An Exploration of the Practice Teaching of

Cryptography in the Discipline of Information Engineering

ZHAN Ai-yun1, ZHANG Yue-jin2

School of Information Engineering, East China Jiaotong University, Nanchang 330013,China

1.zayscj@ecjtu.jx.cn, 2.zyjecjtu@foxmail.com

Abstract: Cryptography is an essential component of the practice teaching students to master the theory cryptography. As a starting point for Information Engineering cryptography practice teaching, analysis of the current status of teaching practice of information engineering set the password of practical teaching in the teaching content and teaching methods of cryptography to establish a practical teaching system. These aspects are then expounded system actinically. This teaching model has been executed in practice and obtained good results and thus may have meaningful imp licit ions.

Keywords: practice teaching; teaching system; leader responsibility; Challenge/Response

信息工程专业密码学课程实践教学研究

展爱云 1，张跃进 2

华东交通大学信息工程学院，南昌 江西 330013

1.zayscj@ecjtu.jx.cn, 2.zyjecjtu@foxmail.com

【摘要】密码学课程实践教学是学生掌握密码学理论的不可缺少的组成部分，本文以信息工程专业密码学实践教学为出发点，分析了目前信息工程专业实践教学现状，阐述了密码学实践教学中的教学内容及教学方法，确立了密码学实践教学体系。系统阐述了信息工程专业密码学教学的理论和设计，将其应用到实际教学中, 取得了较好的教学效果，为同行提供了一定可参考的价值。

