信息安全系统研发——全国大学生信息安全竞赛(作品赛)指导教程

信安大赛指导教程
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王瑞锦 , 周世杰 (作者)

关于本书的内容有任何问题,请联系 邹文波

1.权威编撰,名校护航
本书编写团队由来自电子科技大学、清华大学、南开大学、东北大学、武汉大学、哈尔滨工业大学和西安电子科技大学等在网络与信息安全领域颇有建树的高校的专家学者组成,他们具有丰富的信息安全教育教学经验。书中提到的挑战性课程是电子科技大学信安大赛教学指导团队对现有教育、教学模式的一次具有重要意义的改革和创新。除此之外,书中提到的“三位一体”新式教学模式,实践与理论并重的教育、教学理念等都对竞赛的辅导与教学具有启发作用。
2.大处落墨,镂尘吹影
本书内容详实,“干货”颇多,就学生与老师最关心的竞赛流程、选题方向、算法与技术等方面做了详细的讲解和说明。技术层面,本书在综合分析了大量的获奖作品之后,对信息安全系统研发过程中的关键技术,如区块链、机器学习、密码学等,进行了介绍与讲解。编写团队秉承着“天
下大事,必作于细”的理念,对信安大赛从核心到非核心、从主要到次要、从概要到细节的整个大赛流程进行了详尽细致的描述。
3.条理清晰,浑然一体
本书体系性和逻辑性强。在竞赛过程方面,本书按照时间顺序从大赛开始的组队到最终的答辩依次进行剖析;在项目开发方面,本书严格根据软件工程的基本原理,按照需求分析、系统设计、系统实现和系统测试的顺序对章节进行编排,最终以点睛之笔结束。
本书最具特色的地方在于不仅有对信安大赛涉及的理论、技术与方法的详尽讲解,还包括对历届获奖作品的分析与思考。通过分析,引导学生学习优秀获奖作品,培养学生思考与借鉴的能力。本书还以“婚链未来—可信安全精准‘婚链’系统”和“知情—基于情绪识别的儿童安全监测系统”两个 2018 年信安大赛全国一等奖作品为例,详细分析了这两个作品的创新点,包括技术创新和产品创意,并提供了获奖作品的电子文档,供学生参考借鉴。

内容摘要

本书为全国大学生信息安全竞赛(作品赛)的指导教程。
全书共6章,逻辑上可分为两个部分。第一部分包括第1章和第2章,介绍了整个信息安全行业的发展概况及在该背景下信安大赛的办赛历程与比赛流程,并从行业人才培养的角度出发,提出了“三位一体”的教学方法及开设以竞赛为核心的具有挑战性的课程等一系列开创性的人才培养模式和方法。第二部分包括第3章~第6章,为竞赛指南,依照软件工程的基本思想和原理,全面、系统、详细地介绍了信息安全系统的研发流程,附以历年竞赛的优秀获奖作品,旨在帮助学生解决在独立开发信息安全系统中可能遇到的包括选题、设计、开发及测试等方面的难题,为学生顺利完成项目开发提供指导。
本书内容充实、环环紧扣、层次清晰、可读性强,可作为信安大赛的指导教程,也可作为普通高等学校网络空间安全、信息安全、软件工程、计算机科学与技术等专业本科生及研究生的信息安全系统研发项目的实践教材。

