职业院校网络安全靶场实训演练系统建设方案

一、项目概述

（一）建设背景

在数字化浪潮席卷全球的当下，网络信息技术已然成为推动社会发展的核心动力。从日常生活的便捷支付、智能出行，到关键领域的金融交易、能源调度、政务运行，网络的身影无处不在，已然成为现代社会的神经中枢。但随着网络技术的迅猛发展，网络安全威胁也呈现出前所未有的多样化与复杂化态势。从常见的恶意软件、网络钓鱼，到高级持续性威胁（APT），攻击者的手段不断翻新，攻击目标愈发明确，数据中心、关键基础设施等重要领域频频遭受攻击，造成了巨大的经济损失和社会影响。

网络安全人才的短缺，已经成为制约我国网络安全产业发展的主要瓶颈。据教育部最新公布的数据显示，到 2027 年，我国网络安全人员缺口将达 327 万，而高校人才培养规模仅为每年 3 万人左右。 在此背景下，职业院校作为我国技能型人才培养的主阵地，在网络安全人才培养中扮演着举足轻重的角色。然而，当前职业院校网络安全教学普遍存在理论与实践脱节的问题，学生缺乏在真实网络环境中进行攻防实战的机会，导致其毕业后难以快速适应企业的实际需求。因此，构建一个集 "教学 - 实训 - 竞赛 - 科研" 于一体的网络安全靶场实训演练系统，成为职业院校提升网络安全人才培养质量的迫切需求。

从政策层面来看，国家高度重视网络安全人才培养工作。《中华人民共和国网络安全法》明确提出要加强网络安全人才培养，提高全民网络安全意识和技能。教育部也积极推动 "新工科" 建设，鼓励高校和职业院校加强网络安全相关专业建设，深化产教融合，培养适应新时代需求的网络安全人才。这些政策的出台，为职业院校网络安全靶场实训演练系统的建设提供了有力的政策支持和保障。

（二）建设意义

1. 打造一体化人才培养平台：网络安全靶场实训演练系统的建设，将为职业院校网络安全教学提供一个高度仿真的实战环境，实现 "教、学、练、战" 一体化。学生可以在靶场中模拟各种网络攻击和防御场景，将课堂上学到的理论知识应用到实际操作中，通过反复实践，提升自己的网络安全攻防实战能力。同时，靶场系统还可以支持网络安全竞赛和科研活动，激发学生的学习兴趣和创新精神，培养学生的团队协作能力和解决实际问题的能力。

2. 支撑专业群建设与发展：网络安全技术专业群是职业院校面向网络安全产业发展需求设立的新兴专业群，涵盖了网络安全、信息安全、云计算安全等多个专业方向。网络安全靶场实训演练系统的建设，将为专业群的课程建设、实践教学、师资培养等提供有力支撑，促进专业群的内涵建设和发展。通过与企业合作，引入企业的实际项目和案例，将行业最新技术和标准融入教学内容，使专业群的人才培养更加贴近市场需求，提升专业群的竞争力和影响力。

3. 服务区域网络安全产业人才需求：随着网络安全产业的快速发展，各地对网络安全人才的需求日益旺盛。职业院校作为地方技能型人才培养的重要力量，通过建设网络安全靶场实训演练系统，能够为区域网络安全产业培养和输送大量高素质的技能型人才，满足企业对网络安全人才的迫切需求。同时，还可以依托靶场系统开展网络安全技术培训和服务，为企业提供网络安全解决方案和技术支持，促进区域网络安全产业的发展壮大。

4. 助力职业院校内涵式发展：网络安全靶场实训演练系统的建设，是职业院校提升办学水平和综合实力的重要举措。通过打造高水平的网络安全实训基地，提升学校在网络安全领域的教学和科研能力，能够吸引更多优秀的学生和教师，提高学校的知名度和美誉度。同时，还可以促进学校与企业、科研机构的深度合作，拓展学校的办学资源和发展空间，推动职业院校向内涵式、特色化方向发展，成为网络安全技能型人才培养的高地。

