“赛教融合”模式下的网络安全专业Python实训教学解决方案

网络空间的竞争本质是人才竞争，网络安全人才培养已上升至国家战略高度。网络安全领域具有技术迭代快、专业性强、知识体系复杂等特点，这对安全专业人才实训能力培养提出了更高要求。Python作为开源跨平台编程语言，凭借语法简洁、生态丰富、开发高效等特性，在渗透测试、漏洞分析、逆向工程等网络安全场景中应用广泛，已成为网安从业者的核心技能工具。

一、网络安全专业 Python 实训教学现状

目前，网络安全专业 Python 课程实训在内容和方法上存在一些亟待解决的问题，主要体现在以下几个方面：

1.实训教学课时不足：实训教学是加深学生知识理解、将理论应用于实际问题的关键环节。然而，现有的 Python 课程教学中，理论课时占比较高，实训环节课时较少。并且，Python 理论教学的考核方式多为笔试或机试，主要考查基础语法、数据结构、函数、模块使用、面向对象等核心编程知识点，缺乏对学生实际动手能力和创造性思维的评估。这与网络安全专业课程实训性强的教学要求不符，不利于学生深入学习学科内容，也不利于培养学生的创新实训能力。

2.实训内容单一，未体现专业特色：

实训内容单调：现有的 Python 课程实训内容多为验证性实验，主要帮助学生验证和理解 Python 的基本语法和逻辑。这种单一的实训内容缺乏对学生综合实训能力的培养，课程实训方法枯燥，趣味性不足，难以激发学生对 Python 编程的兴趣和参与度。

未体现专业特色：在进行 Python 实训教学时，多数课程没有考虑网络安全专业领域的知识、技能需求和行业特点，未能体现网络安全专业的特色。实训教学过程中，对网络安全领域的知识概念及应用强调不够，与专业实训联系不紧密，无法引导学生深入理解网络安全专业。

这些问题与网络安全专业强调的实训导向教学理念相悖，不利于培养学生的创新实训能力。因此，迫切需要对网络安全专业 Python 课程的实训环节进行改革，以提高学生的专业认知、综合分析和实训应用能力。

二、网安专业 Python 实训教学改革思路

CTF（Capture The Flag）夺旗赛是全球网络安全领域广泛流行的竞赛形式，是网络安全爱好者学习和交流技术的重要平台。对于网络安全专业的学生来说，CTF 竞赛是提升学习和技能的有效途径。

CTF 竞赛的解题模式是其主流比赛形式之一，主要包括密码学（Crypto）、安全杂项（Misc）、Web、逆向（Reverse）等类别，具有综合性强、趣味性高、挑战性大的特点。Python 作为一种轻量级的脚本语言，拥有丰富的标准库和第三方库，如网络通信库、密码学库、编码解码库、图像处理库、二进制漏洞库等，是 CTF 比赛中常用的脚本语言。

针对网络空间安全专业的特点，可以将 CTF 竞赛的解题模式引入 Python 课程实训中，与课程教学知识点有机融合，通过 “赛教融合” 的实训教学模式，提高学生的学习兴趣，达到培养创新型应用型人才的目标。

三、“赛教融合”的 Python 实训教学改革措施

3.1 增加课程实训课时，优化考核方式

为提升学生的 Python 编程实训能力，应增加网安专业 Python 课程的实验课时比例，并在网络空间安全实训课程设计中融入更多 Python 应用相关课题，加重实训环节的比重。通过丰富的实训课时，学生可获得更多的编程练习机会，从而加深对 Python 理论知识的理解与应用。

在增加实训课时的基础上，优化课程考核方式，侧重于对学生实训能力的考核，并将实训环节贯穿于课程教学的全过程。可将课程期末考核方式调整为实训大作业，且实训大作业的内容应针对网络空间安全专业的特点进行设计，以提高学生的学习积极性和网络安全实训能力。

3.2 CTF 知识点的融合方式

将 CTF 知识点与 Python 课程实训融合时，应遵循循序渐进的原则，可从课程实验内容扩展到 Python 课程综合实训大作业，再到网络空间安全实训课程设计。对 CTF 竞赛中涉及的 Python 常见库进行归类，并对知识点进行解析细分，将其巧妙地融入实训操作题目中，使知识点变得更加生动有趣，既能促进学生对 Python 课程基础知识的掌握，又能培养学生的安全思维，提高学生对网络空间安全专业的兴趣和认识，为后续专业课的学习打下坚实基础。

以下是部分具体的 CTF 知识点与 Python 课程实训融合的示例：

编码 ：

知识点讲解 ： 是一种常见的编码方式，用于将二进制数据转换成 ASCII 字符串，常用于隐藏数据或混淆数据内容，在 CTF 比赛的密码学（Crypto）和安全杂项（Misc）类别中经常出现，用于隐藏标志、密钥或其他敏感信息。Python 中内置的 标准库能方便地进行 编码和解码操作。