前言


全国大学生信息安全竞赛(简称信安大赛)自2008年创办以来已经成功举办了11届,受到全国高校特别是开设网络空间安全类专业的院校的普遍欢迎。大学生们参与热情高、创新意识强、作品难度大,大赛既得到了评审专家的高度认可,也受到了信息安全企业的普遍欢迎。为充分总结信安大赛经验、指导高校教师引导学生参与大赛并研发出更好的信息安全系统作品,历届信安大赛优秀指导教师联合编写了《信息安全系统研发——全国大学生信息安全竞赛(作品赛)指导教程》。
这本书具有很强的针对性,即教程本身就是专门为全国大学生信息安全竞赛编写的,对参与信安大赛的学生具有较强的指导和规划作用。本书既不是对参赛获奖作品进行简单罗列,也不是对信息安全基本原理和技术进行概要介绍,而是完整地、系统地为读者解读整个参赛流程和经验:从组队、选题、信息安全系统研发到现场答辩。本书不仅可以为参赛学生提供针对性的指导,还可以为教师提供全新的教育教学思路。
本书具有如下特点。
1.权威编撰,名校护航
本书编写团队由来自电子科技大学、清华大学、南开大学、东北大学、武汉大学、哈尔滨工业大学和西安电子科技大学等在网络与信息安全领域颇有建树的高校的专家学者组成,他们具有丰富的信息安全教育教学经验。书中提到的挑战性课程是电子科技大学信安大赛教学指导团队对现有教育、教学模式的一次具有重要意义的改革和创新。除此之外,书中提到的“三位一体”新式教学模式,实践与理论并重的教育、教学理念等都对竞赛的辅导与教学具有启发作用。
2.大处落墨,镂尘吹影
本书内容详实,“干货”颇多,就学生与老师最关心的竞赛流程、选题方向、算法与技术等方面做了详细的讲解和说明。技术层面,本书在综合分析了大量的获奖作品之后,对信息安全系统研发过程中的关键技术,如区块链、机器学习、密码学等,进行了介绍与讲解。编写团队秉承着“天
下大事,必作于细”的理念,对信安大赛从核心到非核心、从主要到次要、从概要到细节的整个大赛流程进行了详尽细致的描述。
3.条理清晰,浑然一体
本书体系性和逻辑性强。在竞赛过程方面,本书按照时间顺序从大赛开始的组队到最终的答辩依次进行剖析;在项目开发方面,本书严格根据软件工程的基本原理,按照需求分析、系统设计、系统实现和系统测试的顺序对章节进行编排,最终以点睛之笔结束。
本书最具特色的地方在于不仅有对信安大赛涉及的理论、技术与方法的详尽讲解,还包括对历届获奖作品的分析与思考。通过分析,引导学生学习优秀获奖作品,培养学生思考与借鉴的能力。本书还以“婚链未来—可信安全精准‘婚链’系统”和“知情—基于情绪识别的儿童安全监测系统”两个 2018 年信安大赛全国一等奖作品为例,详细分析了这两个作品的创新点,包括技术创新和产品创意,并提供了获奖作品的电子文档,供学生参考借鉴。
在参与信安大赛的过程中,同学们挑战自我、克服困难,老师们积极筹划、悉心指导。大赛增强了同学们的动手能力,普及了网络安全意识,点燃了创新创业热情,为培养优秀网络空间安全人才做出了贡献,而这正是我们的初心和使命。希望大赛进一步吸引优秀作品参赛,营造良好双创氛围,践行创新驱动发展战略。
路漫漫其修远兮,吾将上下而求索,与诸位学子共勉。

教育部高等学校网络空间安全专业教学指导委员会副主任 王小云院士

教育部高等学校网络空间安全专业教学指导委员会秘书长 封化民教授

2019年6月于北京

目录

第1章 追求卓越—网络空间安全
人才培育 1
1.1 现状调查—网络空间安全
人才供需现状 1
1.1.1 网络空间安全人才供需
现状及趋势 2
1.1.2 社会各方对网络空间安全
人才的需求 3
1.1.3 我国网络空间安全专业
毕业生就业前景分析 8
1.2 形势分析—高校网络空间安全
人才培养面临的问题 9
1.3 新型模式—依托竞赛培养网络空间
安全创新型人才 10
1.3.1 螺旋递进式的网络空间安全
人才培养体系 11
1.3.2 信息安全系统研发—全国大学
生信息安全竞赛(作品赛)挑战性
课程的结构 12
1.3.3 “三位一体”教学模式 16
1.3.4 课程具体教学安排与组织 17
1.3.5 教学资源及保障措施 21
1.3.6 课程考核与成果展示 24
1.4 本章小结 30

