虛擬化仿真平臺(tái)在網(wǎng)絡(luò)信息安全實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用研究

虛擬化仿真平臺(tái)在網(wǎng)絡(luò)信息平安實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用研究〔〕:

摘要：網(wǎng)絡(luò)信息平安是網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及相關(guān)專業(yè)的骨干課程，該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)于筑牢學(xué)生網(wǎng)絡(luò)平安專業(yè)根底、進(jìn)步學(xué)生網(wǎng)絡(luò)平安技能至關(guān)重要。本文針對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息平安課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中存在的問題，提出將虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)信息平安的教學(xué)環(huán)節(jié)之中，通過實(shí)際案例，探究虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)的應(yīng)用形式，進(jìn)步網(wǎng)絡(luò)信息平安課程的教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真；網(wǎng)絡(luò)信息平安；應(yīng)用研究

本文引用格式：王楊惠,等.虛擬化仿真平臺(tái)在網(wǎng)絡(luò)信息平安實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].教育現(xiàn)代化,2022,6(16):122-124.

ApplicationofVirtualizationSimulationPlatforminNetworkInformationSecurityExperimentTeaching

WANGYang-hui1,3，CONGLi-gang2,3，DIXiao-qiang2,3

(1.SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering,ChangchunUniversityofScienceandTechnology,Changchun;2.SchoolofputerScienceandTechnology,ChangchunUniversityofScienceandTechnology,Changchun;3.JilinProvincialkeyLaboratoryofNetworkandInformationSecurity,Changchun)

Abstract:Networkinformationsecurityisthebackbonecourseofnetworkputernetworkandrelatedspecialties.Theexperimentalteachingofthiscourseisveryimportantforstudentstolayasolidfoundationofnetworksecurityandimprovetheirnetworksecurityskills.Aimingattheproblemsexistingintheexperimentalteachingofnetworkinformationsecuritycourse,thispaperputsforwardtheapplicationofvirtualsimulationteachingplatformintheteachingofnetworkinformationsecurity.Throughpracticalcases,theapplicationmodeofvirtualsimulationteachingplatformisexploredtoimprovetheteachingqualityofnetworkinformationsecuritycourse.

Keywords:Virtualsimulation;Networkinformationsecurity;Applicationresearch

一前言

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和規(guī)模的飛速開展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在經(jīng)濟(jì)、國防、教育、文化等各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮的作用越來越大，全社會(huì)對(duì)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)空前依賴。隨之而來的網(wǎng)絡(luò)平安問題也空前嚴(yán)重，假設(shè)不能很好的解決網(wǎng)絡(luò)平安問題將直接影響到我國的國家平安。正如__同志在中央網(wǎng)絡(luò)平安和信息化指導(dǎo)小組第一次會(huì)議上指出的那樣："沒有網(wǎng)絡(luò)平安就沒有國家平安，沒有信息化就沒有現(xiàn)代化";。網(wǎng)絡(luò)信息平安已經(jīng)被上升到國家平安高度，嚴(yán)峻的網(wǎng)絡(luò)平安形勢(shì)，迫切的社會(huì)需求，都要求更多專業(yè)技術(shù)過硬的網(wǎng)絡(luò)平安人才投入到我國的網(wǎng)絡(luò)平安行業(yè)之中。

因此，如何培養(yǎng)合格的網(wǎng)絡(luò)平安人才成為了當(dāng)今計(jì)算機(jī)教育工作者面臨的重要課題。本文立足網(wǎng)絡(luò)信息平安實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀，對(duì)其中存在的問題進(jìn)展了深化分析，并有針對(duì)性的提出了將虛擬仿真教學(xué)技術(shù)引入實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，通過虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)技術(shù)彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)手段的缺乏，深化討論了虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)在網(wǎng)絡(luò)信息平安課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用形式，通過一個(gè)階段的使用，發(fā)現(xiàn)虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)可以有效解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室所存在的問題。

二網(wǎng)絡(luò)信息平安課程現(xiàn)狀分析

網(wǎng)絡(luò)信息平安技術(shù)是一個(gè)穿插學(xué)科。該專業(yè)以學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)為主，兼學(xué)通信技術(shù)，同時(shí)還要加強(qiáng)數(shù)學(xué)、物理、法律和管理等方面的根底。要求學(xué)生在信息平安理論根底和實(shí)際才能兩個(gè)方面都得到培養(yǎng)進(jìn)步【1】。網(wǎng)絡(luò)信息平安課程的重要性逐漸被人們認(rèn)識(shí)到，高校逐漸加大對(duì)相關(guān)專業(yè)的投入越來越大，但是目前在該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面還存在以下問題。

〔一)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)缺乏

教學(xué)過程中，實(shí)驗(yàn)課作為理論課程的輔助課程開設(shè)，一般學(xué)時(shí)為理論課程的一半，甚至更少。對(duì)于強(qiáng)調(diào)理論、注重操作的局部專業(yè)課程來講，單純依靠課上提供的實(shí)驗(yàn)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足夯實(shí)專業(yè)知識(shí)和鍛煉理論才能的要求。

