《密码学》教学中的思政教育探索*

谢绒娜 秦晓宏 李宗俞

北京电子科技学院，北京市 100070

1 引言

习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调“要用好课堂教学这个主渠道，思想政治理论课要坚持在改进中加强，提升思想政治教育亲和力和针对性，满足学生成长发展需求和期待，其他各门课都要守好一段渠、种好责任田，使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应”。 邱［1］对课程思政和思政课程同向同行理论进行了阐释。

如何发挥课堂育人主渠道作用，实现“知识传授”和“价值引领”有机统一，达到“思政课程”和“课程思政”的立体化育人效果是专业课程进行思政教育必然选择［2］。 新时代课程思政建设需要挖掘具有自身课程特色的育人内容、全面推动形成各类课程与思政课程协同并进的高校立德树人新局面［3］。

如何从专业培养目标出发，提出整个专业课程思政体系是在专业课程中进行思政教育需要考虑的另一个问题。 李等［4］围绕新工科人才培养中专业基础课的课程思政建设难点，从构建专业基础课的课程思政工作体系出发，提出如何形成协同育人机制，建立课程思政标准体系。 赖等［5］以专业人才培养目标作为设计专业思政的总依据，提出与专业知识融合的专业思政的纵向构建和横向构建方法。

除了理论探索外，为提高课程思政效果，不同高校结合自己学校特点和课程特点，在专业课程教学中增加了思政元素。 清华大学从基础课、通识课、工科、医学、实验等不同类型99 门进行思政总结，探索不同类型课程思政的方法和手段。 西安电子科技大学选出多门优质示范课，以观摩课的方式来展示不同类型课程的思政要素。本文在充分借鉴不同高校课程思政的经验，根据密码学在整个专业培养中的地位和目标，以及密码学课程的教学目标，结合教学内容，将整个教学内容分成8 个模块。 根据不同模块的教学内容，挖掘思政要素，开发思政教学案例，加强对学生进行革命传统教育和科学素养培养。

2 密码学思政教育思路和主要内容

密码学是密码科学与技术专业、信息安全专业和网络空间安全等专业的公共基础课，一般在大学二年级完成课程学习。 教学目标是让学生系统掌握密码学的基础理论和基本方法，理解密码算法和密码协议的方法和原理，为后续专业基础课、专业课学习打好基础，为未来的工作做好铺垫。 密码与思政教育有着天然的联系，在思政教育的大背景下，任课教师积极发掘思政元素，紧密结合教学目标和教学内容，探索密码学教学中的思政教育。 密码学思政教育基于课程在整个专业中地位和作用，以及相关专业思政教育顶层设计的基础上，结合学生特点，与教学内容进行有机融合。

在教学过程中，根据不同教学内容，一方面结合典型历史事件和人物故事进行爱党爱国教育和红色传统革命教育；另一方面，适当增加课上教学内容的难度和广度，课下推荐学生了解密码发展科技史，不断拓宽学生视野，培养学生的科学情怀和科学素养，激发学生学习的兴趣和动力。 编码与破译是密码学中永恒的话题，教学中通过讲解不同算法发展历程，一方面让学生了解信息技术的发展给算法的安全性带来什么挑战；另一方面了解破译理论和方法的发展如何促进设计者设计出安全强度更高的密码算法。 通过算法编码与破译的讲解，让学生理解绝对安全和相对安全的辩证唯物主义概念。

3 密码学教学中的思政要素

根据密码学教学内容，本文将整个课程分为综述、古典密码学、序列密码、分组密码、公钥密钥、摘要算法、密码协议、密码实验8 个教学模块，根据不同模块具体教学内容发掘思政要素。下面分别阐述不同教学模块中的思政要素。

3.1 综述模块中的思政要素

从教学目标上看，该教学模块主要让学生对密码知识和密码技术发展历程有初步认识和了解。 从教学内容上，该模块以信息技术发展为脉络，分别讲解不同时期信息技术存在的安全问题以及如何用密码技术来解决问题，让学生对密码技术发展历程以及不同时期密码技术的地位和作用有初步认识和了解。 在讲解中通过插入不同时期密码故事，以深入浅出的方式让学生了解不同时期密码学地位、作用、以及采用的技术手段，同时结合一些密码故事对学生进行红色传统革命教育和爱党爱国教育。

