智能手機進行網(wǎng)絡(luò)安全的課程教學改革

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摘要：隨著WiFi、4G以及5G等無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，手機上網(wǎng)已經(jīng)越來越便利，智能手機也成為人們必不可少的隨身之物。文章對如何利用智能手機進行網(wǎng)絡(luò)安全課堂教學實踐進行了探討。在教學中，如果能充分利用智能手機進行教學實踐，可以有效增加師生互動，幫助學生理解復雜的網(wǎng)絡(luò)安全算法和協(xié)議，有利于學生了解自身設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)安全保護情況，從而提高教學質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：智能手機；網(wǎng)絡(luò)安全；課堂教學改革

引言

在大學課堂教學中，有一個現(xiàn)象已經(jīng)引起廣泛的關(guān)注：越來越多的學生上課看手機，對老師的授課內(nèi)容缺乏持續(xù)關(guān)注，只有聽到自己感興趣的內(nèi)容才愿意抬頭聽講。顯然，上課看手機嚴重影響了學生對授課知識的吸收和理解，學生往往只能學習或了解到部分知識點內(nèi)容，難以全面系統(tǒng)地握課程體系架構(gòu)和具體知識點內(nèi)容。因而對于這個現(xiàn)象，多數(shù)人的觀點都是采用禁止的態(tài)度。如有學校禁止手機進課堂，把手機儲存在儲物盒中，下課后在取回，或者規(guī)定手機不能帶進課堂拒不上交將扣學分[1][2]。當然，這種只是堵的方式會引起學生的反感，有部分學生提出了自己的看法，如：“大學課堂內(nèi)容較多，用手機拍照記錄筆記很方便?！薄ⅰ翱梢岳檬謾C錄音老師的授課內(nèi)容，便于課后復習。”、“遇到不懂的問題可以立刻用手機進行搜索查詢。”、“萬一課堂上應(yīng)聘企業(yè)或家人有急事找，手機不在身邊怎么辦？”等。這些提法和意見都有其合情合理之處，學校和老師不應(yīng)當漠視。為了更好解決手機與授課之間的沖突，越來越多的高校教師選擇了利用智能手機進行課堂輔助教學，讓沖突變?yōu)楹献鳎⑷〉昧肆己眯Ч?。如：文獻[3]通過分析英語趣配音、微信這2種智能手機APP在高職英語語音課教學中的可行性、教學的方法和效果，建議在今后的教學中使用智能手機APP以提升教學質(zhì)量；文獻[4]建議高校教師和管理者應(yīng)嘗試將智能手機作為輔助教學的重要工具，充分發(fā)揮智能手機的多功能以增強理論課的參與度；文獻[5]更是指出互聯(lián)網(wǎng)進課堂將成為學校課程與教學改革的新趨勢。目前，對利用智能手機進行網(wǎng)絡(luò)安全課程教學改革的研究較少。結(jié)合筆者的教學實踐，本文將探討智能手機在網(wǎng)絡(luò)安全課程教學中的多種應(yīng)用場景。具體的，本文將從加密算法、網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)流量分析等三個方面闡述課堂教學中智能手機的實際應(yīng)用，并分析其它的可能應(yīng)用場景。應(yīng)用效果表明在實際教學中，智能手機能起到良好的教學效果，增加學生的感性認識，對理論知識的理解和把握具有重要幫助。