二、需求分析

（一）核心建设需求

1. 高效实训环境搭建：职业院校网络安全教学任务繁重，课程实验、攻防演练等活动频繁开展，这就要求网络安全靶场实训演练系统能够在短时间内完成虚拟靶场环境的部署。利用先进的虚拟化技术和自动化部署工具，系统应支持分钟级的快速组网，确保在实训课程开始前，学生能够迅速进入真实感强的网络安全实战场景。例如，在进行 Web 安全攻防实验时，学生可通过系统一键部署包含常见 Web 服务器（如 Apache、Nginx）、数据库（如 MySQL、Oracle）和各类漏洞应用程序的虚拟环境，快速开展漏洞扫描、渗透测试等实践操作，无需花费大量时间在环境搭建和配置上，从而提高实训效率。

2. 分层培养体系构建：职业院校学生的基础和学习能力存在差异，学制也各不相同，因此需要构建一套科学合理的分层培养体系。初级阶段，聚焦基础攻防知识和技能的传授，通过模拟简单的网络攻击场景，如弱口令破解、简单的 SQL 注入攻击等，让学生熟悉网络安全攻防的基本概念和操作流程，掌握常见安全工具的使用方法，如 Nmap 端口扫描工具、Burp Suite 抓包工具等。中级阶段，深入到漏洞挖掘领域，引导学生学习各种漏洞的原理和挖掘方法，如缓冲区溢出漏洞、XSS 跨站脚本漏洞等，通过分析真实的漏洞案例，让学生能够在复杂的应用环境中发现并利用漏洞，提升其安全分析和问题解决能力。高级阶段，着重培养学生的渗透测试能力，要求学生能够综合运用所学知识，对模拟的企业级网络进行全面的渗透测试，制定完整的渗透测试策略，包括信息收集、漏洞利用、权限提升、横向移动等环节，同时还要掌握安全防护和应急响应的方法，以应对实际工作中的复杂网络安全挑战，满足不同学制学生在不同学习阶段的能力培养需求。

3. 实战化场景模拟：为使学生毕业后能迅速适应企业网络安全工作，实训演练系统必须高度还原企业级网络架构。模拟的网络架构应涵盖 Web 服务器、数据库服务器、文件服务器、邮件服务器等多种常见服务器类型，以及防火墙、入侵检测系统、VPN 等网络安全设备，形成一个完整的企业网络生态环境。同时，系统要支持常见攻击场景的模拟，如钓鱼攻击，通过创建逼真的钓鱼邮件和钓鱼网站，让学生了解钓鱼攻击的原理和防范方法；DDoS 攻击，模拟大规模的分布式拒绝服务攻击，使学生掌握 DDoS 攻击的特征和应急处理措施；漏洞利用攻击，如利用 Struts2 框架漏洞、Heartbleed 漏洞等进行攻击，让学生深入理解漏洞利用的过程和危害，从而提高学生在实际工作中应对各种网络安全威胁的能力。

4. 智能考核评估：实训过程中的考核评估是检验学生学习成果和能力水平的重要环节。系统应具备自动记录学生操作日志的功能，详细记录学生在实训过程中的每一步操作，包括使用的工具、执行的命令、攻击或防御的策略等。通过对操作日志的深度分析，从多个维度评估学生攻防策略的有效性，如攻击成功率、防御覆盖率、漏洞发现数量、响应时间等。根据评估结果，生成学生的能力图谱，直观展示学生在网络安全各个领域的能力水平，如 Web 安全、网络安全、密码学等，并针对学生的薄弱环节提供个性化的改进建议，帮助学生有针对性地提升自己的网络安全技能，同时也为教师调整教学策略和课程内容提供参考依据。

（二）目标用户需求

1. 教师：对于教师而言，便捷的课程管理功能至关重要。教师需要能够轻松创建、编辑和管理实训课程，包括设置课程目标、教学内容、实训任务和考核标准等。实训案例导入功能可让教师将实际的网络安全案例引入教学中，丰富教学素材，使教学内容更加贴近实际工作场景。例如，教师可以导入某企业遭受的真实网络攻击案例，让学生分析攻击过程和原因，并提出相应的防御措施。团队协作任务分发功能能够支持教师将复杂的实训任务分解为多个子任务，分配给不同的学生小组，培养学生的团队协作能力和沟通能力。在任务执行过程中，教师可以实时监控各小组的进展情况，提供指导和反馈，确保实训任务的顺利完成。