具体教学中结合第一、二次世界大战密码故事，讲解加解密原理，让学生了解通信时代，密码学主要解决机密性的核心技术。 随着计算机和网络的发展，对安全提出完整性、不可否认性等新的要求，以及密码学专家采用哪些新的理论和技术手段来解决新的技术问题，培养学生科学情怀和不断思考的科学素质。

在讲解信息技术发展的同时，穿插一些革命战争时期的密码故事，让学生了解如何应用技术手段保证信息安全的同时，密码工作者所发挥的重要作用，进一步体会密码工作人员与敌人斗智斗勇的英勇事迹以及他们对党忠诚无私奉献精神。 该部分推荐学生了解密码科技历史、观看不同时期密码故事，加深学生对密码地位和作用的了解、加强对学生爱国主义教育和红色传统革命教育。

3.2 古典密码学模块中的思政要素

从教学目标来看，古典密码学主要让学生了解古典密码学的方法和原理。 从教学内容上，包括代替密码和移位密码的原理，以及乘积密码思想。 除此之外，让学生对密码分析有初步的认识和了解。 讲解时，以凯撒密码为切入点，讲解古典密码中代替密码和移位密码的原理，最后给出凯撒密码实际上是一种特殊的代替密码体制。以二战时期德国恩尼格码密码机的设计原理为例，讲解如何应用代替密码、移位密码以及乘积密码的思想设计密码机。 通过分析恩尼格码密码机密钥变化量，让学生了解如何利用乘积密码思想，基于基本密码模块构造安全密码算法。 让学生从感性和理性上认识乘积密码思想在密码设计中地位和作用。 在上述教学内容，加强对学生科学素质培养，引导学生思考如何基于基本密码模块设计出安全可靠的密码算法和密码设备。

算法设计与分析永远是矛和盾的关系。 通过分析方法讲解，让学生了解绝对安全和相对安全的辩证唯物主义概念。 结合经典密码分析故事，进一步理解密码学如何发展成为一门科学，数学在现代密码体制的重要地位、作用、以及计算机出现的必然性。 经典故事讲解中同时传达出严谨求实的科学精神以及默默无闻的奉献精神。

该部分推荐学生了解第二次世界大战中密码破译故事，了解密码破译关键人物图灵故事，进一步加强对学生科学素养以及默默无闻奉献精神的培养。

3.3 序列密码模块中的思政要素

从教学目标来看，序列密码主要让学生了解序列密码设计的方法和原理。 从教学内容上，包括线性反馈移位寄存器等序列密码基本模块，以及典型序列密码算法。 在讲解典型序列密码算法时，以Estream 工程中序列密码征集活动为切入点，让学生了解序列密码算法评价准则，以及算法设计中相关知识。 通过讲解算法设计中不断修改完善过程，让学生了解科学研究中孜孜不倦的探索精神，以及算法设计人员、工程设计人员密切配合，体会出团队的力量、团结协作的重要性。 通过ZUC 算法原理、算法设计和标准化过程的讲解，让学生了解我们国家的算法设计人员探索真理的科学精神；了解为增强综合国力、提高国际影响力和地位，密码科技工作者所付出的辛苦和努力。 同时让学生初步了解国际标准在信息社会的地位和作用，为什么核心技术必须掌握在自己手上，科技强国战略地位，让学生深感自己责任和使用，激发学生学习兴趣。

该部分通过推荐学生了解ZUC 算法设计和国际标准化过程，让学生了解我国学者在序列密码设计中发挥的地位和作用，进一步加强对学生科学素养的培养，培养学生的自豪感和荣誉感，激发学生学习兴趣。

3.4 分组密码模块中的思政要素

从教学目标来看，分组密码主要让学生了解分组密码设计方法和原理。 从教学内容上，包括基本分组密码模块，以及典型分组密码算法DES、AES、SM4 等分组密码算法。 通过S 盒、P置换等分组密码模块，让学生充分理解扩散性和混乱性在密码设计中的作用。 讲解典型分组密码算法时，以DES 和AES 密码征集活动为切入点，让学生了解分组密码算法评价准则、算法设计相关知识，进一步深刻理解乘积密码思想在现代密码体制地位和作用。 通过对DES 安全性分析，让学生理解信息技术发展对密码技术提出的新要求，以及绝对安全和相对安全这一辩证唯物主义思想。 同时通过我国密码学者设计的SM4算法讲解，让学生深刻理解科技强国战略地位，并进一步对学生进行科学素养的培养，加强学生的自豪感和荣誉感，激发学生学习兴趣。