第2章 拨开云雾—你应知晓的信安大赛 31
2.1 竞赛简介 31
2.2 竞赛发展 32
2.3 竞赛流程 33
2.3.1 报名 34
2.3.2 初赛 34
2.3.3 决赛 34
2.4 2016年—2018年竞赛获全国
一等奖情况 35
2.5 本章小结 40
第3章 求知探索—你必须掌握的
参赛技巧 41
3.1 组队建议 41
3.2 作品选题 43
3.2.1 一击命中—抓住社会痛点 46
3.2.2 广读博览—分析会议期刊 49
3.2.3 聚焦系统—借鉴分析现有
成熟系统或产品 53
3.3 作品设计 56
3.3.1 关键技术选型 57
3.3.2 系统总体架构设计 59
3.3.3 系统核心算法与技术设计 77
3.3.4 概要设计 115
3.3.5 详细设计 129
3.4 作品实现 143
3.4.1 编码方法 143
3.4.2 项目分析 150
3.5 作品测试 160
3.5.1 功能测试 160
3.5.2 算法测试 177
3.5.3 性能测试 179
3.6 安全性分析 181
3.6.1 非法访问 181
3.6.2 暴力破解 182
3.6.3 数据库注入攻击 182
3.6.4 DDoS攻击 183
3.7 文档编撰 184
3.8 答辩技巧 186
3.9 本章小结 187
第4章 厚积薄发—关键核心技术 189
4.1 密码学技术 189
4.1.1 密码学原理 190
4.1.2 对称加密 192
4.1.3 非对称加密 195
4.1.4 国密算法 198
4.2 机器学习技术 200
4.2.1 决策树算法 200
4.2.2 K-近邻算法 202
4.2.3 朴素贝叶斯算法 204
4.2.4 AdaBoost算法 207
4.3 生物识别技术 210
4.3.1 人脸识别 210
4.3.2 指纹识别 211
4.3.3 虹膜识别 211
4.4 区块链技术 212
4.4.1 区块链技术概述 212
4.4.2 区块链基础架构 213
4.4.3 区块链核心技术 214
4.5 数据库技术 219
4.5.1 数据库基本分类 219
4.5.2 MySQL数据库 221
4.5.3 SQL Server数据库 221
4.5.4 Oracle数据库 222
4.5.5 PostgreSQL数据库 223
4.5.6 MongoDB数据库 224
4.6 本章小结 225
第5章 点睛之笔—作品获奖点剖析 226
5.1 创新之地 226
5.1.1 选题创新 226
5.1.2 技术与算法创新 227
5.2 实用之处 229
5.3 切题之点 230
5.4 本章小结 231
第6章 酌古斟今—历届优秀作品赏析 232
6.1 岗位安—基于SM9与眼电图的
行为识别系统概述 232
6.1.1 系统开发背景 232
6.1.2 系统架构设计 233
6.1.3 系统创新点 235
6.2 版权无忧—论文区块链DCI
管控系统概述 236
6.2.1 系统开发背景 236
6.2.2 系统架构设计 236
6.2.3 系统创新点 239
6.3 本章小结 239
参考文献 240

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作者介绍

王瑞锦,博士,副教授,中国计算机学会高级会员,CCF会员与分部工委委员,ACM成都分会秘书长,美国西北大学访问学者。主要从事网络与信息系统安全、大数据安全、区块链、知识图谱、人工智能等领域的科研与双创工作。主持并参与10余项国家级省级项目。在国内外重要期刊和会议发表论文30余篇;参与制定国际和国家标准3项,申请国家技术发明专利12项。主持并参与8项国家级省级教改项目,获30余项国家级竞赛优秀指导教师等荣誉。

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