2. 学生：学生在实训过程中需要交互式操作指南的支持，以帮助他们快速了解实训内容和操作步骤。操作指南应采用直观的界面设计和简洁明了的语言，以视频、动画、图文等多种形式呈现，让学生能够轻松上手。实时漏洞提示功能可在学生进行实训操作时，及时提醒学生当前环境中存在的漏洞类型和位置，引导学生进行漏洞挖掘和利用，提高学生的学习效率和实践能力。例如，当学生在进行 Web 应用程序渗透测试时，系统可以实时提示学生当前页面存在的 SQL 注入漏洞、XSS 漏洞等，并提供相关的漏洞利用方法和注意事项。攻防过程复盘工具能够让学生在实训结束后，回顾自己的攻防操作过程，分析自己的优点和不足之处，总结经验教训，从而不断提升自己的网络安全技能。

3. 院校：院校希望网络安全靶场实训演练系统能够与现有教学平台无缝兼容，实现数据共享和业务协同，避免出现信息孤岛。这样，教师和学生可以在统一的教学平台上进行课程学习、实训操作、考核评估等活动，提高教学管理的效率和便捷性。系统还应支持跨专业实训共享，不仅满足网络安全专业学生的实训需求，还能为计算机网络、软件技术、信息管理等相关专业的学生提供网络安全实践机会，拓宽学生的知识面和技能领域。此外，系统要满足技能大赛、1+X 证书考核等需求，为学生参加各类网络安全竞赛和获取职业技能证书提供有力支持。例如，系统应具备与技能大赛相同的竞赛环境和规则，让学生在日常实训中就能熟悉竞赛流程和要求，提高学生在竞赛中的竞争力；同时，系统的考核标准和内容应与 1+X 证书考核大纲相匹配，帮助学生更好地备考和通过证书考核，提升学生的就业竞争力。

三、系统架构设计

（一）设计思想

本网络安全靶场实训演练系统采用 "虚实融合、分层解耦" 的先进架构设计思想。借助虚拟化技术，精心构建出高度可扩展的网络空间孪生环境，完美复刻真实网络环境中的各种要素与行为。通过将系统划分为 "基础资源 - 业务系统 - 应用服务" 三级模块化设计，实现各层级之间的解耦，降低系统的复杂性，提高系统的可维护性和可扩展性。各模块功能明确，相互协作，基础资源层为上层提供坚实的硬件与软件支撑，业务系统层专注于实训与管理功能的实现，应用服务层则负责为用户提供便捷、高效的交互体验。这种分层解耦的设计使得系统能够灵活应对不断变化的需求，支持快速迭代与个性化配置，满足职业院校多样化的教学与实训场景。

（二）技术架构

1. 基础资源层

• 硬件：选用高性能服务器集群，具备强大的计算能力和存储能力，能够支撑大规模的虚拟环境运行和海量数据处理。搭配万兆交换机，保障网络通信的高速、稳定，满足实训过程中对网络带宽的高要求。同时，引入信创安全设备，如防火墙，可有效阻挡外部非法网络访问，保护靶场系统的网络安全；入侵检测系统实时监测网络流量，及时发现并告警异常流量和攻击行为，为系统安全保驾护航。

• 软件：采用云计算平台 OpenStack，实现对硬件资源的统一管理和调度，提供灵活的资源分配和弹性扩展能力。利用容器化引擎 Docker，将应用程序及其依赖项打包成独立的容器，实现快速部署和迁移，提高系统的部署效率和运行稳定性。建立虚拟终端模板库，涵盖多种操作系统和应用环境的模板，方便快速创建虚拟终端，满足不同实训场景的需求。