一、網(wǎng)絡(luò)安全教學現(xiàn)狀分析

由于網(wǎng)絡(luò)安全課程具有內(nèi)容涉及廣泛、難度高、更新周期短和實踐性強等特點[6]，學生在學習的過程中存在壓力較大、對許多內(nèi)容不理解等問題。經(jīng)總結(jié)，發(fā)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)安全教學中存在以下三個方面的挑戰(zhàn)。一是教學模式單一?，F(xiàn)在一些本科院校在開展計算機網(wǎng)絡(luò)安全課程時，仍然是以教師為主體的灌輸式傳統(tǒng)教學模式，忽略學生作為“教學主體”的特性，嚴重制約學生創(chuàng)新意識及動手能力培養(yǎng)[7]。二是學生缺乏對網(wǎng)絡(luò)安全問題的直觀認識?，F(xiàn)實中，由于我國高校和電信網(wǎng)絡(luò)有相對健全的安全保障體系，以及主流殺毒軟件都提供免費個人版，大部分在校生很少有機會真正地接觸到網(wǎng)絡(luò)安全事件或是遭受嚴重的網(wǎng)絡(luò)攻擊。三是學生基礎(chǔ)知識不足。網(wǎng)絡(luò)安全課程包含的內(nèi)容非常豐富，如對稱加密算法、非對稱加密算法、防火墻的配置和應(yīng)用、黑客攻擊與防范技術(shù)應(yīng)用等。學生在學習網(wǎng)絡(luò)安全課程之前，應(yīng)熟練掌握編程、網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)等專業(yè)知識，并有好的數(shù)學功底。但絕大部分學生很難滿足該要求。為此，亟需對網(wǎng)絡(luò)安全課程的教學改革開展深入研究。在本文中，筆者將探討智能手機在網(wǎng)絡(luò)安全課程教學中的多種應(yīng)用場景，為后續(xù)的網(wǎng)絡(luò)安全課程的教學改革提供參考。

二、智能手機在網(wǎng)絡(luò)安全課程教學中的應(yīng)用

（一）加密算法教學中智能手機的應(yīng)用

在網(wǎng)絡(luò)安全教學中，密碼學是其基礎(chǔ)、核心，是課程的重要教學內(nèi)容。但由于密碼學涉及到眾多數(shù)學知識和大量計算，學生難以理解和把握，容易產(chǎn)生厭學情緒。特別的，在網(wǎng)絡(luò)安全課程教學中，密碼學是首先需要介紹的內(nèi)容。因此，如果學生一開始便產(chǎn)生了恐懼、厭學的情緒，則對后面的課程教學有著非常不利的影響。為此，筆者針對公鑰加密算法，利用智能手機進行相應(yīng)教學改革。RSA和DH（Diffie-Hellman）算法是公鑰加密算法的典型代表，在實際網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)中有著非常廣泛的應(yīng)用。在講解RSA算法時，首先給出加密和解密的計算公式。加密過程如公式（1）所示，解密過程如公式（2）所示。C=Memodn（1）M=Cdmodn（2）然后，給出具體的例子進行實際演算，如M=88，e=7，d=23，n=187。若讓學生直接887mod187的值，則計算困難。利用智能手機上的科學計算器，能快速算出計算結(jié)果，使得學生對RSA算法的執(zhí)行步驟有了直觀認識。類似的，在學習DH算法時，需要計算公鑰Ya、Yb以及共享密鑰K的值，如公式（3）、（4）、（5）所示。Ya=αramodq（3）Yb=αrbmodq（4）K=（Ya）rbmodq=（Yb）ramodq（5）選擇素數(shù)q＝353，本原根α＝3，隨機數(shù)（私鑰）ra＝97，rb＝233，利用智能手機上自帶的科學計算器能快速算出公鑰Y和共享密鑰K的值。在課堂教學中，可以讓學生攜帶自己的手機上黑板進行計算演示，增加了學生的課堂參與程度。同時，通過實際的計算，讓學生對復雜的加密算法有了直觀認識，也提升了其學習的成就感。

（二）網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議教學中智能手機的應(yīng)用

在網(wǎng)絡(luò)安全教學中，網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議是另一項基礎(chǔ)內(nèi)容。網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議以密碼學算法為基礎(chǔ)，并不涉及數(shù)學計算，但一般的網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議均包含多個步驟，過程抽象，學生難以理解。KerberosV4協(xié)議的要點在于：在消息（2）中，AS發(fā)送會話密鑰Kc，tgs給客戶端C，該密鑰表示C和TGS共享的會話密鑰，同時還包含時間戳（TS1）。然后再用用戶口令生成的密鑰Kc對整個消息進行加密。Tickettgs是票據(jù)授權(quán)票據(jù)。在消息（3）中，C發(fā)送了一條認證消息（Authenticatorc）包含用戶ID、網(wǎng)絡(luò)地址、時間戳，此認證消息的含義是“在TS3時刻，ADc使用Kc，tgs”，只使用一次且生命期很短，可以證明用戶身份。在消息（5）中，C提供最終認證消息（Authenticatorc）。消息（6）表示客戶端對服務(wù)器的認證，返回的時間戳為認證消息時間戳加1，并用會話密鑰加密。為幫助學生理解上述協(xié)議，筆者在課堂中使用“游戲”教學方式，讓4位同學分別擔任客戶端A、服務(wù)器V、認證服務(wù)器AS和票據(jù)授權(quán)服務(wù)器TGS。為模擬出其中的交互過程，使用智能手機為媒介，讓不同手機表示不同的票據(jù)（Ticket），通過手機的傳遞，讓學生直觀了解到Kerberos協(xié)議的交互流程。此外，還可以利用智能手機的無線通信功能，讓學生兩兩配對，然后利用開源App[8]，進行協(xié)議的交互執(zhí)行與演示。

