逆向工程技術課程教學改革探討

劉云本

摘要：針對逆向工程技術課程較新、實踐性極強、教學方法單一以及傳統(tǒng)考核方式不適應該課程特點等問題，本文給出了一個教學與實驗內(nèi)容的設置方案，并提出了開卷考試并答辯演示的考核方式，并結(jié)合實際的教學案例，闡述運用實際的軟件破解來教學演示和考核的優(yōu)點。

關鍵詞：逆向工程技術；課程設置；考核；答辯

1引言

近些年，隨著網(wǎng)絡技術的快速發(fā)展，網(wǎng)絡安全成為計算機相關領域中的熱點，網(wǎng)絡空間已成為繼陸、海、空、天之外的第五疆域，網(wǎng)絡空間安全也成為保護網(wǎng)絡疆域、治理網(wǎng)絡秩序、維護國家和人民利益的重要領域。為了適應國家網(wǎng)絡安全領域重大戰(zhàn)略需求，我國國務院學位委員會、教育部于2015年6月批準設立了新的一級學科網(wǎng)絡空間安全。該一級學科隸屬工學學科門類，旨在培養(yǎng)具有技術創(chuàng)新能力和自主學習能力、目標結(jié)構(gòu)機理的剖析能力、系統(tǒng)對抗思維和動態(tài)實戰(zhàn)對抗能力的高層次人才。

逆向工程技術是一些高等院校計算機安全技術類專業(yè)的一門專業(yè)課程，是一門涉及計算機科學、網(wǎng)絡技術、信息安全技術等多種學科的實踐性極強的學科。該課程主要介紹Windows平臺上各種調(diào)試工具的使用方法以及常見的軟件保護技術。通過本課程的學習，可以了解并掌握Windows平臺上的可執(zhí)行程序的逆向技術，具備分析、調(diào)試Windows可執(zhí)行程序的基本能力，也為進一步學習和研究網(wǎng)絡信息安全技術的研究打下堅實的基礎。逆向工程技術的相關知識更新快，是矛與盾協(xié)同發(fā)展的結(jié)果，需要教師不斷學習，更新和完善相關技術，對教師自身要求也很高；學生在掌握該課程的基本知識以后，還需要不斷跟蹤網(wǎng)絡上出現(xiàn)的新的反調(diào)試與反跟蹤相關的編程技術，或者自己探索相關的技術，才能理解一些逆向的新思路。這些特點決定了在該課程教學過程中傳統(tǒng)的理論灌輸式教學方法和傳統(tǒng)的試卷考核方式難以達到良好的教學和考核效果。

2高校逆向工程技術課程現(xiàn)狀

筆記所在高校近年來陸續(xù)在一些專業(yè)開設了逆向工程技術課程。由于該課程與傳統(tǒng)的以理論講授為主的課程有較大的差異，所以以傳統(tǒng)思路來進行教學、考核等會存在如下幾個問題。

（1）由于計算機軟件保護的思路的迅速發(fā)展，目前的教學內(nèi)容相對陳舊、沒能完全跟上學科迅速發(fā)展的步伐，難以將新知識及時的傳授給學生，影響學生適應社會需求的能力。

（2）本門課程教材內(nèi)容涉及面廣，授課學時相對較少。逆向工程技術是一門專業(yè)性較強的課程，與前期的基礎課（如匯編語言程序設計、WINDOWS程序設計、操作系統(tǒng)等）密不可分。鑒于這門課程自身的特點，如果沒有深厚的工程經(jīng)驗，授課勢必以描述性的內(nèi)容居多，容易使學生產(chǎn)生厭倦情緒。且由于課程只有20學時授課時間，很多內(nèi)容只能如蜻蜓點水般一帶而過，這樣會導致部分內(nèi)容講解不透徹，學生卻反映聽不太懂，一知半解，始終只有一些朦朧模糊的概念，導致上機實驗時不知所措。

（3）缺乏創(chuàng)新能力的培養(yǎng)環(huán)節(jié)。無論是理論教學還是實踐教學，教師只是將各知識點和操作方法教授給學生，但是學生沒有獨立解決問題，尤其是創(chuàng)新能力的培養(yǎng)不足，不利于學生適應社會的要求。

（4）考試形式單一，在目前的教學模式下，學生的學習效果通常是由考試來衡量，考核的角度主要是知識，而忽略了能力和品質(zhì)。盡管教師主觀上并不希望出現(xiàn)這樣的局面，但閉卷形式本身的局限性成了決定性的因素；同時，以往考核只注重標準化，而忽略了學生對問題有不同的理解、看法。這種傳統(tǒng)平面式的教學考核制度，使被衡量對象的真實成績得不到確認，從而使學生產(chǎn)生了對考核的失望與迷惘。這種考核方式簡單、易于操作，也能在一定程度上檢驗學生掌握書本知識的情況，但同時也比較片面、死板，導致學生輕視實踐、不能理論聯(lián)系實際和解決實際問題。

