劉 濤 張 歌 宋汝超 楊毅宇 趙嘉煜 伍高飛 李學(xué)俊 張玉清,3
1(西安電子科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與信息安全學(xué)院 西安 710126) 2(中國科學(xué)院大學(xué)國家計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)入侵防范中心 北京 101408) 3(海南大學(xué)計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)院 ???570208)
為了宣傳信息安全知識(shí),培養(yǎng)大學(xué)生的安全意識(shí);提高大學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力和團(tuán)隊(duì)合作能力;促進(jìn)高校信息安全專業(yè)課程體系的改革;為培養(yǎng)、選拔、推薦優(yōu)秀信息安全專業(yè)人才創(chuàng)造條件,在教育部高等教育司、工業(yè)和信息化部信息安全協(xié)調(diào)司的指導(dǎo)下,教育部高等學(xué)校網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)(2020年前為教育部高等學(xué)校信息安全專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì))從2008年起開展全國大學(xué)生信息安全競(jìng)賽[1-2].該競(jìng)賽側(cè)重考查學(xué)生的創(chuàng)新能力,既有理論性,也有工程實(shí)用性,從而全面檢驗(yàn)和促進(jìn)學(xué)生的信息安全理論素養(yǎng)和工程應(yīng)用能力[3-5].
全國大學(xué)生信息安全競(jìng)賽作為目前網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)科領(lǐng)域唯一一個(gè)入圍高校學(xué)科競(jìng)賽排行榜的比賽,直接證明了比賽的代表性和含金量,也側(cè)面說明了研究分析該比賽的實(shí)際意義與價(jià)值[6-8].為了全面深入剖析,挖掘比賽獲獎(jiǎng)數(shù)據(jù)背后隱藏的信息與規(guī)律,探索獲獎(jiǎng)作品的選題方向與安全技術(shù)發(fā)展和需求之間的內(nèi)在聯(lián)系,本文首次系統(tǒng)性地以獲獎(jiǎng)數(shù)據(jù)為基點(diǎn),從參與學(xué)校、作品類型、指導(dǎo)老師及選題等方面對(duì)收集和處理后的獲獎(jiǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行全方位分析,旨在對(duì)未來參加此類信息安全作品賽的院校和同學(xué)提供一定的理論借鑒和數(shù)據(jù)參考.
全國大學(xué)生信息安全競(jìng)賽,經(jīng)過13屆的舉辦和經(jīng)驗(yàn)的積累,在賽制等方面不斷改進(jìn)和完善,總體要求如表1所示.競(jìng)賽形式不限定具體場(chǎng)所,參賽隊(duì)伍可以自主命題,在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成作品即可.作品范圍以信息安全技術(shù)與應(yīng)用設(shè)計(jì)為主要內(nèi)容,具有一定的創(chuàng)新性和實(shí)用性即可,可以是軟件、硬件等形式.作品題目一般是經(jīng)過適當(dāng)簡(jiǎn)化的實(shí)際工程技術(shù)問題,對(duì)課程體系和教學(xué)改革起到一定的引導(dǎo)作用.作品規(guī)范是只接受防御性的題目,不接受任何具有攻擊性或與國家有關(guān)法律、法規(guī)相違背的題目.原創(chuàng)要求必須是參賽隊(duì)員獨(dú)立設(shè)計(jì)、開發(fā)的原創(chuàng)性作品,嚴(yán)禁抄襲、剽竊等行為.最終呈現(xiàn)方面,通過提交設(shè)計(jì)報(bào)告、軟件、實(shí)物等材料,結(jié)合答辯進(jìn)行考核.
表1 競(jìng)賽總體要求
通過在全國大學(xué)生信息安全競(jìng)賽官網(wǎng)(http://www.ciscn.cn)和部分官方媒體報(bào)道的新聞中,查詢收集到了2008年第1屆到2020年第13屆相關(guān)的獲獎(jiǎng)數(shù)據(jù),并將其進(jìn)行整理,整理數(shù)據(jù)如表2所示.該競(jìng)賽自2016年起分為作品賽和創(chuàng)新實(shí)踐能力賽,且從表2數(shù)據(jù)可以看出作品賽的初賽團(tuán)隊(duì)數(shù)量和晉級(jí)決賽比例也都在2016年發(fā)生了顯著變化,因此,將選取2016—2020年這5屆的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析會(huì)更有參考意義和價(jià)值.
