智能手機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)安全的課程教學(xué)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(jī)上網(wǎng)已經(jīng)越來越便利，智能手機(jī)也成為人們必不可少的隨身之物。文章對(duì)如何利用智能手機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)安全課堂教學(xué)實(shí)踐進(jìn)行了探討。在教學(xué)中，如果能充分利用智能手機(jī)進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐，可以有效增加師生互動(dòng)，幫助學(xué)生理解復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)安全算法和協(xié)議，有利于學(xué)生了解自身設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)安全保護(hù)情況，從而提高教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：智能手機(jī)；網(wǎng)絡(luò)安全；課堂教學(xué)改革

引言

在大學(xué)課堂教學(xué)中，有一個(gè)現(xiàn)象已經(jīng)引起廣泛的關(guān)注：越來越多的學(xué)生上課看手機(jī)，對(duì)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(jī)嚴(yán)重影響了學(xué)生對(duì)授課知識(shí)的吸收和理解，學(xué)生往往只能學(xué)習(xí)或了解到部分知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容，難以全面系統(tǒng)地握課程體系架構(gòu)和具體知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容。因而對(duì)于這個(gè)現(xiàn)象，多數(shù)人的觀點(diǎn)都是采用禁止的態(tài)度。如有學(xué)校禁止手機(jī)進(jìn)課堂，把手機(jī)儲(chǔ)存在儲(chǔ)物盒中，下課后在取回，或者規(guī)定手機(jī)不能帶進(jìn)課堂拒不上交將扣學(xué)分[1][2]。當(dāng)然，這種只是堵的方式會(huì)引起學(xué)生的反感，有部分學(xué)生提出了自己的看法，如：“大學(xué)課堂內(nèi)容較多，用手機(jī)拍照記錄筆記很方便?！?、“可以利用手機(jī)錄音老師的授課內(nèi)容，便于課后復(fù)習(xí)?！薄ⅰ坝龅讲欢膯栴}可以立刻用手機(jī)進(jìn)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(jī)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(xué)校和老師不應(yīng)當(dāng)漠視。為了更好解決手機(jī)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(jī)進(jìn)行課堂輔助教學(xué)，讓沖突變?yōu)楹献?，并取得了良好效果。如：文獻(xiàn)[3]通過分析英語趣配音、微信這2種智能手機(jī)APP在高職英語語音課教學(xué)中的可行性、教學(xué)的方法和效果，建議在今后的教學(xué)中使用智能手機(jī)APP以提升教學(xué)質(zhì)量；文獻(xiàn)[4]建議高校教師和管理者應(yīng)嘗試將智能手機(jī)作為輔助教學(xué)的重要工具，充分發(fā)揮智能手機(jī)的多功能以增強(qiáng)理論課的參與度；文獻(xiàn)[5]更是指出互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)課堂將成為學(xué)校課程與教學(xué)改革的新趨勢。目前，對(duì)利用智能手機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)安全課程教學(xué)改革的研究較少。結(jié)合筆者的教學(xué)實(shí)踐，本文將探討智能手機(jī)在網(wǎng)絡(luò)安全課程教學(xué)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(gè)方面闡述課堂教學(xué)中智能手機(jī)的實(shí)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(shí)際教學(xué)中，智能手機(jī)能起到良好的教學(xué)效果，增加學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，對(duì)理論知識(shí)的理解和把握具有重要幫助。