【关键词】实践教学；教学体系；组长负责制；Challenge/Response

1 引言

密码学的性质决定了它有很强的实践性，是和

实际结合非常紧密的学科，密码学的最终目的是提

供各种安全的实用算法，它强调理论联系实际，因

此对密码学的实践教学应该给予高度的重视。利用

教学实验, 目的是让学生从应用的角度去理解密码

学理论知识, 尤其是算法，让学生了解各种密码算

法的设计和实现，培养提高学生将理论知识转换为

实际成果的能力，主要是将算法编程实现成为可以

实际使用的程序；密码学实践教学还应该拓展学生

的视野，让学生熟悉并掌握常用的密码应用，为将

来的工作打下基础[1]。

密码学课程应精心设计实验教学环境，让学生

通过多个密码算法的程序设计实现，更好地掌握密

码算法设计的机理和方法，并能掌握密码学系统设

计的基本方法和步骤，理解密码学在信息安全中的

重要地位，了解密码学领域的新进展、新应用，使

学生学完课程后，对密码学的原理、思想和算法都

有清晰、深入的理解[2]。

2 密码学实践教学现状

由于我校信息工程专业是一个2004年创办的

新专业，密码学实验课也相对比较新，因此存在一

些问题。通过对各高校密码学教学的初步了解，目

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前各高校的密码学实践教学尚处在探索和发展阶

段，我们发现虽然各大高校的密码学实验课程的自

身的特点有所不同，但是存在着一些普遍的问题，

归纳起来有以下几个方面：

（1）实验学时较少，内容少，实验形式单一；

（2）非计算机专业学生实现算法编程难度大；

（3）很少涉及密文分析及密码破译实验；

（4）密码应用系统实验良莠不齐，缺乏与应

用联系。

因此出现了所学理论知识和实际应用之间无

法紧密衔接的问题，直接影响学生的积极性和学习

兴趣。建立一个细致、规范的实验教学模式是密码

实践教学的基础环节，在此基础上，实践教学内容

设计、教学方法、实践系统等均是需要建立具体规

范指导的核心环节。

3 密码学实践教学内容设置

首先，在实验题目的制定上，我校密码学课程

的实验教学分为基础验证实验和综合设计实验两

个层次。基础验证实验主要是对课程教授内容中的

基本原理进行设计实现，使学生能对所学内容全面

掌握并加深理解。

基础实验环节的考核主要采用组长负责制验

收的形式。根据实验内容，每个批次的学生在进行

实验前根据学号每4人一组，分成自然小组；实验

前要求组长督促大家写预习报告，在实验完成后统

一检查，并形成验证结果报告；实验过程中，教师

可重点盯防组长，首先组长必须完成实验任务，然

后组长担任该小组的实验过程的监督和辅导，由此

扩展到整个批次的学生，根据三个学期的教学实

践，该体制整体效果比较理想。

综合设计实验要求学生能运用已学的先修课

程知识，结合本门课程，采用系统设计的思想，设

计出一个完整的具有实际运用意义的信息安全系

统，我们所采用的题目是设计一个混合密码加密系

统，要求利用公钥算法加密对称密钥，利用对称密

钥算法加密文本文件或者文字，既发挥公钥算法的

优点，又提高了系统的效率。这道题目涵盖了现代

密码算法的精华，难度也没有超出学生以往课程实

践难度的要求，是一道较好的综合性设计题目。实

践证明，综合设计实验有助于加强学生动手能力和

创新能力的培养，同时锻炼了学生的思维和操作能

力，激发了学生的学习兴趣，使学生充分发挥了学

习主动性。

具体的实验题目如表1 所示。

Table 1. Cryptography experimental arrangement

表 1.密码学实验安排

实验内容 学时分配

1、古典密码的编程实现 4

2、DES 的编程实现 2

3、AES 密码的编程实现 2

4、RSA、ECC 密码的仿真 6

5、DSS 数字签名仿真 2

6、MD5 算法仿真 2

7、公钥证书的认识与使用 2

8、综合设计实验 4

总计 24

另外，在密码学实验内容的选取上不应局限在

算法的理解和编程实现上，而应该拓展到渗透着众

多的密码学理念、算法和技术的网络应用上，使学

生了解密码学技术是如何应用而成为我们日常工

作生活所不能缺少的部分。由此可分为两个层次，

一是让学生使用现有的密码学应用系统，掌握原

理；二是如果学生学有余力，可以编写完成一套独

立的应用系统。

4 密码学实践教学方法探究

密码学实验课程内容设计和教学方法分析密

码学实验中各高校存在的诸多问题，结合本校的教

学培养要求，我们在吸取6 年的密码学实验教学经

验的基础上，提出了新的密码学实践教学方法。 （1）把提高学生学习兴趣放在首位，使学生

具备主动学习的动力。 “兴趣是最好的老师”，可见兴趣是学生学习

的最强有力的动力源泉。绝大部分的学生对将来出

去工作需要用到的知识表现出极大的兴趣；特别是

作为其专业基础课配套的实验课，学生们往往会对

该实践内容寄予厚望，希望能学到的是直接和社会

应用挂钩的知识、技术和能力。通过具体实践，使

学生基本上具备进入相关行业需要的基本技术和

行业应用知识，对未来的工作将不再陌生、不再恐

惧，达到了学以致用的目的，才能激发起学生的浓

厚的学习兴趣。

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（2）以仿真实验为主，以编程实现为辅。

对于信息工程专业学生而言，如何降低算法编

程难度，提高学生完成编程的能力是密码学实验首

先要解决的问题。算法编程实验主要是要让学生学

会用计算机语言描述密码算法的能力。该专业学生

往往缺乏编程经验，阅读参考别人的代码，先仿真

再编程，是提高其编程能力最有效的方法之一。

（3）与时俱进，更新实验内容。

为了让学生更加贴近社会应用，很有必要加入

“了解当前网络应用系统中的安全措施的使用原

理”这一环节，实现书本知识和实际应用的紧密联

系。密码学包含密码编码学和密码译码学两部分。

由于译码难度大，因此绝大部分的院校在密码学实

验当中将译码的相关实验一概不予考虑。从锻炼学

生的思维和实际能力考虑，除了安排加密算法的相

关实践外，密码译码的思想应该在实验中体现。可

以让学生针对特定的加密算法编写破解程序或使

用现成的破译工具来演示破译实验。

（4）丰富实验方式，提高实验的生动性及多

样性。

密码学本身是和数学相关的比较深奥和枯燥

的课程，因此，密码学实验的目标除了帮助学生理

解密码理论的同时，还有一个很重要的任务是尽量

提起学生的参与热情。那么，密码学实验必须采取

丰富的实验方式，提高实验的生动性及多样性，从

而避免枯燥的机械式的学习，提高理论课和实验课

教学效果。比如可采取算法完整编程与算法部分编

程相结合，穿插密码学相关工具的使用，引入密码

学具体应用系统的应用，教师给定相关的热点方向

让学生到网络中搜索密码学前沿知识等方式。

5 密码学实践教学体系的建立

为了保证达到教学目的, 需建立个细致、规范

的教学模式,。参考其他高校的成功案例，结合我校

信息工程专业实际情况，可建立包含实验题目设

计、实施过程监控、实验结果评价以及实验教学手

段等各个方面的实践教学体系。

根据组长负责制，讲学生分为若干个小组，教

师将实验题目通过《网络与信息安全技术》精品课

程交互系统公布, 各个小组可选择本小组能力范围

下可以完成的选题。这样既可提高学生密码学的知

识热情，也培养了学生的团体协作精神。在实验题

目的制定上，我们认为应在完成验证性实验的前提

下加入设计性实验的内容。

Figure 1. Practice Teaching system based cryptography

图 1. 密码学实践教学体系

根据实践教学内容设置要求，在综合设计题的

处理上，学生可以应用课外时间在《网络与信息安

全技术》网站的支持下、在查阅大量文献的情况下

完成该题目，并形成结果报告，在期末考核时，采

取“Challenge/Response”方式评定成绩。另外，预

习报告以及验证型实验的结果报告都有统一模板，

帮助完成细致的课程内容验证。而最后的综合设计

实验，通过报告范例的形式鼓励学生编写高水平的

总结报告，甚至可形成学术论文，为将来的研究和

工作打下基础，并为信息工程专业的学习奠定基

础。实验的结果考核采用平时成绩加上综合设计实

验的成绩，在成绩评定上鼓励创新，并能全面准确

地评价各类学生和因材施教。

6 结束语

密码学实践教学对增强学生的实践能力、培养

学生的科研能力以及提高学生的创新意识都有着

重要意义，同时它也促进了整个信息专业的实践教

学发展。因此结合我校的实际情况和以往的教学经

验，提出了组长负责制、“Challenge/Response”考

核方式等密码学实践教学方法，建立密码学实践教

学体系，在培养和提高学生分析问题、解决问题及

动手能力方面也非常有效，实践表明达到了提高培

养学生的实践能力的教学效果。

致 谢

本文在选题及研究过程中得到谢昕教授的悉

心指导。他多次询问研究进程，并为我指点迷津，

帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。他一

丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，

不仅授我以文，而且教我做人，给以终生受益无穷

之道。对谢教授的感激之情是无法用言语表达的。

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