對(duì)收集到的2016—2020年5屆比賽的獲獎(jiǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行如下處理:
1) 統(tǒng)計(jì)各高校歷年1,2,3等獎(jiǎng)以及優(yōu)勝獎(jiǎng)總數(shù),并分別計(jì)算各獎(jiǎng)項(xiàng)占比.
2) 依據(jù)歷年各獎(jiǎng)項(xiàng)占比計(jì)算各獎(jiǎng)項(xiàng)權(quán)重,占比越高權(quán)重越低,如式(1)所示:
(1)
表2 2008—2020年歷年作品賽具體獲獎(jiǎng)數(shù)據(jù)
表3 2016—2020年歷年各獎(jiǎng)項(xiàng)權(quán)重設(shè)置
3)依據(jù)上述權(quán)重計(jì)算歷年各院校的加權(quán)分?jǐn)?shù)(以武漢大學(xué)為例,2016年獲1等獎(jiǎng)4個(gè),2等獎(jiǎng)4個(gè),對(duì)應(yīng)的權(quán)重分別為0.5,0.3,因此加權(quán)成績(jī)?yōu)?.2),并計(jì)算各院校5年的平均加權(quán)分?jǐn)?shù),以此為據(jù)對(duì)各院校進(jìn)行排名.共有130所院校曾在2016—2020年間獲獎(jiǎng),表4給出了排名前20的院校.附錄A給出了完整的130所院校在2016—2020年間5年的平均加權(quán)分?jǐn)?shù)排名.由于學(xué)校間綜合實(shí)力、專業(yè)實(shí)力等各方面影響因素相差較大,導(dǎo)致排名靠前和靠后院校之間的平均加權(quán)分?jǐn)?shù)相差較大,因此選取平均加權(quán)分?jǐn)?shù)的中位數(shù)作為院校評(píng)估自己所處位置和進(jìn)階目標(biāo)的基礎(chǔ)更為合理.比如通過參考其他院校的平均加權(quán)分?jǐn)?shù),以此評(píng)估自己要達(dá)到相同排名所需獲得各等級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)的個(gè)數(shù)組合.
為了研究院校加權(quán)分?jǐn)?shù)的變化趨勢(shì),通過式(2)計(jì)算出平均增長率,其中,j表示不同的院校,Si表示第i年該院校的加權(quán)分?jǐn)?shù).同時(shí)為了更好地表示增長率,將其進(jìn)行歸一化處理,通過式(3)將增長率轉(zhuǎn)化至[0,1]區(qū)間上:
(2)
(3)
4)2016—2020年平均每年獲獎(jiǎng)作品數(shù)高達(dá)203件,涉及范圍廣、類型雜.通過計(jì)算獲獎(jiǎng)作品題目中出現(xiàn)關(guān)鍵字的頻率,并結(jié)合目前信息安全領(lǐng)域涉及的方向[9-10],將獲獎(jiǎng)作品進(jìn)行更細(xì)粒度地劃分,共劃分為云存儲(chǔ)、物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器學(xué)習(xí)、圖像處理、區(qū)塊鏈、軟件安全、信息傳輸安全、身份認(rèn)證、監(jiān)控檢測(cè)、加密技術(shù)、硬件安全、漏洞挖掘、系統(tǒng)安全以及數(shù)據(jù)分析14個(gè)類型,如圖1所示.
