計(jì)算機(jī)病毒原理的課程教學(xué)

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當(dāng)今世界，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全正在受到嚴(yán)重挑戰(zhàn)，計(jì)算機(jī)病毒是計(jì)算機(jī)安全的主要威脅之一。為此，各高校紛紛開(kāi)設(shè)《計(jì)算機(jī)病毒》這門課程。本課程涉及理論知識(shí)較多較復(fù)雜，學(xué)生學(xué)起來(lái)容易感到枯燥乏味。下面以大學(xué)本科《計(jì)算機(jī)病毒》課程中“DOS病毒分析”這一章中的“文件型病毒原理”這一節(jié)內(nèi)容的教學(xué)設(shè)計(jì)為例，進(jìn)行闡述。

一、教學(xué)分析

1.教學(xué)內(nèi)容及目標(biāo)

本節(jié)課要求學(xué)生了解COM文件和EXE文件結(jié)構(gòu)及其加載機(jī)制等，以此為基礎(chǔ)掌握DOS病毒中的文件型病毒的含義及工作原理。其中文件型病毒的原理是本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)；針對(duì)典型病毒的分析，包括大麻病毒分析，黑色星期五病毒分析等是教學(xué)的難點(diǎn)。

2.教學(xué)對(duì)象分析

計(jì)算機(jī)病毒這門課程的教學(xué)對(duì)象為信息安全專業(yè)本科三年級(jí)的學(xué)生,學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了包括匯編語(yǔ)言、操作系統(tǒng)、信息安全理論與技術(shù)等前導(dǎo)課程，對(duì)計(jì)算機(jī)的基本操作和常用軟件的使用較為熟練，但對(duì)于計(jì)算機(jī)病毒常用的分析工具還較為陌生，因此還要進(jìn)行針對(duì)性訓(xùn)練。本節(jié)課將以課本知識(shí)為依托,通過(guò)多媒體手段和啟發(fā)式教學(xué)來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高其分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

二、教學(xué)設(shè)計(jì)

1.教學(xué)環(huán)境設(shè)計(jì)

提供一人一機(jī)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境：運(yùn)行Win2000操作系統(tǒng)的PC機(jī)，具有宏匯編masm5語(yǔ)言編譯環(huán)境，關(guān)閉殺毒軟件。教師準(zhǔn)備視頻剪輯，視頻內(nèi)容為典型文件型病毒入侵計(jì)算機(jī)系統(tǒng)并造成破壞的全過(guò)程；自制PPT幻燈片，展示計(jì)算機(jī)病毒原理及相關(guān)知識(shí)；準(zhǔn)備課堂討論問(wèn)題和對(duì)學(xué)生考察的小測(cè)驗(yàn)題目；準(zhǔn)備課后習(xí)題。