〔二〕實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對(duì)落后

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是保障教學(xué)效果的核心，是輔助學(xué)生理解理論內(nèi)容的關(guān)鍵，但是，長期以來，由于實(shí)驗(yàn)硬件環(huán)境和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的限制，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更新速度較慢，與技術(shù)開展存在較大差距。

〔三〕實(shí)驗(yàn)室資源開放程度不高

幾乎所有的高校都致力于實(shí)驗(yàn)室資源的開放，但是由于教學(xué)任務(wù)、教師資源、設(shè)備維護(hù)等因素，實(shí)驗(yàn)室資源開放存在著各種困難和問題，導(dǎo)致大局部實(shí)驗(yàn)室開放程度并不高，長期以來實(shí)驗(yàn)資源得不到充分利用。

為理解決以上網(wǎng)絡(luò)信息平安實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)中存在的問題，必須從實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境建立、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式等多方面共同改良，努力進(jìn)步網(wǎng)絡(luò)信息平安實(shí)驗(yàn)的教學(xué)質(zhì)量。

三網(wǎng)絡(luò)信息平安虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

由于網(wǎng)絡(luò)平安實(shí)驗(yàn)本身具有特殊性和破壞性，使用硬件設(shè)備構(gòu)建真實(shí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)復(fù)原網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)平安往往會(huì)帶來很多問題，無法滿足多種實(shí)驗(yàn)要求，且實(shí)驗(yàn)前期準(zhǔn)備和后期恢復(fù)系統(tǒng)都需要大量的工作。因此，使用虛擬仿真技術(shù)模擬真實(shí)網(wǎng)絡(luò)、復(fù)原平安問題往往是進(jìn)展網(wǎng)絡(luò)平安實(shí)驗(yàn)教學(xué)的首選。利用虛擬化實(shí)驗(yàn)技術(shù)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)信息平安實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可以很好的解決傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)信息平安實(shí)驗(yàn)室存在的問題。

〔一〕長春理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)信息平安實(shí)驗(yàn)平臺(tái)簡介【2】

筆者所在工程組立足于長春理工大學(xué)國家級(jí)計(jì)算機(jī)信息平安與網(wǎng)絡(luò)攻防虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心技術(shù)根底，構(gòu)建了基于云計(jì)算和虛擬化的網(wǎng)絡(luò)信息平安實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。信息平安與網(wǎng)絡(luò)攻防虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)是一個(gè)集虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源建立、展示、管理、共享、交流、效勞于一體的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)管理環(huán)境【5】。平臺(tái)提供自助式虛擬實(shí)驗(yàn)工程建立體系，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)輔助學(xué)生對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)工程內(nèi)容的認(rèn)知和理解。學(xué)生可以在線學(xué)習(xí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)，預(yù)約虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)備和場地，通過網(wǎng)絡(luò)共享平臺(tái)的軟硬件資源，完成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)理論教學(xué)多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)工程，包括網(wǎng)絡(luò)信息平安與攻防技術(shù)這類特殊的實(shí)驗(yàn)工程。學(xué)生可以利用虛擬仿真平臺(tái)搭建復(fù)雜的企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造，可以手動(dòng)配置、連接和使用虛擬實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備進(jìn)展實(shí)驗(yàn)，在完成實(shí)驗(yàn)后，教師對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以進(jìn)展教學(xué)考核、評(píng)價(jià)和反響。

〔二〕網(wǎng)絡(luò)信息平安虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)【3】

如圖1所示，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是在云計(jì)算平臺(tái)開源工程OpenStack根底上構(gòu)建的，可以利用OpenStack實(shí)現(xiàn)類似于AmazonEC2和S3的云根底架構(gòu)效勞。控制效勞器和效勞器節(jié)點(diǎn)都安裝了Ubuntu操作系統(tǒng)；其中控制效勞器還安裝了Network模塊，效勞器節(jié)點(diǎn)安裝了Nova和Swift，其他幾個(gè)模塊也在平臺(tái)中得到了應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)利用控制效勞器管理各個(gè)效勞器節(jié)點(diǎn)，根據(jù)第一網(wǎng)絡(luò)云存儲(chǔ)和第二網(wǎng)絡(luò)云存儲(chǔ)中的鏡像，建立虛擬靶機(jī)和虛擬攻擊機(jī)。虛擬靶機(jī)和虛擬攻擊機(jī)之間可以通過虛擬網(wǎng)絡(luò)連接，也可以通過網(wǎng)絡(luò)平安設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備連接，以此構(gòu)建出多樣化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

四虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的應(yīng)用

虛擬仿真平臺(tái)支持網(wǎng)絡(luò)信息平安領(lǐng)域的主要實(shí)驗(yàn)類型，包括操作系統(tǒng)平安、數(shù)據(jù)庫平安、web平安、數(shù)據(jù)加密技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)攻防、計(jì)算機(jī)病毒等。本文以文件型病毒感染機(jī)制研究實(shí)驗(yàn)為例，介紹虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的應(yīng)用情況