一、網(wǎng)絡(luò)安全教學(xué)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(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)[6]，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中存在壓力較大、對(duì)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(xué)中存在以下三個(gè)方面的挑戰(zhàn)。一是教學(xué)模式單一?，F(xiàn)在一些本科院校在開展計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全課程時(shí)，仍然是以教師為主體的灌輸式傳統(tǒng)教學(xué)模式，忽略學(xué)生作為“教學(xué)主體”的特性，嚴(yán)重制約學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)及動(dòng)手能力培養(yǎng)[7]。二是學(xué)生缺乏對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全問題的直觀認(rèn)識(shí)?，F(xiàn)實(shí)中，由于我國高校和電信網(wǎng)絡(luò)有相對(duì)健全的安全保障體系，以及主流殺毒軟件都提供免費(fèi)個(gè)人版，大部分在校生很少有機(jī)會(huì)真正地接觸到網(wǎng)絡(luò)安全事件或是遭受嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)攻擊。三是學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)不足。網(wǎng)絡(luò)安全課程包含的內(nèi)容非常豐富，如對(duì)稱加密算法、非對(duì)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(xué)生在學(xué)習(xí)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(shí)，并有好的數(shù)學(xué)功底。但絕大部分學(xué)生很難滿足該要求。為此，亟需對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全課程的教學(xué)改革開展深入研究。在本文中，筆者將探討智能手機(jī)在網(wǎng)絡(luò)安全課程教學(xué)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(xué)改革提供參考。

二、智能手機(jī)在網(wǎng)絡(luò)安全課程教學(xué)中的應(yīng)用

（一）加密算法教學(xué)中智能手機(jī)的應(yīng)用

在網(wǎng)絡(luò)安全教學(xué)中，密碼學(xué)是其基礎(chǔ)、核心，是課程的重要教學(xué)內(nèi)容。但由于密碼學(xué)涉及到眾多數(shù)學(xué)知識(shí)和大量計(jì)算，學(xué)生難以理解和把握，容易產(chǎn)生厭學(xué)情緒。特別的，在網(wǎng)絡(luò)安全課程教學(xué)中，密碼學(xué)是首先需要介紹的內(nèi)容。因此，如果學(xué)生一開始便產(chǎn)生了恐懼、厭學(xué)的情緒，則對(duì)后面的課程教學(xué)有著非常不利的影響。為此，筆者針對(duì)公鑰加密算法，利用智能手機(jī)進(jìn)行相應(yīng)教學(xué)改革。RSA和DH（Diffie-Hellman）算法是公鑰加密算法的典型代表，在實(shí)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(shí)，首先給出加密和解密的計(jì)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(jìn)行實(shí)際演算，如M=88，e=7，d=23，n=187。若讓學(xué)生直接887mod187的值，則計(jì)算困難。利用智能手機(jī)上的科學(xué)計(jì)算器，能快速算出計(jì)算結(jié)果，使得學(xué)生對(duì)RSA算法的執(zhí)行步驟有了直觀認(rèn)識(shí)。類似的，在學(xué)習(xí)DH算法時(shí)，需要計(jì)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?cái)?shù)q＝353，本原根α＝3，隨機(jī)數(shù)（私鑰）ra＝97，rb＝233，利用智能手機(jī)上自帶的科學(xué)計(jì)算器能快速算出公鑰Y和共享密鑰K的值。在課堂教學(xué)中，可以讓學(xué)生攜帶自己的手機(jī)上黑板進(jìn)行計(jì)算演示，增加了學(xué)生的課堂參與程度。同時(shí)，通過實(shí)際的計(jì)算，讓學(xué)生對(duì)復(fù)雜的加密算法有了直觀認(rèn)識(shí)，也提升了其學(xué)習(xí)的成就感。

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

在網(wǎng)絡(luò)安全教學(xué)中，網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議是另一項(xiàng)基礎(chǔ)內(nèi)容。網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議以密碼學(xué)算法為基礎(chǔ)，并不涉及數(shù)學(xué)計(jì)算，但一般的網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議均包含多個(gè)步驟，過程抽象，學(xué)生難以理解。KerberosV4協(xié)議的要點(diǎn)在于：在消息（2）中，AS發(fā)送會(huì)話密鑰Kc，tgs給客戶端C，該密鑰表示C和TGS共享的會(huì)話密鑰，同時(shí)還包含時(shí)間戳（TS1）。然后再用用戶口令生成的密鑰Kc對(duì)整個(gè)消息進(jìn)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(rèn)證消息（Authenticatorc）包含用戶ID、網(wǎng)絡(luò)地址、時(shí)間戳，此認(rèn)證消息的含義是“在TS3時(shí)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(rèn)證消息（Authenticatorc）。消息（6）表示客戶端對(duì)服務(wù)器的認(rèn)證，返回的時(shí)間戳為認(rèn)證消息時(shí)間戳加1，并用會(huì)話密鑰加密。為幫助學(xué)生理解上述協(xié)議，筆者在課堂中使用“游戲”教學(xué)方式，讓4位同學(xué)分別擔(dān)任客戶端A、服務(wù)器V、認(rèn)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(jī)為媒介，讓不同手機(jī)表示不同的票據(jù)（Ticket），通過手機(jī)的傳遞，讓學(xué)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(jī)的無線通信功能，讓學(xué)生兩兩配對(duì)，然后利用開源App[8]，進(jìn)行協(xié)議的交互執(zhí)行與演示。

