1 背 景
隨著信息化變革的快速推進，日益復雜多變的信息化環境迫切需要新型密碼技術的有力保障，密碼技術與國家安全密切相關，具有十分重要的作用。基于此，建設了密碼學在線 MOOC課程。課程以基礎知識學習、創新精神培養為主線，從內容、目的、原理等多個方面，為學生學習密碼學基礎知識、掌握前沿密碼學知識提供有力的指導，將新案例、新技術、新理念等引入本類課程教學內容中，創新教學方法、優化教學設計，打造適應網絡空間安全斗爭新情況的精品課程。課程以密碼學相關課程和教材 [1-6] 為基礎，融合各種前沿新興的密碼技術，確立科學化、前沿化的教學思路，是面向新型信息化環境而組織的一門課程。
（1）該課程是落實網絡空間安全一級學科大綱和人才培養方案計劃要求，是科學開展在線課程教學的要求。教學大綱和人才培養方案是教學實施的總綱和主導，要嚴格按“綱”教學、按“綱”施訓，就必須依據新大綱和人才培養方案，結合在線課程的教學特點，針對密碼學課程的教學目標、考核要求，確立科學化、體系化的在線密碼學課程教學指導規范。
（2）該課程能夠滿足本專科學生開展密碼學方向自主學習的需求，輔助教師線下授課實現混合式教學。針對學生密碼學基礎較弱的實際情況密碼學 古典密碼是基于 的密碼，從內容、目的、原理、步驟等多個方面，為學生學習密碼學課程掌握前沿理論提供有力的理論指導。同時，注重協助教師線下授課，實現混合式教學，通過對知識點進行線上導學，對教學內容精準粒度“微”分割，設計不同培育能力點的微課堂，進行融合式教學，提升教學效果。
本學科擁有一支理論扎實、教學經驗豐富的教學團隊，教學過程始終堅持“需求牽引，創新導向”的原則，明確了在線課程層次化教學目標，結合學生實際密碼學 古典密碼是基于 的密碼，不斷改革教學內容，積累了豐富的教學方法，儲備了完備的課程輔助資料和電子資源庫，較好地完成了課程的建設任務。
（3）解決的主要教學問題。目前，武警工程大學密碼工程學院已有課程建設有信息安全技術、現代密碼學等課程，但是這些課程存在不足：①現有課程不適用于網絡空間安全一級學科新大綱對密碼學課程的教學要求，按照新大綱要求，密碼學課程要面向培養網絡空間安全自主創新人才的任務需求，塑造能掌握前沿知識的現代化高素質人才，但現有課程內容較為陳舊，無法滿足學生緊跟時代前沿，具有自主創新能力的需要；②現有課程缺乏面向前沿學科發展的特色，現代密碼學發展日新月異，屬性加密、云計算安全、區塊鏈等先進技術層出不窮，需要掌握的密碼技術也越發豐富，只有掌握密碼學的基本原理和前沿知識，才能有效培養學員的網絡空間安全創新能力，而現有課程在這些方面較為缺乏。
建設密碼學在線 MOOC 課程需要注意彌補這些方面的缺憾，一方面，著力面向廣大密碼學基礎薄弱甚至無密碼學基礎的廣大學生；另一方面，著力融入較為前沿的密碼學技術，培養創新能力。
2 密碼學在線MOOC課程的教學設計
2.1 密碼學在線 MOOC 課程的內容設計
密碼學在線MOOC課程內容設計如圖1所示。
該課程共分為 3 部分：①密碼技術發展歷史，包括古代密碼技術、近代密碼技術和現代密碼技術等；②信息化環境基礎，包括物理空間環境基礎、網絡空間環境基礎及電磁環境基礎等；③新興密碼技術，包括云計算中的密碼技術（如安全外包數據存儲技術、代理重加密技術、屬性加密技術等）、大數據中的密碼技術（如安全外包數據處理技術、身份類密碼技術、同態密碼技術等）、量子通信與量子計算技術、抗量子計密碼如格密碼技術、數字簽名技術、秘密共享技術、密鑰管理技術、區塊鏈技術等。