表4 2016—2020年平均加權(quán)分?jǐn)?shù)前20名院校
圖1 獲獎(jiǎng)作品分類
根據(jù)收集、處理后的獲獎(jiǎng)數(shù)據(jù),我們選取武漢大學(xué)、上海交通大學(xué)、中國人民解放軍信息工程大學(xué)、電子科技大學(xué)、西安電子科技大學(xué)這5所加權(quán)排名最高的院校進(jìn)行獲獎(jiǎng)情況分析及獲獎(jiǎng)作品的整體分析.
3.1.1 武漢大學(xué)
武漢大學(xué)獲獎(jiǎng)情況如圖2所示,可以看出年度波動(dòng)情況并不明顯,一直穩(wěn)定在前5名內(nèi).眾所周知,武漢大學(xué)于2001年設(shè)立了全國第1個(gè)信息安全本科專業(yè),學(xué)科建設(shè)也屬于國內(nèi)頂尖水平,教育教學(xué)資源豐富,這是其獲獎(jiǎng)率高的一個(gè)重要原因.同時(shí)武漢大學(xué)對(duì)該競(jìng)賽重視程度較高,賽前進(jìn)行校內(nèi)預(yù)選和培訓(xùn),指導(dǎo)教師充足這是其獲獎(jiǎng)率高的第2個(gè)重要原因.此外武漢大學(xué)獲獎(jiǎng)作品涵蓋了所有14個(gè)作品類型中的11類,作品類型豐富是其獲獎(jiǎng)率高的第3個(gè)重要原因.
圖2 武漢大學(xué)近5年獲獎(jiǎng)情況
圖3 上海交通大學(xué)近5年獲獎(jiǎng)情況
3.1.2 上海交通大學(xué)
上海交通大學(xué)獲獎(jiǎng)情況如圖3所示,可以看出歷年排名情況較為穩(wěn)定.該校在2000年就成立了信息安全工程學(xué)院,即目前網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)院的前身,學(xué)科建設(shè)方面處于全國領(lǐng)先水平,這是其獲獎(jiǎng)率高的一個(gè)重要原因.同時(shí)該校獲獎(jiǎng)作品涵蓋了所有14個(gè)作品類型中的12類,作品類型豐富是其獲獎(jiǎng)率高的第2個(gè)重要原因.此外該校獲獎(jiǎng)作品中,機(jī)器學(xué)習(xí)類作品占比高達(dá)36.8%,而機(jī)器學(xué)習(xí)類作品在整個(gè)大賽的獲獎(jiǎng)作品中一直占比最高,所以作品類型更契合熱門技術(shù)是其獲獎(jiǎng)率高的第3個(gè)重要原因.
3.1.3 中國人民解放軍信息工程大學(xué)
中國人民解放軍信息工程大學(xué)獲獎(jiǎng)情況如圖4所示,可以看出2016—2019年其加權(quán)排名基本保持平穩(wěn),在2020年產(chǎn)生急劇下降.該校于2017年成為首批一流網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)院建設(shè)項(xiàng)目,信息安全學(xué)科受到支持發(fā)展較好是其獲獎(jiǎng)率較高的一個(gè)主要原因.而縱觀其參賽作品類型,可以發(fā)現(xiàn)以監(jiān)控檢測(cè)和軟件安全類為主,尤其在2020年只有1件涉及機(jī)器學(xué)習(xí)方向,因此缺少較為主流技術(shù)的作品可能是導(dǎo)致其當(dāng)年排名下降的主要原因.
3.1.4 電子科技大學(xué)
電子科技大學(xué)獲獎(jiǎng)情況如圖5所示.該校在2015年成立網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)院,其獲獎(jiǎng)作品類型中機(jī)器學(xué)習(xí)占31.58%,物聯(lián)網(wǎng)占26.3%,這2類作品是大賽獲獎(jiǎng)中占比較高的2個(gè)類型,因此這是其加權(quán)分?jǐn)?shù)排名較高的重要原因.該校在2019年的獲獎(jiǎng)作品中,同一老師指導(dǎo)多個(gè)團(tuán)隊(duì),因此指導(dǎo)教師配備數(shù)量不充足是該校2019年獲獎(jiǎng)排名顯著下降的一個(gè)重要原因.但由于該校較強(qiáng)的工科優(yōu)勢(shì)和專業(yè)背景,使其在信息安全作品賽中一直保持良好的發(fā)展勢(shì)頭.