2.課時(shí)安排

課堂講授4學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)4學(xué)時(shí)。

3.教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

（1）導(dǎo)入：生動(dòng)有趣、激發(fā)求知欲課程導(dǎo)入從給學(xué)生播放一段網(wǎng)上下載的視頻開(kāi)始。該視頻內(nèi)容為一臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)感染、爆發(fā)CIH病毒，至使系統(tǒng)軟、硬資源遭受嚴(yán)重破壞，最終導(dǎo)致無(wú)法啟動(dòng)的全過(guò)程的錄像。視頻播放完畢，向?qū)W生們提出了一個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題：“你們?cè)谄綍r(shí)使用計(jì)算機(jī)時(shí)，有沒(méi)有中過(guò)病毒？癥狀是什么樣的？計(jì)算機(jī)病毒是怎樣控制我們機(jī)器的？”以此來(lái)吸引學(xué)生的注意力，使學(xué)生們回憶自己的計(jì)算機(jī)遭到病毒攻擊的經(jīng)歷，激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲。由此引入本堂課要講授的內(nèi)容———文件型病毒原理。（2）講解原理：?jiǎn)l(fā)式教學(xué)，深入淺出從文件型病毒的定義講起，告訴學(xué)生，各個(gè)系統(tǒng)下文件型病毒都占有重要地位，課堂開(kāi)始時(shí)所播放的視頻中的病毒，就是一個(gè)非常著名的文件型病毒。因此認(rèn)真學(xué)好這堂課，對(duì)于深刻掌握計(jì)算機(jī)病毒原理和反病毒技術(shù)具有重要意義。引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)COM文件和EXE文件的基本格式，結(jié)合本堂課所要講授的內(nèi)容，在復(fù)習(xí)可執(zhí)行文件格式的同時(shí)，針對(duì)文件格式中的各個(gè)細(xì)節(jié)，給出病毒在哪些位置有可乘之機(jī)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考：“在這樣的文件格式下，你會(huì)選擇哪些部位修改源文件，怎樣進(jìn)行感染”等問(wèn)題。下面以COM病毒為例，介紹教學(xué)的過(guò)程。首先給出COM文件的基本格式，然后講解COM文件的調(diào)入執(zhí)行過(guò)程。在講解過(guò)程中強(qiáng)調(diào)COM文件的調(diào)入執(zhí)行過(guò)程是非常獨(dú)特的，也是病毒用來(lái)進(jìn)行侵入的最基本依據(jù)。經(jīng)過(guò)以上講解，學(xué)生已對(duì)COM文件有了比較全面的認(rèn)識(shí)。抓住時(shí)機(jī)，引導(dǎo)學(xué)生思考：“對(duì)一個(gè)COM文件進(jìn)行感染可以有哪些方法？有什么依據(jù)？”組織學(xué)生展開(kāi)討論，在充分聽(tīng)取學(xué)生發(fā)言的基礎(chǔ)上，對(duì)剛才的討論內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，充分肯定學(xué)生的創(chuàng)造性思維，同時(shí)補(bǔ)充學(xué)生發(fā)言中存在的不足。至此，學(xué)生已經(jīng)對(duì)COM文件型病毒感染和傳播原理有了一個(gè)基本的認(rèn)識(shí)，教師再將文件型病毒的原理全面講授給學(xué)生，幫助學(xué)生使知識(shí)系統(tǒng)化。然而，光有理論知識(shí)還不夠，還要再將理論運(yùn)用到實(shí)際的病毒代碼分析中。最后，為學(xué)生提供一個(gè)典型的文件型病毒———“黑色星期五”代碼，帶領(lǐng)學(xué)生利用所學(xué)過(guò)的匯編語(yǔ)言知識(shí)和剛剛學(xué)習(xí)的COM文件型病毒知識(shí)，對(duì)病毒源代碼進(jìn)行分析。學(xué)生親身體驗(yàn)動(dòng)手解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程，達(dá)到舉一反三的教學(xué)效果。（3）實(shí)驗(yàn)：嘗試動(dòng)手，體驗(yàn)成功實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：為學(xué)生提供一個(gè)供參考的COM病毒程序（程序1）和一個(gè)測(cè)試用的COM程序（程序2，即待感染的正常COM可執(zhí)行文件）。具體代碼略。實(shí)驗(yàn)原理：程序1首先解決自身在被感染COM程序中的重定位問(wèn)題。在病毒運(yùn)行時(shí)，它必須知道自身代碼的起始地址，該地址即為病毒的基地址，病毒代碼中的其他變量都可以利用該基地址和變量相對(duì)該基地址的偏移之和來(lái)進(jìn)行重定位。在感染過(guò)程中，病毒代碼覆蓋待感染程序的前4個(gè)字節(jié)，為此必須保存原來(lái)的4字節(jié)，同時(shí)，還要修改待感染程序開(kāi)頭的新4個(gè)字節(jié)，然后復(fù)制到待感染程序的開(kāi)頭。實(shí)驗(yàn)步驟：仔細(xì)分析病毒程序代碼，畫出病毒程序的流程圖，并找出病毒程序是如何得到自己的基地址的代碼；利用Masm5.0分別編譯、鏈接病毒程序1和待感染程序2，然后利用exe2bin把程序1和程序2的執(zhí)行文件轉(zhuǎn)換為COM文件，分別為virus.com和test.com。觀察下述動(dòng)作后的程序的執(zhí)行結(jié)果①執(zhí)行virus.com②執(zhí)行test.com③再次執(zhí)行test.com分析為什么會(huì)出現(xiàn)那樣的結(jié)果。如果多次執(zhí)行virus.com是否重復(fù)感染？（4）試著手工清除test.com中的病毒，然后再執(zhí)行test.com，測(cè)試是否清除成功，給出清除病毒所依據(jù)的原理和具體的操作方法。（5）試著自己編寫一個(gè)COM病毒測(cè)試，以test.com為感染目標(biāo)文件，并測(cè)試該病毒的執(zhí)行效果。Masm5.0的使用學(xué)生們?cè)凇秴R編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》課程的學(xué)習(xí)中已經(jīng)掌握，而exe2bin命令的使用需要給出相關(guān)提示。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中把所遇到的問(wèn)題講出來(lái)，帶領(lǐng)全體學(xué)生對(duì)所提出的問(wèn)題進(jìn)行討論，給出一個(gè)合適的解決方法，并對(duì)能夠深入思考的同學(xué)和給出獨(dú)特見(jiàn)解的同學(xué)及時(shí)給予表?yè)P(yáng)，同時(shí)提示學(xué)生，不要停留在枯燥的理論學(xué)習(xí)上，要勤于動(dòng)手、樂(lè)于動(dòng)手，讓所學(xué)知識(shí)在行動(dòng)中得到鞏固。

