密碼學課程設計探索與實踐[權威資料]

1、密碼學課程設計探索與實踐 本文檔格式為word,若不是word文檔,則說明不是原文檔。 最新最全的 學術論文 期刊文獻 年終總結 年終報告 工作總結 個人總結 述職報告 實習報告 單位總結 【摘要】密碼學是信息安全專業(yè)的一門專業(yè)基礎課，密碼學課程設計是密碼學的重要組成部分。本文以密碼學課程設計的題目設計為出發(fā)點，分析了目前信息安全本科專業(yè)實驗課程的現狀，闡述了密碼學課程設計中題目設計應充分地考慮密碼學學科的最新研究成果和計算機技術的發(fā)展現狀，并以此為原則，從實驗內容上提出了密碼學課程設計的內容安排，為密碼學實踐教學提出了可行的方案。 【關鍵詞】密碼學 課程設計 教學改革 創(chuàng)新 【基金項目】本文

2、系南京郵電大學通達學院教改項目（td00411jg28）支持。 【中圖分類號】g64 【文獻標識碼】a 【文章編號】2095-3089（2013）01-0015-02 1.前言 隨著信息化時代的到來， 信息安全已成為信息化社會最重要與最關鍵的問題之一。同時。信息安全是一門國家重點發(fā)展的新興學科，是計算機科學與技術、通信工程、信息與計算科學等學科的交叉學科。南京郵電大學通達學院于2007年設立信息安全方向，隸屬于計算機科學與技術專業(yè)，并于2012年設立獨立的信息安全專業(yè)。 密碼學作為信息與計算科學、信息安全等專業(yè)的專業(yè)基礎課，是信息安全的理論核心。作為信息安全專業(yè)的一門很重要的專業(yè)基礎課，密碼學

3、對學生有非常高的要求。密碼學在具有寬廣深厚的理論基礎的同時，也具有深刻的實踐應用背景，具有很強的可操作性。 密碼學是一門理論性和實用性都很強的課程，具有很強的實踐性。實踐環(huán)節(jié)對幫助學生全面牢固地掌握課堂教學內容、培養(yǎng)學生的實踐和實際動手能力、提高學生全面素質具有很重要的意義。密碼學課程設計是密碼學課程教學中的一項重要內容，是完成教學計劃達到教學目標的重要環(huán)節(jié)，是教學計劃中綜合性較強的實踐教學環(huán)節(jié)。 2.密碼學課程設計中存在的問題 密碼學課程設計在密碼學課程中占有重要的地位。通過對各高校密碼學課程教學的了解，我們發(fā)現密碼學課程設計存在一些普遍的問題。以南京郵電大學通達學院為例，歸納如下： （1）

4、課程設計時間安排滯后。南京郵電大學通達學院密碼學課程的理論教學安排在大二的下半學期，而相應的課程設計安排在大四上半學期，為期兩周。課程設計的時間嚴重滯后，眾多學生對于密碼學課程的基本概念、基本原理、基本方法都已經比較模糊，需要花費大量的時間和精力重新溫習教材的內容。能夠從事具體編程實踐的時間大打折扣。 （2）課程設計內容比較單薄。密碼學課程設計的實踐內容通常是教材中的驗證性實驗。如des（aes，idea等）算法、rsa（elgamal）算法、hash函數、各種簽名算法的實現等。不可否認驗證性實踐可以使學生對密碼學的原理、算法有清晰、深入的理解，并能更好地掌握密碼算法設計的機理和方法。但是固定

5、陳舊的課程設計內容，使得網絡中存在著大量的現成的、已有的源代碼，學生基本都可以通過baidu、google搜索到上述問題的解答，從而，根本無法取得密碼學課程設計原有的教學目標。 （3）課程設計內容陳舊，與實踐脫節(jié)。目前，密碼學課程設計的內容還是僅局限教材的內容，并沒有充分考慮具體的實踐背景。以rsa算法為例，教材中介紹的是基本的rsa算法，但是由于rsa算法的同態(tài)性，在實際的應用中都是運用的基于rsa的變型算法，如oaep。內容的陳舊不能很好的擴寬學生的知識面和視野，并且也出現了教材的理論知識和具體的實踐應用之間無法緊密銜接的問題，直接影響學生的積極性和學習興趣。 3.密碼學課程設計實驗內容探

6、索 密碼學課程是一門理論和實踐課程相結合的課程。密碼學實踐教學包括密碼算法的驗證實驗和密碼算法的應用實驗，這種實踐教學是集繼承和創(chuàng)新于一體的。我們在密碼學課程設計課程中，將把學生分成幾個小組， 課程設計的題目公布， 各個小組不重復的選擇可以完成的設計題目。學生在兩周的時間內利用課堂和課外時間在查閱大量文獻的情況下完成該題目。題目完成后要求各個小組負責人答辯， 同時抽查詢問小組其他成員在設計中的具體分工和完成效果， 要求學生寫出高質量的課程設計報告， 最后給出評定結果。 密碼學課程實踐從實驗類型上可分為驗證性和綜合性實驗，驗證性實驗主要是對對稱加密算法、公鑰算法和哈希函數等算法的驗證，綜合性實驗