该部分通过推荐学生了解SM4 算法设计和国际标准化过程，让学生了解我国学者在分组密码设计中发挥的地位和作用，进一步加强对学生科学素养的培养，激发学生学习兴趣。

3.5 公钥密码模块中的思政要素

从教学目标来看，公钥密码主要让学生了解公钥密码思想和原理、公钥密码与对称密码的不同和优缺点。 从教学内容上，包括典型公钥密码体制、计算复杂性理论。 讲解时，以对称密码通信模型中存在的问题，并以Diffe 和Hellman 发表的密码发展新方向论文为切入点，引出公钥密码思想以及公钥密码解决的问题，并以RSA、Elgama、ECC 等公钥密码体制基于的数学难题，让学生理解公钥密码体制数学原理，以及随着计算机发展对密码体制提出新的挑战。 除此之外，介绍量子计算机的出现对公钥密码体制提出的新的挑战，以及后量子密码发展的最新动态。

该部分推荐学生了解RSA 发明者故事，同时让学生查阅资料了解量子计算机发展对密码技术挑战，以及目前后量子密码体制，拓宽学生视野。

3.6 摘要算法模块中的思政要素

从教学目标来看，摘要算法主要让学生了解摘要算法的方法和原理。 从教学内容上，主要讲解典型摘要算法，以及摘要算法在典型密码中的应用。 在讲解摘要算法时，介绍我国学者王小云院士几十年磨一剑，经过潜心研究，破译美国MD5 算法。 通过王小云院士破译摘要算法的故事，让学生了解王小云院士默默无闻、孜孜不倦的科学精神，加强对学生科学素养的培养。 通过算法破译过程，让学生深刻理解摘要算法的设计原则和方法、摘要算法在密码体制中的地位和作用；深刻理解王小云院士的工作对国际信息安全性的影响，为什么MD5 算法破译直接引起SHA3算法竞赛。

3.7 密码协议模块中的思政要素

从教学目标来看，密码协议主要让学生了解数字签名、密钥管理、认证等方法和原理。 从教学内容上，包括数字签名体制、认证协议、秘密共享与密钥分配等。 该部分可以结合不同教学内容选取不同思政素材。

在讲解数字签名、认证、密钥管理时，从日常生活例子为出发点，引出数字化时代数字签名、认证、密钥管理的必要性，提出数字签名的设计准则和安全认证协议必要性，并结合日常生活例子，引导学生如何分析存在的安全问题，以及如何应用密码知识来解决，提高系统安全性。 通过最新的科技热点，比如云计算、物联网、大数据、6G 网络和量子计算等，让学生了解密码技术在未来科技发展中的地位和作用，了解自己肩上的重担和神圣使命。

该部分推荐学生了解信息安全热点问题，思考如何应用密码技术解决安全问题、提高系统安全性，培养学生的创新精神、拓宽学生视野、激发学生学习热情。

3.8 密码实验模块中的思政要素

密码实验主要是将部分理论教学中的内容提炼出来，让学生进行动手实践。 通过实验一方面是对课内理论教学中知识巩固，另一方面培养学生实际动手能力，同时为后续课程设计和其他更高级的实践环节打好基础。 实际教学中，一方面要注意引导学生如何应用课内理论知识，注意理论知识和实践的衔接；另一方面注重培养学生工程思维、大国工匠精神和科学家精神，培养学生敢于尝试，不怕出错的探索精神。 同时及时发现一些有潜力的学生，引导这些学有余力的学生参与学科竞赛和教师科研项目中，为高级密码人才选好储备军。

4 结论

在密码学教学中，根据该课程在专业教学中的定位和作用，结合教学目标和具体教学内容，选用不同类型的思政教学案例，采用深入浅出的方法，从爱党爱国教育、红色传统革命教育、辩证唯物主义、科学素养等方面对学生进行思政教育，加强对学生科学素养和专业精神的培养，提高学生的自豪感和荣誉感，激发学生学习兴趣。课下通过密码科技发展历史、英雄人物等相关知识推荐，进一步拓宽学生视野。