2. 虚拟化层

• 网络仿真：系统支持 VLAN 划分，可将虚拟网络划分为多个逻辑子网，实现不同实训场景的隔离。通过 NAT 地址转换，实现内部虚拟网络与外部网络的通信，模拟真实网络环境中的地址转换机制。具备流量限速功能，可根据实训需求对网络流量进行控制，模拟不同网络带宽条件下的网络行为，如在模拟网络拥塞场景时，限制部分网络流量，观察网络性能的变化。同时，系统能够模拟复杂网络拓扑，如企业内网常见的三层交换网络拓扑，以及云端混合架构，包括公有云、私有云之间的网络连接和数据交互，让学生深入了解不同网络架构下的网络安全防护要点。

• 系统仿真：提供丰富的 Windows/Linux 靶机镜像，涵盖多种版本和应用场景，如 Windows Server 2019 用于模拟企业服务器环境，Ubuntu 用于模拟开源服务器环境。同时，提供工控系统（PLC/DCS）模拟器，让学生了解工业控制系统的运行原理和安全防护方法，如通过模拟 PLC 控制系统的通信协议，进行协议漏洞分析和攻击防御实验。此外，还集成 Web 服务中间件（Apache/Nginx），支持搭建各类 Web 应用服务，方便学生进行 Web 安全攻防实训，如利用 Apache 搭建 PHP 网站，进行 SQL 注入、文件上传漏洞等攻击实验。

3. 业务系统层

• 实训模块：拥有 200 + 标准化实训项目，覆盖网络安全的各个领域，如网络安全基础实训项目，包括网络扫描、端口探测、网络协议分析等；Web 安全实训项目，包括 Web 漏洞挖掘、Web 应用防火墙绕过等；密码学实训项目，包括密码破解、加密算法分析等。支持对抗演练，设置红蓝军实时攻防场景，红军负责模拟攻击者，对蓝军防守的网络系统发起攻击，蓝军则负责防御，通过实时对抗，锻炼学生的实战应变能力和团队协作能力。引入 CTF 竞赛（夺旗模式实战），将 CTF 竞赛模式融入实训教学中，学生通过完成一系列具有挑战性的网络安全任务，获取旗帜（Flag），激发学生的学习兴趣和竞争意识，提升学生的创新思维和解决复杂问题的能力。

• 管理模块：设置用户权限分级，包括学生、教师、管理员。学生具有有限的操作权限，只能进行实训操作和查看相关学习资料；教师拥有课程管理、学生实训指导和考核评估等权限；管理员则负责系统的整体管理和维护，包括资源分配、用户管理、系统配置等。实现资源调度功能，通过负载均衡技术，合理分配服务器资源，确保系统在高并发情况下的稳定运行，如在多个班级同时进行实训时，自动将任务分配到负载较低的服务器上。提供数据可视化功能，通过攻防态势大屏，实时展示网络安全攻防的整体态势，包括攻击次数、攻击类型、防御成功率等关键指标，让教师和管理员能够直观了解实训情况，及时发现问题并做出调整。

4. 展示管理层

• 交互界面：采用 Web 端操作平台，学生和教师可通过浏览器方便地访问系统。平台支持拖拽式拓扑设计，用户无需复杂的命令操作，即可通过鼠标拖拽的方式快速搭建网络拓扑，如添加网络设备、服务器、终端等，并设置它们之间的连接关系。具备实时日志监控功能，实时记录系统中的各种操作和事件，包括用户登录、实训操作、攻击防御记录等，方便用户随时查看和分析。提供攻防过程录播回放功能，学生可以在实训结束后，回放自己的攻防操作过程，分析自己的操作失误和不足之处，总结经验教训，教师也可以通过回放功能，对学生的实训表现进行点评和指导。

• 接口集成：系统兼容 Python/Go 开发接口，方便二次开发和功能扩展。通过对接院校智慧校园平台，实现用户数据、课程数据等的同步，学生和教师可使用智慧校园平台的账号直接登录网络安全靶场实训演练系统，无需重复注册。同时，对接第三方安全工具，如 Nessus 扫描器，将其强大的漏洞扫描功能集成到系统中，学生可以在实训过程中调用 Nessus 对模拟网络环境进行漏洞扫描，获取详细的漏洞报告，并根据报告进行漏洞修复和安全加固，提高实训的真实性和实用性。