該課程共 20 次課，每次課 15 分鐘，每次課的教學設計為先確定知識點內容，然后給出預期目標，確定教學的表現形式，最后結合知識點給出少量測試題。以云計算大數據密碼技術模塊和量子計算背景下密碼技術為例，其章節內容安排見表 1—表 5。
2.2 密碼學在線 MOOC 課程的腳本設計
在線 MOOC 課程建設腳本十分重要，腳本設計要恰當選擇教學內容，突出重點，融合教學設計，體現教學目的，以“云計算中的密碼技術之一”為例，腳本示例如下。
2.2.1 云計算中的密碼技術之一（腳本示例）
預計時間：15 分鐘
隨堂測試設計：以單項選擇題的形式對云計算中的密碼技術手段進行測試，了解學習者的掌握程度。
媒體呈現設計：①通過教員授課和動畫學習云計算相關特點；②通過教員授課學習云計算中的密碼技術。
2.2.2 腳本設計
【片頭】
【教員視頻】云計算以存儲外包和計算外包為主要特征，發展十分迅速，為信息化技術帶來了一場革命。
【動畫演示】動畫介紹云計算的相關背景、發展特點及各主要大國云計算發展現狀。
【教員旁白】美國、俄羅斯等國都致力于發展云計算，很多廠商都能提供良好的云計算服務。然而，在云計算從概念走向實用的過程中，安全性問題引起高度關注。數據擁有者若將數據內容直接存儲于云服務器，會存在泄露的風險，因此需采用各種密碼學手段保護信息安全。同態密碼是其中一種重要的技術，如果使用經典的對稱或非對稱密碼體制，用戶在需要使用數據并對其進行處理時，需先下載所有數據并解密，這勢必給用戶端帶來具大的通信和計算開銷，無法體現“云”的優點。此外，具有同態性質的密碼體制恰好可以彌補傳統密碼的不足，同態加密體制可以直接對密文做運算，運算結果解密后相當于對明文做同樣運算的結果，這樣云服務器可直接對密文進行運算，用戶只需對返回的密文結果解密即可。
【教員視頻】隨著大數據時代的到來，眾多信息化設備不得不處理大量數據，例如地理環境數據、態勢數據、傳感器數據、設備協同數據等。眾多信息化設備可以將他們的數據外包給云，從而能夠快速獲得強大的計算和存儲資源，方便他們展開決策和行動。通常情況下，大型云服務商（如阿里云）并不是專有云而是公開云，因此如何保證這些數據的安全性至關重要。當用戶把敏感數據外包給云后，會擔心敏感數據被云惡意泄露，很自然的一個方法就是先加密數據再外包。然而，雖然這獲得了數據的安全性，但卻喪失了數據的靈活可使用性（教員身后背景為同步 PPT）。
【動畫演示】云數據安全外包存儲框架，它是一種典型的瘦客戶端、強服務器端的新型數據處理計算范式。當數據加密后，有許多問題需要解決：①怎么搜索云中加密數據，目前解決該技術挑戰的主要手段是可搜索加密方案；②怎么保證靈活的共享云服務器中加密的數據，代理重加密是解決該技術挑戰的主要手段。在代理重加密中，代理（可以是數據的擁有者）可以分配重加密密鑰（得到代理者的公鑰后）給代理（可以是云服務器），代理可以實現密文數據的轉發，代理不知道相對應的明文數據和被代理者的私鑰。
2.2.3 隨堂測試設計
1. 云計算的特征不包含以下哪個（ ）。
A 可互通互聯的指揮控制系統
B 可輔助信息化設備作出決策
C 可輔助信息化設備快速獲取環境及相關數據信息
D 云計算不需要密碼學手段保證安全
2. 云計算中的典型密碼技術不包含（ ）。
A 數據加密 B 可搜索加密 C 代理重加密D 古典密碼技術
2.2.4 研討交流設計
1. 你認為典型的“終端—云端—空天設備—云端—終端”數據收集存儲及處理系統還可以如何擴展？
2. 你認為信息化背景下，云計算技術還能在哪些方面發揮作用，需要使用什么密碼技術？【片尾】