7、主要是數字簽名、保密性與認證性和應用安全等綜合實驗。密碼學課程設計實驗內容的選擇設計至關重要。我們認為密碼學課程設計的題目設計應在依據密碼學理論教學內容的基礎上，充分考慮密碼學學科的最新研究成果和計算機技術的發(fā)展現狀。我們在具體的密碼學課程設計中，以綜合性實驗為主，盡量避免單純的驗證性實驗，以防止學生能夠在網絡上找到現成的代碼，主要設計如下的5大類實驗題目： （1）對于分組密碼算法，我們不單純的讓學生實現des算法、idea算法或者aes算法。而是以三個作為基礎，讓學生采用不同的實現模式，如采用密碼分組鏈接模式和密碼反饋模式，對大的數據塊進行加密與解密操作，并考察兩種模式的加密效率，和對明文、

8、密文的錯誤傳播進行比較。通過該題目，可以使得學生熟練分組密碼的設計方法和實際的工作模式。 （2）對于公鑰密碼算法，我們不單純讓學生實現rsa算法或者elgamal算法。因為由于基本的rsa算法由于同態(tài)性，所以在實際的應用中，并不采用基本的rsa算法進行加密。我們要求學生利用rsa-oaep算法對給定的消息進行加密。通過該題目，學生可以綜合的掌握大數庫的相關函數、rsa算法的相關算法（如歐幾里德算法、素判定算法等）和hash函數的原理與實踐等。 （3）設計一個小型的公鑰密碼系統(tǒng)。公鑰密碼系統(tǒng)pki的關鍵是對證書的管理，其中主要設計到數字簽名算法。該題目要求學生模擬一個公鑰密碼系統(tǒng)的證書管理過程，

9、包括證書的生成、分發(fā)、取消等。其中簽名算法利用schnorr算法。通過該題目，學生可以熟悉實際中pki系統(tǒng)的運行流程、并熟悉大數庫相關函數的操作，以及hash函數的相關編程等。 （4）密碼破解方面。主要對windows操作系統(tǒng)的開機認證的hash碼采用暴力破解和字典攻擊的方式破解。破解的優(yōu)化可以在兩個方面進行考慮：一是利用時空折衷彩虹表的方式；在一個利用云計算下的mapreduce編程的方式。密碼口令的破解具有天然的可并行化處理的優(yōu)點，而云計算對于并行化處理具有天然的優(yōu)勢。通過該題目，讓學生了解計算機科學最新的應用現狀，理解掌握最新的應用技術，并熟悉hash函數的編程。 （5）密鑰協商算法的實

10、現。它的安全性基于有限域上的離散對數難題，我們不要求學生實現基本的diffie-hellman算法，而是模擬實現端到端的密鑰協商協議生成相同的密鑰k。其中的驗證算法利用hmac算法。通過該題目，學生可綜合的熟悉大數庫相關函數，以及基于hash函數的mac碼的設計等知識點。 4.結束語 密碼學課程設計是信息安全本科專業(yè)的一門重要的實踐課。但是，目前各高校的密碼學實驗課普遍存在著開課滯后，課程設計題目單薄、局限性大，與實際的應用相脫節(jié)等問題。因此綜合我校的實際情況，并充分結合密碼學學科的最新研究成果和計算機技術的發(fā)展現狀，提出了一系列具體的綜合性的密碼學課程設計題目。在幫助學生加深對密碼學具體算法

11、設計方法、設計原理理解的基礎上，體會密碼學工具在具體安全問題上的綜合應用，培養(yǎng)了學生的動手能力，提高了學生的創(chuàng)新意識。 密碼學課程的教學改革不是一朝一夕就能完美地完成的，需要在教學實踐中不斷總結教學的特點和規(guī)律。教師如何在有限的學時數里， 確定好合適的課程設計題目，提高學生學習和探索的興趣，培養(yǎng)學生的實踐能力，是一個值得不斷深入探討和實踐的問題。 參考文獻： 1 陳逢林. 密碼學實驗課程的建設j. 安慶師范學院學報（ 自然科學版），18（1），2012：108-111. 2 李曦. 密碼學課程實踐教學存在的問題及改進措施j. 高等教育研究， 28（2）， 2011：23-24. 3 呂秋云，趙

12、澤茂，劉順蘭. 信息安全本科專業(yè)密碼學實驗課程的教學研究j. 計算機教育，2009（15）： 133-135. 4 李樹棟， 吳曉波. 密碼學課程教學設計與實驗研究j. 甘肅科技， 25（1）， 2009：153-155. 作者簡介： 王少輝（1977.7-），男，山東濰坊人，南京郵電大學計算機學院，講師。研究方向：信息安全，密碼學。 王志偉（1977.10-），男，江蘇揚州人，南京郵電大學計算機學院，講師。研究方向：信息安全，密碼學。 閱讀相關報告總結文檔:淺談外科專業(yè)英語教學存在的問題與對策 淺談風能利用相關專業(yè)學生的課程設置與培養(yǎng) 歷史課堂設計的美學網格布局 高職國際貿易操作實務“雙證融通”課程模式研究 企業(yè)培訓需求調查分析策略探析 后方法視野下多媒體課堂教學與網絡自主學習的整合 對外漢語教學的一些體會 試論高校就業(yè)指導向職業(yè)指導課程體系轉變的作用和重要性 廣東實現高等教育普及化的突破口在于提高中高職銜接教育比例 plc順序