实训融合 ：当 Python 课程教学进度进行到编码方式和字符串章节时，可将 编码内容加入实验部分。学生通过实验了解 编码的原理和用途，掌握 Python 中 模块的使用方法，进而加深对编码解码和字符串操作的理解。

古典密码学 ：

知识点讲解 ：古典密码学在 CTF 比赛中也是需要掌握的知识点，常见的类型有凯撒密码、维吉尼亚密码、摩斯密码、培根密码、栅栏密码等。

实训融合 ：可先选取较为经典简单的凯撒密码作为切入点，在字符串实验及函数实验中加入凯撒密码相关内容。例如，在字符串实验中，可设计让学生对一段密文进行凯撒密码解密的题目，使学生在解密过程中深入理解并掌握字符串的常用方法，同时对后续密码学内容有初步认识，且解密过程的趣味性可提升学生学习的积极性。此外，还可让学生结合 Python 函数知识点编写凯撒加密及解密函数，对字符串进行加密和解密。在学生对凯撒密码有初步认识后，可在 Python 课程综合实训大作业中添加一个涉及其他多个古典密码的综合题目，让学生在完成综合题目过程中逐步深入理解并掌握相关古典密码学原理知识，学会使用 Python 编程实现各种古典密码的加解密，为后续相关课程奠定基础。

Python 的 requests 库 ：

知识点讲解 ：Python 的 requests 库是常用的 HTTP 客户端库，可用于发送各种类型的 HTTP 请求并处理 Web 服务器响应，在 CTF 比赛的 Web 类别题目中经常用到。

实训融合 ：可在课程综合实训大作业中加入相关 CTF 赛题，让学生初步学习理解 HTTP 协议的 GET 和 POST 请求，并通过 GET 请求获取信息，或使用 POST 请求提交数据来解决问题，从而为将来学习 Web 安全相关课程奠定基础。例如，一个常见的 CTF 赛题是编写 Python 脚本访问网页获取隐藏的 flag，网页上有动态算术式子需要在 2 秒内提交该算术答案后获取到 flag，该题涉及到 Python 中 requests 库的 GET 方法以及 POST 方法使用，以及 Python 中处理正则表达式的 re 库的使用，是对 Python 知识点的综合应用。

Python 的 hashlib 库 ：

知识点讲解 ：Python 标准库 hashlib 用于进行哈希操作，它实现了一系列哈希算法，如 MD5、SHA1、SHA256 和 SHA512 等。哈希算法可将任意长度的数据转换为固定长度的字符串，且该过程不可逆，常用于密码存储、验证数据完整性等场景。在 CTF 比赛中，参赛者有时需从给定的哈希值中恢复原始密码或密钥，可使用 Python 的 hashlib 库编写脚本来生成特定算法的哈希值，并与已有的哈希值进行比较，以找到匹配的明文。

实训融合 ：针对这部分知识点，可在课程综合实训大作业中添加用户注册登录实例，要求注册时对用户的密码进行哈希保存做保密处理，从而保护用户的隐私安全。学生在完成该综合实例的过程中，可了解常见的各种哈希算法，知道应避免使用已被认为不安全的算法（如 MD5 和 SHA1），并且可以学习到采用 “加盐” 的方式增加破译难度。此外，Python 中还有第三方库如 pycrypto 库以及 cryptography 库也可实现哈希算法，并且可以轻松实现各种对称加密以及非对称加密算法，如 AES、DES、RSA 等，学生通过实训可对哈希算法以及各种加密算法有初步认识，为后续学习相关密码学知识时更加熟悉和容易理解，进而能够更应用自如。

Python 语言的安全问题 ：

知识点讲解 ：CTF 比赛中有些题目会针对 Python 语言的特性问题进行考察，如 Python 中的 eval 函数可以用来计算传入的字符串表达式的值，但它存在较大的安全问题，因为它可以执行几乎任何 Python 代码，攻击者可构造特殊字符串，注入恶意代码，让 eval 函数执行任意命令或操作，可能造成删除文件、添加用户、访问敏感数据等危害系统安全的问题。此外，还有些题目可利用 Python 导入模块的顺序问题，在指定目录中写入与内置模块同名的伪造 Python 文件，并通过控制 sys.path 变量修改 Python 导入模块时的查找顺序，使搜索时优先执行伪造的文件代码，覆盖内置模块，达到绕过沙箱的目的。

实训融合 ：可在文件操作实验中添加相关内容，让学生在实验过程中理解 eval 函数的安全问题，并通过自己构造特殊字符串达到某些目的，从而培养学生的 Python 安全编程思维以及网络安全意识，为将来的技能提升奠定基础。