（三）網(wǎng)絡(luò)流量分析教學中智能手機的應(yīng)用

網(wǎng)絡(luò)安全課程不僅是一門理論課，而且也是一門實踐操作課程。沒有動手能力，不能現(xiàn)場展示，學生很難理解一些具體的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)，如網(wǎng)絡(luò)流量分析等。為此，教師可以配置自己的電腦為Wifi熱點，然后讓學生的手機連接至教師電腦，進行現(xiàn)場演示教學。以網(wǎng)絡(luò)分析SSL/TLS協(xié)議為例，教師配置筆記本（安裝Ubuntu操作系統(tǒng)）為Wifi熱點，學生手機連接至該熱點，如圖2所示。然后讓學生連接HTTPS網(wǎng)站，教師在自己電腦上運行Wireshark等網(wǎng)絡(luò)流量分析軟件，現(xiàn)在展示學生手機的網(wǎng)絡(luò)流量內(nèi)容，讓學生直觀感受到什么是網(wǎng)絡(luò)流量分析以及具體如何分析等。同時，還能夠增加教師與學生之間的互動交流。

（四）智能手機的其它應(yīng)用

在網(wǎng)絡(luò)課程教學中，還可以將智能手機應(yīng)用于其它場景以提升教學效果。如：1.上網(wǎng)搜索。課堂教學時，可以利用智能手機的聯(lián)網(wǎng)功能，搜索具體的細節(jié)知識點，如字符的ASCII碼，讓學生理解如何將字符轉(zhuǎn)化為數(shù)字以及二進制進行加解密運算。2.提前預習。上課前，通過班級QQ群、微信群等向授課班級發(fā)送此次課堂學習的核心內(nèi)容，包括課程學習的目標、學習的重難點等，讓學生在課前做好預習準備。3.碎片化教學。在碎片化的時間中，教師通過瀏覽手機中與網(wǎng)絡(luò)安全相關(guān)的新聞、微博、微信公眾號等內(nèi)容，并將相關(guān)內(nèi)容作為教學的案例發(fā)送給學生，使所授知識緊跟當前熱點事件，讓學生了解到身邊的網(wǎng)絡(luò)安全事件，增強其學習興趣。通過以上方法可以激發(fā)大學生的學習欲望，提升教師的教學效率，輔助學生進行知識獲取進而提高課堂教學效果。

三、結(jié)束語

目前，主流的智能手機運算能力已經(jīng)超過早期的PC機，因而實質(zhì)上就是一臺便攜式電腦。網(wǎng)絡(luò)安全課程涉及到眾多數(shù)學計算和實際的網(wǎng)絡(luò)流量分析（甚至攻擊演示），如果充分利用好智能手機，則能起到良好的教學效果。讓學生在實踐中學習，增加了學生的感性認識，對其理論知識的理解和把握具有重要幫助。

參考文獻：

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[5]王竹立，李小玉，林津.智能手機與“互聯(lián)網(wǎng)+”課堂———信息技術(shù)與教學整合的新思維、新路徑[J].遠程教育雜志，2015，33（04）：14-21.

[6]林峰.網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)課程教學改革研究[J].黑龍江教育（理論與實踐），2017（09）：62-63.

[7]韋麗娟.計算機網(wǎng)絡(luò)安全課程教學模式研究[J].軟件導刊（教育技術(shù)），2017，16（10）：76-77.

[8]KerberosAndroidNDKSampleApplication.

作者:何高峰 亓晉 朱海婷 魏建香 單位:南京郵電大學物聯(lián)網(wǎng)學院 南京郵電大學通達學院