四、核心功能模块设计

（一）智能实训分系统

1. 课程资源库：系统内置 10 大课程模块，内容覆盖网络安全的各个关键领域。在网络安全基础模块中，详细讲解网络协议的原理、数据包的结构与传输过程，以及常见网络攻击的基本原理，如 IP 地址欺骗、ARP 攻击等，帮助学生建立扎实的网络安全基础知识体系。渗透测试模块深入剖析渗透测试的流程和方法，从信息收集阶段的搜索引擎利用、端口扫描，到漏洞利用阶段的各类漏洞原理及利用工具的使用，如 Metasploit 框架的实践应用，让学生掌握渗透测试的核心技能。代码审计模块则聚焦于代码层面的安全问题，通过对实际代码案例的分析，教授学生如何识别常见的代码漏洞，如 SQL 注入、缓冲区溢出、XSS 跨站脚本等，以及如何运用代码审计工具进行安全检测，如 Checkmarx、Fortify 等工具的操作。教师可根据教学需求，灵活自定义实验步骤，设置不同的实验场景和任务要求，以满足个性化教学的需要。同时，教师还能根据实验的难度和重要性，自主制定评分标准，确保对学生的实训成果进行科学、公正的评价。

2. 攻防沙箱：采用先进的隔离技术，为学生提供一个安全可控的实验环境。在进行恶意代码分析时，学生可以将可疑的恶意代码放入沙箱中运行，沙箱会实时监控代码的行为，如文件读写操作、网络连接尝试、注册表修改等，并生成详细的行为报告，帮助学生深入了解恶意代码的工作机制和危害。在进行漏洞利用测试时，学生可以模拟各种攻击手段，尝试利用系统或应用程序中的漏洞获取权限或执行恶意操作，沙箱能够有效阻断跨沙箱攻击行为，确保其他实验环境和系统的安全。即使学生在沙箱中进行误操作或触发了危险的攻击行为，也不会对整个实训系统和其他学生的实验造成影响，为学生提供了一个大胆实践、探索网络安全技术的平台。

（二）动态考核分系统

1. 过程化评估：系统具备实时抓取学生操作日志的功能，能够详细记录学生在实训过程中的每一个操作步骤、操作时间以及使用的工具和技术。通过对这些操作日志的深入分析，结合 AI 算法，从多个维度对学生的网络安全能力进行评估。在漏洞发现耗时方面，系统会记录学生从开始扫描目标系统到发现第一个漏洞所花费的时间，以及发现不同类型漏洞的时间分布，以此评估学生的漏洞扫描效率和技术熟练程度。补丁修复效率则通过记录学生从发现漏洞到成功修复漏洞的时间，以及修复过程中所采取的措施和遇到的问题，来评估学生的漏洞修复能力和应急处理能力。根据评估结果，系统生成直观的能力雷达图，清晰展示学生在网络安全各个领域的能力水平，如网络安全、Web 安全、密码学、安全运维等，让学生和教师能够一目了然地了解学生的优势和不足。针对学生的薄弱环节，系统还会提供个性化的改进建议，如推荐相关的学习资源、实训项目或练习题目，帮助学生有针对性地提升自己的网络安全技能。

2. 竞赛模式：支持多种竞赛模式，如 CTF 夺旗竞赛，学生需要在规定时间内通过完成一系列具有挑战性的网络安全任务，如破解密码、利用漏洞获取系统权限、修复系统漏洞等，获取隐藏在系统中的旗帜（Flag），以得分高低排名。在 AWD 攻防演练中，参赛队伍分为攻击方和防守方，攻击方需要在规定时间内对防守方的系统发起攻击，尝试获取权限、篡改数据或破坏系统服务；防守方则需要实时监控系统状态，及时发现并修复攻击方造成的漏洞，同时对攻击方进行反击。系统自动判定攻击的有效性，如攻击是否成功获取权限、是否篡改了关键数据等，以及防御的完整性，如是否及时发现并修复了漏洞、是否成功阻止了攻击等，并实时更新积分榜，让参赛队伍能够实时了解自己的排名和比赛进展情况。通过这些竞赛模式，激发学生的竞争意识和创新思维，提升学生的团队协作能力和在复杂环境下的实战能力。

