后我們開發了相應的多媒體課件來更好地輔助學生理

6、解密碼理論。3.1.1 工具使用層面對于計算機相關專業專科和非計算機專業本科生，我們認為教學的重點是掌握密碼學基本概念和經典算法，要求他們能借助工具軟件完成基于經典算法的加解密。我們為此在教學中重點引入了諸如RSAToolDSAToolAESToo和CrypTool等著名工具，它們實現了RSADSA和AES等經典加解密算法和簽名算法。對于古典加解密算法，我們利用CAP軟件便于學生操作，鼓勵學生分析明文和密文。這些工具大多提供了較好的交互性和可視化界面，甚至還提供了Diffie-Hellman協議等的可視化，為教學提供了很好的范例。3.1.2 算法實現和分析層面對于公選課堂，絕大多數學生是文理科

7、的一年級新生，沒有足夠的數學基礎（如：線性代數、數論等）。對于他們來說，理解現代密碼理論有較大困難，但他們大多具有強烈的好奇心和良好的綜合素質。我們考慮在教學中調整古典密碼和現代密碼的教學比例，大致為4：1，以密碼學算法設計思想為主線，引導學生分析、逐步掌握破解古典算法密文的技術。我們鼓勵理科學生編程實現、分析古典密碼算法。我們發現“經典密碼學與現代密碼學”是這一層面合適的教材。該書以Alice和Bob直接為防止惡意第三方Eve而不停選用不同的加密算法以達到秘密通信的目的為主線展開，趣味性強，對相關的算法敘述清楚，提供加解密工具軟件CAP,可操作性強，難能可貴的是對破解思路介紹得很細致。學生可

8、以邊看書邊印證。除此以外，我們還提供了多媒體課件、實驗和操作演示等來幫助學生掌握CAP和Cryptool等工具軟件的使用,并進行密碼分析、古典密碼密文破解的工作。密碼史中的奇人軼事、趣事、古典密碼的產生背景、破解線索和得到附加分的激勵等穿插在課堂中,課堂師生互動良好。啟發式教學和激勵促使學生踴躍地尋求問題的解決方案。3.1.3 現代密碼熱點追蹤層面作為計算機應用與軟件專業研究生的專業選修課,我們在課內主要向學生闡述當代密碼學的主要思想和應用領域,為學生今后的項目實踐提供理論指導。建議我們對這一層面的學生,注重密碼算法和協議內容,因而有密碼學圣經之稱的“應用密碼學：協議、算法與C源程序”成為我們

9、首選的教材。此外,還有“應用密碼學手冊”、“信息安全工程”等也是我們建議的重要參考書。為增強學生在密碼學實踐能力,我們要求選課的學生35人自由成組,閱讀并整理OpenSSL、CrypTool等開源軟件的算法，或者利用JAVA類庫等開發密碼學應用等。同時，閱讀一定量的近期文獻也是學生的必要任務。我們指定的范圍是：LNCS系列、專業雜志（如：AdvancesinCryptology，JournalofCryptology，InternationalJournalofInformationSecurity和Designs，CodesandCryptography等）以及知名的密碼學國際會議（密碼學亞洲會議、歐洲會議和美國會議等）。學生也可以選擇部分國內一級刊物或碩、博士學位論文庫中相關文獻。各層次教學內容設計中，我們特別考慮到了層次間的銜接。鑒于學生可能有機會選修上述多個層次，我們在教學內容設計中特別注意了層次的銜接，減少重疊的可能。比如在工具使用層面，強調應用，只闡述密碼學中最基礎的概念和原理。算法實現和分析層面的教學中注重密碼史的介紹，從古典