〔一〕平臺(tái)應(yīng)用實(shí)例

本小節(jié)所介紹實(shí)驗(yàn)以文件型病毒為例，通過對(duì)該實(shí)驗(yàn)的描繪，理解平臺(tái)應(yīng)用方法。計(jì)算機(jī)病毒原理及相關(guān)防護(hù)、查殺知識(shí)是網(wǎng)絡(luò)信息平安的重要內(nèi)容。本平臺(tái)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)病毒實(shí)驗(yàn)?zāi)K包括引導(dǎo)區(qū)病毒實(shí)驗(yàn)、文件型病毒實(shí)驗(yàn)、宏病毒實(shí)驗(yàn)、腳本病毒實(shí)驗(yàn)等多個(gè)模塊，覆蓋了典型的計(jì)算機(jī)病毒類型，包含近百種病毒源程序。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為學(xué)生提供了近似真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，學(xué)生通過完成該平臺(tái)提供的實(shí)驗(yàn)可以掌握病毒原理，明確病毒作用機(jī)理，分析病毒感染過程，學(xué)習(xí)病毒的防護(hù)知識(shí)和查殺方法。

〔1〕實(shí)驗(yàn)工具

本實(shí)驗(yàn)涉及的相關(guān)工具包括OLLYDBG、PEExplorer、LaborDayVirus.exe、UltraEdit等，其中OLLYDBG是一種具有可視化界面的32位匯編分析調(diào)試器，是一個(gè)新的動(dòng)態(tài)追蹤工具；PEExplorer是功能超強(qiáng)的可視化Delphi、C++、VB程序解析器，能快速對(duì)32位可執(zhí)行程序進(jìn)展反編譯，并修改其中資源；LaborDayVirus.exe是文件型病毒程序；UltraEdit是一種優(yōu)秀的文本編輯工具。在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，已經(jīng)將本實(shí)驗(yàn)所需的工具預(yù)先安裝在實(shí)驗(yàn)虛擬機(jī)中，在實(shí)驗(yàn)過程中可以直接調(diào)用。

〔2〕實(shí)驗(yàn)過程

該實(shí)驗(yàn)過程分為以下步驟：

①將實(shí)驗(yàn)test.exe文件與病毒文件LaborDayVirus.exe文件放置在同一文件夾下，執(zhí)行病毒文件，感染test.exe文件，執(zhí)行test.exe文件，查看是否能正常執(zhí)行，并記錄現(xiàn)象；

②比擬實(shí)驗(yàn)文件感染前后的大小變化，利用OLLYDBG和PEExplorer工具查看程序入口點(diǎn)變化情況，確認(rèn)實(shí)驗(yàn)文件是否被感染；

③利用UultraEdit的文件比照功能，翻開test.exe原文件副本和感染后的文件進(jìn)展二進(jìn)制比照，查看文件所發(fā)生的變化并記錄；

④利用系統(tǒng)提供的例程，編寫LaborDayVirus.exe病毒專殺程序，去除病毒。

通過以上步驟，學(xué)生可以掌握文件感染病毒的感染過程、文件感染病毒后所發(fā)生的變化以及病毒去除的方法。

〔二〕平臺(tái)應(yīng)用效果分析

基于虛擬仿真技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)信息平安實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的簡稱，為新課程、新內(nèi)容、新教法的應(yīng)用提供了可能，并為教學(xué)改革等理論活動(dòng)提供了技術(shù)根底。目前，使用該平臺(tái)已經(jīng)為14門專業(yè)課程開設(shè)了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)題目超過300個(gè)，徹底打破了實(shí)驗(yàn)室在空間和時(shí)間上對(duì)于學(xué)習(xí)活動(dòng)的束縛。

同時(shí)，以該平臺(tái)為根底，計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院成功舉辦了兩屆網(wǎng)絡(luò)攻防大賽，夯實(shí)了學(xué)生網(wǎng)絡(luò)平安根底，鍛煉了學(xué)生網(wǎng)絡(luò)平安技能。在2022年5月舉辦的首屆吉林省大學(xué)生網(wǎng)絡(luò)平安大賽中，我院學(xué)生獲得了團(tuán)體總分第一名的好成績。

而且，通過進(jìn)一步比照測驗(yàn)，使用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)展實(shí)驗(yàn)的同學(xué)平均實(shí)驗(yàn)成績明顯高于為使用該平臺(tái)的同學(xué)?？梢哉f，這些工作的開展，這些成績的獲得，都離不開虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的應(yīng)用。

五總結(jié)

虛擬仿真平臺(tái)的應(yīng)用，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)信息平安相關(guān)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)起到了明顯的促進(jìn)作用。該平臺(tái)不僅豐富了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、降低了實(shí)驗(yàn)本錢，還打破了空間和時(shí)間限制，將實(shí)驗(yàn)室搬到了互聯(lián)網(wǎng)上，最主要的是極大地激發(fā)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)熱情，解決了在文章開始所提出的目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)中所存在的問題。可以說，虛擬仿真平臺(tái)的應(yīng)用，對(duì)于進(jìn)步網(wǎng)絡(luò)信息平安相關(guān)課程教學(xué)質(zhì)量具有重要的促進(jìn)作用[4-12]。

參考文獻(xiàn)

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