（三）高仿真模拟系统

1. 行业场景库：预设 5 大行业网络架构模板，高度还原不同行业的网络环境和业务特点。以金融行业为例，模板中包含核心业务系统，如网上银行系统，涵盖用户登录、账户管理、转账汇款等功能模块；支付清算系统，模拟银行与第三方支付机构之间的支付清算流程；以及风险控制系统，实时监测交易风险，防范欺诈行为。网络架构采用多层防护体系，包括防火墙、入侵检测系统、防 DDoS 设备等，确保网络安全。教育行业模板则包含教务管理系统，实现学生信息管理、课程安排、成绩查询等功能；在线教学平台，支持视频直播、在线作业提交等教学活动；以及校园一卡通系统，用于学生的身份识别、消费支付等。网络架构注重校园网络的分区管理和访问控制，保障教学活动的正常开展。工控行业模板模拟工业控制系统的网络架构，包括 PLC（可编程逻辑控制器）、DCS（集散控制系统）等核心设备，以及传感器、执行器等现场设备。网络通信采用工业以太网、Modbus 等协议，实现设备之间的实时数据传输和控制指令下达。通过这些行业场景模板，学生能够深入了解不同行业网络安全的特点和需求，掌握针对性的安全防护技术。

2. 威胁建模工具：提供可视化的配置界面，让学生能够直观地构建攻击路径。学生可以通过拖拽、连线等操作，模拟攻击者从 Web 服务器入手，利用 Web 应用程序中的漏洞，如 SQL 注入漏洞，获取数据库的访问权限，进而实现从 Web 服务器到数据库的横向移动。在模拟 0day 漏洞扩散效应时，学生可以设置漏洞的传播方式、传播速度以及受影响的系统范围，观察漏洞在网络中的扩散过程和对整个网络系统的影响。通过这种方式，帮助学生深入理解网络攻击的原理和过程，培养学生的安全风险意识和应急响应能力，让学生在面对真实的网络安全威胁时，能够迅速做出判断并采取有效的应对措施。

（四）运维管理平台

1. 资源监控：通过实时监测服务器的 CPU 使用率、内存使用率、磁盘 I/O 等关键指标，以及靶机的在线状态、网络连接情况等信息，运维人员可以及时了解系统的运行状况。当服务器负载过高时，系统自动触发扩容机制，根据预设的策略，动态分配更多的计算资源，如增加虚拟机的 CPU 核心数、内存容量等，确保系统在高并发情况下的稳定运行。在出现硬件故障或网络故障时，系统支持自动故障迁移，将受影响的业务快速切换到备用服务器或网络链路，保障实训活动的连续性。例如，当某台服务器的硬盘出现故障时，系统能够自动将该服务器上运行的虚拟靶机迁移到其他正常的服务器上，学生的实训操作不会受到中断，同时系统会及时发出警报，通知运维人员进行故障修复。

2. 安全审计：全面记录系统中的所有操作行为，包括用户登录信息，如登录时间、登录 IP 地址、登录账号等；配置变更记录，如网络设备的配置修改、系统参数的调整等。系统按照等保 2.0 的要求，对这些操作记录进行分类、存储和分析，生成详细的审计报告。报告内容涵盖操作时间、操作类型、操作对象、操作人员等关键信息，以及操作行为的合规性分析。通过审计报告，管理人员可以及时发现潜在的安全风险和违规操作行为，如未经授权的登录尝试、敏感信息的非法访问等，并采取相应的措施进行处理。同时，审计报告也为系统的安全评估和合规性检查提供了重要依据，帮助院校满足相关政策法规的要求，提升网络安全管理水平。

职业院校网络安全靶场实训演练系统建设是落实 "岗课赛证" 融合育人的关键抓手，通过构建 "教学有场景、实训有平台、考核有标准、竞赛有舞台" 的立体化培养体系，为网络安全产业输送 "懂理论、强实战、能创新" 的高素质技术技能人才，助力我国网络空间安全生态建设。