（三）網(wǎng)絡(luò)流量分析教學(xué)中智能手機(jī)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(shí)踐操作課程。沒有動(dòng)手能力，不能現(xiàn)場展示，學(xué)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(diǎn)，然后讓學(xué)生的手機(jī)連接至教師電腦，進(jìn)行現(xiàn)場演示教學(xué)。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(diǎn)，學(xué)生手機(jī)連接至該熱點(diǎn)，如圖2所示。然后讓學(xué)生連接HTTPS網(wǎng)站，教師在自己電腦上運(yùn)行Wireshark等網(wǎng)絡(luò)流量分析軟件，現(xiàn)在展示學(xué)生手機(jī)的網(wǎng)絡(luò)流量內(nèi)容，讓學(xué)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(shí)，還能夠增加教師與學(xué)生之間的互動(dòng)交流。

（四）智能手機(jī)的其它應(yīng)用

在網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中，還可以將智能手機(jī)應(yīng)用于其它場景以提升教學(xué)效果。如：1.上網(wǎng)搜索。課堂教學(xué)時(shí)，可以利用智能手機(jī)的聯(lián)網(wǎng)功能，搜索具體的細(xì)節(jié)知識(shí)點(diǎn)，如字符的ASCII碼，讓學(xué)生理解如何將字符轉(zhuǎn)化為數(shù)字以及二進(jìn)制進(jìn)行加解密運(yùn)算。2.提前預(yù)習(xí)。上課前，通過班級(jí)QQ群、微信群等向授課班級(jí)發(fā)送此次課堂學(xué)習(xí)的核心內(nèi)容，包括課程學(xué)習(xí)的目標(biāo)、學(xué)習(xí)的重難點(diǎn)等，讓學(xué)生在課前做好預(yù)習(xí)準(zhǔn)備。3.碎片化教學(xué)。在碎片化的時(shí)間中，教師通過瀏覽手機(jī)中與網(wǎng)絡(luò)安全相關(guān)的新聞、微博、微信公眾號(hào)等內(nèi)容，并將相關(guān)內(nèi)容作為教學(xué)的案例發(fā)送給學(xué)生，使所授知識(shí)緊跟當(dāng)前熱點(diǎn)事件，讓學(xué)生了解到身邊的網(wǎng)絡(luò)安全事件，增強(qiáng)其學(xué)習(xí)興趣。通過以上方法可以激發(fā)大學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，提升教師的教學(xué)效率，輔助學(xué)生進(jìn)行知識(shí)獲取進(jìn)而提高課堂教學(xué)效果。

三、結(jié)束語

目前，主流的智能手機(jī)運(yùn)算能力已經(jīng)超過早期的PC機(jī)，因而實(shí)質(zhì)上就是一臺(tái)便攜式電腦。網(wǎng)絡(luò)安全課程涉及到眾多數(shù)學(xué)計(jì)算和實(shí)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(jī)，則能起到良好的教學(xué)效果。讓學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí)，增加了學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，對(duì)其理論知識(shí)的理解和把握具有重要幫助。

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[8]KerberosAndroidNDKSampleApplication.

作者:何高峰 亓?xí)x 朱海婷 魏建香 單位:南京郵電大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)學(xué)院 南京郵電大學(xué)通達(dá)學(xué)院