基于教学实训靶场的“数据隐私保护”课程建设初探

doi:10.11959/j.issn.2096-109x.2023016

网络与信息安全学报 ›› 2023, Vol. 9 ›› Issue (1): 178-188.doi: 10.11959/j.issn.2096-109x.2023016

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基于教学实训靶场的“数据隐私保护”课程建设初探

孙哲, 宁洪, 殷丽华, 方滨兴

广州大学网络空间安全学院，广东广州 541004

修回日期:2022-11-02 出版日期:2023-02-25 发布日期:2023-02-01
作者简介:孙哲（1987- ），男，安徽安庆人，博士，广州大学副教授，主要研究方向为隐私保护、数据安全
宁洪（1961- ），女，河北丰润人，广州大学教授，主要研究方向为软件工程
殷丽华（1973- ），女，辽宁朝阳人，博士，广州大学教授、博士生导师，主要研究方向为网络空间安全、隐私保护
方滨兴（1960- ），男，江西万年人，博士，中国工程院院士，广州大学教授、博士生导师，主要研究方向为计算机体系结构、计算机网络与信息安全
基金资助:
广东省高等教育教学改革项目(20190485)

Preliminary study on the construction of a data privacy protection course based on a teaching-in-practice range

Zhe SUN, Hong NING, Lihua YIN, Binxing FANG

Cyberspace Institute of Advanced Technology, Guangzhou University, Guangzhou 541004, China

Revised:2022-11-02 Online:2023-02-25 Published:2023-02-01
Supported by:
Guangdong Higher Education Teaching Reform Project(20190485)

摘要/Abstract

摘要：

随着我国《数据安全法》和《个人信息保护法》等隐私保护相关法律法规的正式实施，数据隐私保护技术人才需求急剧增长，各高校网络空间安全专业逐步开设数据隐私保护课程。广州大学“方滨兴院士实验班”（简称“方班”）教学团队在长期的数据安全科研教学实践的基础上，提出了基于教学实训靶场的“数据隐私保护”课程教学方法。针对选修“数据隐私保护”课程的学生进行了学情分析，总结当前网络空间安全专业学生在理论学习、动手实践和创新运用上存在的问题，并针对性地设计了课程的学习目标。在教学课程内容选取上，教学团队遴选出匿名模型、差分隐私、可搜索加密、密文计算、对抗训练、多媒体隐私保护、隐私策略冲突消解、隐私侵犯行为溯源8个典型的隐私保护关键技术，设计了相应的教学模块，并部署在教学实训靶场中供学生学习训练。在教学方法设计中，提出了理论与编程融合的知识应用导向教学方法、基于算法扩展改编的工程实践导向教学方法、面向实际应用场景的综合实践导向教学方法，实现“学-做-用”的知识学习应用闭环。通过3年的隐私保护教学实践，“方班”在培养学生的知识应用能力、工程实践能力和综合创新能力等方面获得了显著的效果，为“数据隐私保护”这门初建课程建设提供有益探讨。

关键词: 数据隐私保护, 实践创新能力, 教学靶场, 新课程建设

Abstract:

Since China’s Data Security Law, Personal Information Protection Law and related laws were formalized, demand for privacy protection technology talents has increased sharply, and data privacy protection courses have been gradually offered in the cyberspace security majors of various universities.Building on longstanding practices in data security research and teaching, the teaching team of “Academician Fang Binxing’s Experimental Class” (referred to as “Fang Class”) at Guangzhou University has proposed a teaching method for data privacy protection based on a teaching-in-practice range.In the selection of teaching course content, the teaching team selected eight typical key privacy protection techniques including anonymity model, differential privacy, searchable encryption, ciphertext computation, adversarial training, multimedia privacy protection, privacy policy conflict resolution, and privacy violation traceability.Besides, the corresponding teaching modules were designed, which were deployed in the teaching practice range for students to learn and train.Three teaching methods were designed, including the knowledge and application oriented teaching method which integrates theory and programming, the engineering practice oriented teaching method based on algorithm extension and adaptation, and the comprehensive practice oriented teaching method for practical application scenarios.Then the closed loop of “learning-doing-using” knowledge learning and application was realized.Through three years of privacy protection teaching practice, the “Fang class” has achieved remarkable results in cultivating students’ knowledge application ability, engineering practice ability and comprehensive innovation ability, which provided useful discussion for the construction of the initial course of data privacy protection.