3.1.5 西安電子科技大學(xué)
西安電子科技大學(xué)獲獎(jiǎng)情況如圖6所示.該校在2001年建立了信息安全本科專業(yè),是全國第1批開設(shè)該專業(yè)的院校,學(xué)科建設(shè)水平較高,是其名列前茅的主要原因.該校參賽作品類型較為廣泛,涵蓋了全部14個(gè)作品類型中的12類,但在其2018年作品中獲獎(jiǎng)?wù)急容^高的機(jī)器學(xué)習(xí)和物聯(lián)網(wǎng)安全涉及較少.同時(shí),該校在密碼學(xué)以及通信方面較為突出,但在其參賽作品中沒有很好地發(fā)揮優(yōu)勢(shì),這可能是導(dǎo)致其獲獎(jiǎng)情況低于前幾名院校的另一個(gè)原因.
圖5 電子科技大學(xué)近5年獲獎(jiǎng)情況
圖6 西安電子科技大學(xué)近5年獲獎(jiǎng)情況
根據(jù)對(duì)參賽作品的分類標(biāo)準(zhǔn),下面將對(duì)各類獲獎(jiǎng)作品進(jìn)行分析.2016—2020年歷年獲獎(jiǎng)作品類型分布和整體獲獎(jiǎng)作品類型分布如圖7所示.由圖7可知各年份主要獲獎(jiǎng)作品類型均不相同,但獲獎(jiǎng)比例最高的為機(jī)器學(xué)習(xí)、區(qū)塊鏈和監(jiān)控檢測(cè)類作品,最低的為漏洞挖掘、硬件安全和系統(tǒng)安全類作品.該獲獎(jiǎng)情況契合近幾年的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r,獲獎(jiǎng)?wù)急容^高的作品類型基本都是當(dāng)年的熱點(diǎn)技術(shù),因此,選擇契合熱點(diǎn)技術(shù)的作品參賽更易獲獎(jiǎng).
圖7 近5年獲獎(jiǎng)作品類型分布
圖8 獲獎(jiǎng)?wù)急茸罡?、上升最明顯的6類作品變化趨勢(shì)
為了提供更多的參考,計(jì)算出獲獎(jiǎng)?wù)急茸罡叩?類作品和總體上升最為明顯的3類作品,其獲獎(jiǎng)變化趨勢(shì)如圖8所示.可以看出獲獎(jiǎng)?wù)急茸罡叩?類作品中,監(jiān)控檢測(cè)和機(jī)器學(xué)習(xí)類作品基本保持穩(wěn)定,只有小幅波動(dòng),而區(qū)塊鏈類作品由2016年的1個(gè)變化為2020年的22個(gè),說明該類型作品是近年來的新興方向,且較受歡迎.總體上升最為明顯的3類作品中,物聯(lián)網(wǎng)類上升趨勢(shì)最為明顯,這與國家戰(zhàn)略和社會(huì)需求息息相關(guān),因此可以考慮選擇此類作品參賽.
2020年第13屆優(yōu)秀指導(dǎo)教師獲獎(jiǎng)情況如表5所示.通過優(yōu)秀指導(dǎo)教師的獲獎(jiǎng)名單、數(shù)量及對(duì)應(yīng)學(xué)校獲1等獎(jiǎng)的個(gè)數(shù)可知,所有優(yōu)秀指導(dǎo)教師都來源于1等獎(jiǎng)的隊(duì)伍,因此指導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)能否獲得1等獎(jiǎng)是優(yōu)秀指導(dǎo)教師獎(jiǎng)項(xiàng)唯一的評(píng)選依據(jù).