4.思考練習(xí)：深入研究、及時(shí)總結(jié)

課堂講授的時(shí)間和實(shí)驗(yàn)的時(shí)間是有限的，學(xué)生在認(rèn)真聽(tīng)課和積極動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)之后，會(huì)對(duì)文件型病毒的原理有了全面而生動(dòng)的認(rèn)識(shí)。然而僅僅能熟練的對(duì)書本上和教師所給出的實(shí)例進(jìn)行分析研究仍然是不夠的，要成為一名優(yōu)秀的病毒分析師，還需要讓自己的視野更加寬闊，勇于追蹤信息安全領(lǐng)域的最新熱點(diǎn)，掌握最先進(jìn)的病毒信息。因此，要乘勝追擊，給學(xué)生布置課外作業(yè)和思考練習(xí)題，要求學(xué)生利用課余時(shí)間上網(wǎng)搜集與文件型病毒相關(guān)的知識(shí)，并進(jìn)行總結(jié)。鼓勵(lì)學(xué)生將所學(xué)到的最新知識(shí)和技術(shù)寫成書面小報(bào)告，在課下與同學(xué)和老師進(jìn)行交流。

5.考察

考察方法不應(yīng)僅局限于書面考試或課堂作業(yè)，應(yīng)將考察放到課堂中和實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，注意每個(gè)學(xué)生參與課堂討論的情況，了解學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況。同時(shí)，在學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀察學(xué)生的動(dòng)手操作情況，適時(shí)對(duì)學(xué)生提出問(wèn)題，考察學(xué)生對(duì)概念的理解，根據(jù)學(xué)生回答問(wèn)題的情況給出合適的評(píng)價(jià)。以上可以幫助教師對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)做出更加全面和客觀的評(píng)價(jià)，也可以激勵(lì)學(xué)生更主動(dòng)地投入到本門課程的學(xué)習(xí)中來(lái)。

三、教學(xué)體會(huì)“文件型病毒原理”的教學(xué)過(guò)程始終貫穿了教師

積極引導(dǎo)、學(xué)生主動(dòng)探索、師生互動(dòng)合作的活動(dòng)。學(xué)生在學(xué)習(xí)中了解了事物，學(xué)會(huì)了思考，學(xué)會(huì)了理解運(yùn)用,品嘗了成功的喜悅。在整個(gè)過(guò)程中，教師的精心準(zhǔn)備和細(xì)致引導(dǎo)是學(xué)生自主學(xué)習(xí)成功的保證。實(shí)驗(yàn)部分的設(shè)計(jì)充分培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力和合作精神，也體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)病毒課程教學(xué)重視實(shí)踐的特點(diǎn)，大大提高了課堂的效益。在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中教師起到了拋磚引玉的作用。學(xué)生在學(xué)習(xí)課本知識(shí)的同時(shí),充分發(fā)揮了主觀能動(dòng)性，學(xué)到了更多課本以外的知識(shí)。注：本文為天津市教委教改（重點(diǎn)）項(xiàng)目“立足天津及周邊地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展，打造天津信息安全市級(jí)品牌專業(yè)的卓越人才培養(yǎng)體系（C03-0809）”成果。

作者:趙春蕾 楊宏 劉萍 單位:天津理工大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院