3逆向工程技術課程教學內(nèi)容設置與實踐改革

針對逆向工程技術課程教學與考核中存在的問題，本文從教學、實驗內(nèi)容設置和課程考核等方面展開討論，給出了一個可供參考的方案。

3.1課程教學與實驗內(nèi)容的設置

逆向工程技術的教學內(nèi)容主要是軟件相關的加密、解密。加密是為了實現(xiàn)對軟件的保護，而解密是通過逆向分析的技術對軟件進行破解。為了提高學生的實踐與創(chuàng)新能力，將教學內(nèi)容分為四部分：一是Windows操作系統(tǒng)上編寫可視化應用程序的基礎知識，這是該課程理論知識的基礎：二是軟件調(diào)試相關的知識。軟件的逆向工程離不開軟件工具的支持。以理論知識為基礎，側(cè)重于實踐與實際動手能力，在實驗設計上應采用循序漸進的方法，學習工具的使用時以一些簡單的軟件為例進行逆向分析，理解計算機軟件的執(zhí)行過程，對于簡單的保護技術進行破解。三是學習一些常見的軟件保護技術，如序列號保護、時間限制、菜單功能限制和密鑰文件等。四是在學～Windows PE可執(zhí)行程序格式的基礎上學習軟件的加殼與脫殼技術。采用商業(yè)軟件進行加殼可以達到低成本且保護強度大的效果。

實驗內(nèi)容依據(jù)教學內(nèi)容來設計。第一次實驗設計為熟悉主要的逆向工具的使用。逆向工具的靈活使用可以極大簡化軟件逆向的復雜度。第二次實驗則是針對第三部分教學內(nèi)容的，是對常見的軟件的保護技術的破解實驗。實驗的一部分內(nèi)容可以讓學生重現(xiàn)教學演示時的內(nèi)容，另一部分則設計為學生自己探索實驗軟件所使用的保護技術，并自己設計破解的方法。該部分能反映學生的對教學內(nèi)容的掌握情況，也能反映學生的創(chuàng)新能力。第三個實驗是對脫殼技術的實踐。逆向工程技術實踐性極強，每次四個課時的實驗對于一些學生來說太少，學生還需要在課后花費時間來練習。因此，實驗報告可以允許學生在一周以內(nèi)上交。

3.2課程考核的方法

課程考核是確定學生能否能獲得該課程學分的主要途徑，更是對學生學習情況的衡量。合理的考核方式和考題可以引導學生掌握專業(yè)體系中必須掌握的基礎知識。該課程實踐性極強，通常形式的適于理論課程的閉卷考試不能很好的考查實踐能力。實踐過程中會遇到事先很難設想的問題，并且在實踐過程中，計算機會給出信息顯示，實踐者需要收集這些信息并分析這些信息，然后進行下一步的操作。這些在閉卷考試過程中極難進行考查。因此筆者在該課程中采用了開卷并逐一答辯的形式進行考核。該考核方式可以觀察學生是如何在計算機上實際操作的。在操作過程中也可以詢問學生是基于什么原因做出這樣的操作的。此種考核能很好地反映學生的實踐能力和理論水平。

開卷并答辯的形式對試題有較高的要求。由于學生有較長的自由準備時間，一部分學生可能試圖通過單純的強記計算機的操作過程而蒙混過關。筆者設計如下幾種題型：1）考查軟件的逆向過程中使用的工具軟件的基本知識的問答題或填空題；2）考查作為計算機相關專業(yè)主要技能的編程能力的編程題；3）考查計算機實際操作能力的脫殼破解類題目；4）考查學生后續(xù)學習能力以及資料查找能力的破解類試題。編程題要求通過編程解析PE文件格式的部分內(nèi)容，達到既考查編程能力又考查學生對文件格式的理解。軟件的破解和保護技術的進化是矛與盾協(xié)同發(fā)展的過程，需要不斷學習優(yōu)秀的思路。第四種題型就是引導學生培養(yǎng)此種學習能力的。

4結(jié)語

網(wǎng)絡空間安全相關類課程很大一部分是需要考核學生的實踐能力的，只是偏重程度不同。逆向工程技術課程就是一門幾乎只偏重考查實踐能力的課程。本文總結(jié)了筆者在近三屆學生的教學過程中的經(jīng)驗。實際的考試成績以及學生的評教反饋證明了該方案取得了比較理想的結(jié)果。endprint