本課程 20 次課都是在精心設計課程腳本的基礎上，配合拍攝，選取視頻輔助教材及精心制作所完成。課程在線時間不長，目前處于試運行狀態，基本反映良好，但也有很多需要改進的地方，筆者正在根據相應反饋進行修改。
2.3 密碼學在線 MOOC 課程的學習設計
課程著重培養學員在密碼學領域較高的理論思辨能力、推理能力及綜合運用所學知識高效使用與分析密碼方案的能力。課程思政，突出遵循習近平主席關于密碼保障工作“確保密碼使用優質高效，確保密碼管理安全可靠”的重要指示，無論是內容選取，還是教學實施，教學改革都遵循這一根本原則。
整體設計上，筆者提出了“理論講解與應用場景相結合、結合具體需求進行密碼教學”的思路，緊貼密碼學領域內前沿知識，合理優化設置課程內容，將密碼學前沿方向成果如格密碼、身份類密碼等引入課程。同時，結合近年來熱門的研究方向（如后量子密碼、同態加密等）適當補充相關內容，促進學員消化吸收密碼和信息安全領域的最新研究成果。
本課程注重引入混合式教學為代表的現代化教學理念，本課程與線下相關課程結合，可實現混合式課堂，注重以學生為主體、教師起引導作用，課堂注重“學中思，思中學，思中教，學思教創一體化”，充分發揮現代化教學手段的作用。
在教學實施上，突出將知識點和技能與學生的學習基礎緊密結合；以學生為主體，結合應用方向進行講解，注重學生主動參與，引導學生探索和研究解決密碼學相關問題。
2.4 密碼學在線 MOOC 課程的創新設計
2.4.1 理念創新
秉承“教學改革緊隨學科發展，科技進步進入課程創新”的教學理念，根據新大綱對網絡空間安全專業人才的需求，實現課程建設體現教學改革最新理念，力爭內容領先、思路創新、突出前沿。
2.4.2 特色創新
加大前沿內容的開發力度，填補空白，突出熱點。保證有“前沿文獻數據庫”“微課”等立體化的教學資源，以方便教師教學和學生學習。
2.4.3 內容創新
在課程建設的過程中，力求突出學科發展和知識更新的最新動態，將新知識、新內容、新技能、新案例及時反映到課程中，體現出院校教育緊密聯系國家網絡空間安全高素質人才培養的實際要求。
3 結 語
2020年和2021年，考慮到因為疫情線下教學受到一定影響，筆者著手建設密碼學在線MOOC課程，總結了該MOOC課程建設的思路與經驗等，重點指出了在線課程建設的內容選取及面向特定教學對象的精細化教學設計十分重要。當然，與已有密碼學在線 MOOC 課程相比較，該 MOOC 課程需要改進的地方還很多，后續將努力完善和提高。
參考文獻：
[1] 楊波.現代密碼學[M]. 4版, 北京: 清華大學出版社, 2017: 7.
[2] 祝躍飛, 張亞娟. 公鑰密碼學: 設計原理與可證明安全[M]. 北京: 高等教育出版社, 2010: 1.
[3] 李長生, 鄒祁. 戰爭中的數學: 軍事密碼學[M]. 上海: 上海科技教育出版社, 2001: 9.
[4] 卡茨著, 任偉譯.現代密碼學: 原理與協議[M]. 2版, 北京: 國防工業出版社, 2014: 1.
[5] 楊曉元, 魏立線. 計算機密碼學[M]. 2版, 西安: 西安交通大學出版社, 2009: 10.
[6] 郝丹. 國內MOOC研究現狀的文獻分析[J]. 中國遠程教育, 2013(11): 42-50.
基金項目：國家自然科學基金項目（）；武警工程大學創新團隊科學基金項目（）；武警工程大學科研骨干基金項目（）。
第一作者簡介：王緒安，男，武警工程大學教授，研究方向為密碼學，。
引文格式：王緒安，楊曉元，韓益亮，等. 密碼學在線 MOOC 課程建設探索[J].計算機教育,2022(3):81-84.