表5 2020年第13屆優(yōu)秀指導(dǎo)教師獲獎(jiǎng)統(tǒng)計(jì)
2020年第13屆優(yōu)秀組織獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)情況如表6所示.由表6可知2020年院校單位獲獎(jiǎng)總數(shù)最高為8,而8個(gè)獲優(yōu)秀組織獎(jiǎng)的院校中7個(gè)獲獎(jiǎng)總數(shù)都為8.因此獲獎(jiǎng)總數(shù)是優(yōu)秀組織獎(jiǎng)的一個(gè)重要評(píng)選依據(jù).獲獎(jiǎng)總數(shù)多代表參與隊(duì)伍的數(shù)目多,這是宣傳和組織此項(xiàng)競(jìng)賽所做工作量最直觀的體現(xiàn).獲獎(jiǎng)總數(shù)相同的情況下,各院校的初賽參賽數(shù)量及各獎(jiǎng)項(xiàng)獲獎(jiǎng)?wù)急鹊葘⒊蔀樵u(píng)選的輔助參考依據(jù).
表6 2020年第13屆優(yōu)秀組織獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)統(tǒng)計(jì)
通過對(duì)獲獎(jiǎng)院校的分析可以總結(jié)出影響獲獎(jiǎng)和排名的幾個(gè)關(guān)鍵因素:
1) 是否開設(shè)網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)院.單獨(dú)開設(shè)網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)院對(duì)推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)科建設(shè)、增強(qiáng)院校該方向的科研能力有較大影響,通過上述分析得知排名前5的院校均成立了網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)院.
2) 競(jìng)賽指導(dǎo)教師數(shù)量是否配備充足.由收集的數(shù)據(jù)可知部分院校的競(jìng)賽指導(dǎo)教師配備較少,一位老師甚至指導(dǎo)7,8組參賽隊(duì)伍.因此,為參賽隊(duì)伍配備合適數(shù)量的競(jìng)賽指導(dǎo)教師對(duì)院校獲獎(jiǎng)有較大影響.
3) 院校前期宣傳力度是否足夠.學(xué)生獲取信息的渠道有限且很多競(jìng)賽都是通過官方渠道直接對(duì)院校發(fā)布,因此如果院校前期宣傳力度不夠,學(xué)生不能及時(shí)掌握到競(jìng)賽信息,就會(huì)導(dǎo)致參賽率低,影響最終的獲獎(jiǎng)情況.
4) 參賽獲獎(jiǎng)院校獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制是否完善.無論對(duì)于學(xué)生還是老師而言,獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制是影響獲獎(jiǎng)情況的一個(gè)重要因素.如西安電子科技大學(xué)相關(guān)文件中明確指出,對(duì)于該比賽1等獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)學(xué)生給予推薦免試碩士研究生資格,對(duì)于指導(dǎo)老師來說,指導(dǎo)該比賽獲得一定級(jí)別獎(jiǎng)項(xiàng)的次數(shù)作為申報(bào)副教授職稱的業(yè)績(jī)條件之一,極大地調(diào)動(dòng)了老師和學(xué)生們參賽的激情和投入的精力,因此西安電子科技大學(xué)整體獲獎(jiǎng)情況名列前茅.
通過對(duì)獲獎(jiǎng)作品的分析可以得出以下結(jié)論:
1) 不同年份獲獎(jiǎng)?wù)急容^高的作品均有不同,但當(dāng)年較為流行或熱門的技術(shù)獲獎(jiǎng)?wù)急榷紩?huì)偏高.因此選題是否新穎,是否切合當(dāng)年技術(shù)發(fā)展主流是作品能否獲獎(jiǎng)的一個(gè)關(guān)鍵因素.
2) 機(jī)器學(xué)習(xí)、身份認(rèn)證、監(jiān)控監(jiān)測(cè)類作品一直保持較高的獲獎(jiǎng)?wù)急?,而系統(tǒng)安全、硬件安全、漏洞挖掘類作品一直保持較低的獲獎(jiǎng)?wù)急?
3) 排名前20的3所軍事類院校在選題上傾向于加密技術(shù)、監(jiān)控檢測(cè),對(duì)獲獎(jiǎng)?wù)急容^大的物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器學(xué)習(xí)涉及較少,這可能與其院校性質(zhì)有著直接關(guān)系,同時(shí)這也是導(dǎo)致它們歷年排名均有不同程度下降的主要原因.