Key words: data privacy protection, practice and innovation ability, teaching innovation, new course construction

中图分类号:

TP393

孙哲, 宁洪, 殷丽华, 方滨兴. 基于教学实训靶场的“数据隐私保护”课程建设初探[J]. 网络与信息安全学报, 2023, 9(1): 178-188.

Zhe SUN, Hong NING, Lihua YIN, Binxing FANG. Preliminary study on the construction of a data privacy protection course based on a teaching-in-practice range[J]. Chinese Journal of Network and Information Security, 2023, 9(1): 178-188.

图/表 3

表1

“数据隐私”保护课程内容选取与设计Table 1 Content selection and design of“data privacy protection”course"

教学内容		理论基础与教学目标	核心算法复现与拆解	应用场景靶场训练
基于信息损失机理的隐私脱敏技术	匿名模型	① 掌握匿名模型与用户标识符的概念	① k-anonymity算法	基于匿名模型的位置隐
		② 了解传统匿名化方法与链接攻击	② l-diversity算法	私保护场景
		③ 掌握k-anonymity模型及其变型	③ t-closeness算法
	差分隐私	① 掌握相邻数据集、全局敏感度、局部敏感度、	① 基于拉普拉斯机制的	基于差分隐私的医疗数
		差分隐私ε-DP、松弛差分隐私(ε, δ)-DP、本地差分	差分隐私算法	据库隐私保护场景
		隐私的概念	② 基于高斯机制的差分
		② 掌握拉普拉斯机制、高斯机制、指数机制、随	隐私算法
		机响应机制	③ 基于指数机制的差分
			隐私算法
基于数据机密性保护机理的隐私防护技术	可搜索加密	① 掌握可搜索加密的基本原理	① 基于SWP算法的可搜	基于可搜索加密的电子
		② 掌握使用对称加密、公钥加密和布隆过滤器的	索加密算法	病历密文搜索场景
		方法	② 基于Z-IDX算法的可
			搜索加密算法
	密文计算	① 掌握椭圆曲线加密的半同态性质和算法原理	① 基于ECC密码算法的	基于密文计算的封闭式
		② 掌握椭圆曲线数字签名算法原理	密文计算算法	电子拍卖隐私保护场景
		③ 掌握ECC密码和ECDSA数字签名算法	② 基于 ECDSA 数字签
		④ 掌握构建MPC协议	名算法的密文计算算法
新技术衍生隐私问题及保护方法	对抗训练	① 掌握 PyTorch 深度学习框架的使用，构造卷积	基于对抗训练的图像识	基于对抗训练的人脸图
		神经网络	别神经网络训练	像识别隐私保护场景
		② 掌握多任务学习算法的概念
		③ 掌握基于对抗训练的深度学习隐私保护方法
	多媒体隐私	① 掌握多媒体文件中个人识别符的识别方法	① 图片中人脸区域的识	社交应用中的视频隐私
		② 掌握图像处理、音频处理的基本原理和方法	别与保护算法	保护场景
		③ 掌握利用遮蔽、加噪等手段保护多媒体文件中	② 声纹隐私信息识别与
		的隐私信息	保护算法
隐私保护策略与隐私信息管理	隐私策略	① 掌握访问控制及基于属性的访问控制的基本原理	① 面向社交网络的访问	面向社交网络的隐私策
	冲突消解	② 掌握基于属性的访问控制机制、隐私策略检测	控制框架搭建过程	略冲突消解
		及冲突消解方法	② 社交网络隐私保护策
			略冲突及消解
	隐私侵犯	掌握LSB数字水印算法和DCT数字水印算法的基	① LSB数字水印算法	基于数字水印的图片转
	行为溯源	本原理	② DCT数字水印算法	发溯源取证场景

表1

图1

图2

参考文献 12

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基于教学实训靶场的“数据隐私保护”课程建设初探

Preliminary study on the construction of a data privacy protection course based on a teaching-in-practice range

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