4) 排名靠前的院校,在作品豐富度方面都優(yōu)于排名靠后的院校.14個(gè)作品類型中排名前3的院校各自擁有至少11種類型的作品,作品類型的豐富也側(cè)面反映了技術(shù)發(fā)展的動(dòng)態(tài)性和作品類型的先進(jìn)性.
通過分析、總結(jié)各院校的獲獎(jiǎng)趨勢(shì),研究不同類別作品的獲獎(jiǎng)?wù)急龋o出以下參賽建議:
1) 作品選題是獲獎(jiǎng)的重要因素.作品最重要的是創(chuàng)新和實(shí)用.一方面是前人沒有做過,或者能比前人做得更好;另一方面是能夠給網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域,或者是社會(huì)帶來實(shí)際價(jià)值,例如作品能帶來很好的測(cè)試結(jié)果,或者是能解決一些目前迫切需要解決的問題.
2) 組隊(duì)時(shí)隊(duì)員能力盡量做到全面覆蓋.作品賽涉及代碼編寫、文檔撰寫、PPT制作、匯報(bào)演講,因此需充分考慮隊(duì)員優(yōu)勢(shì),做到分工明確,各盡其能.
3) 在作品完成方面,前期上手需要一個(gè)過程,需要花費(fèi)精力學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí).后期應(yīng)盡早完成作品,并不斷完善,避免因時(shí)間問題而影響最終的作品質(zhì)量.
此外,對(duì)于參賽者而言,參與該比賽能夠獲得如下收獲:
1) 能夠在短時(shí)間內(nèi)迅速提高實(shí)踐能力,學(xué)會(huì)將理論知識(shí)真正應(yīng)用于實(shí)際之中;
2) 能夠培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作能力和語言表達(dá)能力,在交流的過程中,拓寬眼界發(fā)散思維;
3) 能夠進(jìn)一步培養(yǎng)對(duì)信息安全的研究興趣,發(fā)現(xiàn)自身知識(shí)和能力上的不足,從而進(jìn)行更深入的學(xué)習(xí)和改進(jìn),為今后走上相關(guān)工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).
2020年2月22日,全國大學(xué)生信息安全競(jìng)賽正式入圍高校學(xué)科競(jìng)賽排行榜,為目前網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)科領(lǐng)域唯一一個(gè)入圍的比賽.本文首次基于獲獎(jiǎng)數(shù)據(jù)對(duì)該競(jìng)賽的作品賽進(jìn)行分析,通過各級(jí)別獎(jiǎng)項(xiàng)不同占比為之分配不同權(quán)重的方法對(duì)獲獎(jiǎng)情況進(jìn)行量化,計(jì)算平均加權(quán)分?jǐn)?shù),以此對(duì)參賽院校進(jìn)行合理排名.通過分析獲獎(jiǎng)作品題目中的詞頻將作品分為14類,從而對(duì)各院校獲獎(jiǎng)情況和獲獎(jiǎng)作品產(chǎn)生變化的原因進(jìn)行深入挖掘,對(duì)指導(dǎo)教師獎(jiǎng)、優(yōu)秀組織獎(jiǎng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行歸納總結(jié).同時(shí),在本文數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上,可以繼續(xù)利用自然語言處理技術(shù)對(duì)作品類型進(jìn)行更精準(zhǔn)的劃分,利用機(jī)器學(xué)習(xí)模型對(duì)院校未來的獲獎(jiǎng)趨勢(shì)及作品類型分布進(jìn)行預(yù)測(cè),以此期望對(duì)未來參加此類信息安全作品賽的院校和同學(xué)提供理論借鑒和數(shù)據(jù)參考,這也是本文數(shù)據(jù)分析的價(jià)值體現(xiàn)和未來可持續(xù)跟進(jìn)的內(nèi)在動(dòng)因.