Программа курса "Кибербезопасность. фундаментальный уровень" для 9 класса физико-математической школы

Данный курс представляет собой начальный этап трехлетней программы подготовки специалистов по кибербезопасности в рамках физико-математической школы. Курс разработан с учетом высокого уровня математической и информатической подготовки учащихся и закладывает фундамент для углубленного изучения кибербезопасности в 10-11 классах.

Объем курса: 144 академических часа (4 часа в неделю)
Соотношение теории и практики: 30% теории, 70% практики
Целевая аудитория: учащиеся 9 класса физико-математической школы

Цель курса: сформировать фундаментальные знания и базовые практические навыки в области кибербезопасности, необходимые для дальнейшего углубленного изучения предмета.

Задачи курса:

• Сформировать целостное представление о кибербезопасности как науке и профессиональной области
• Развить системное мышление и навыки анализа уязвимостей в информационных системах
• Заложить основы практических навыков в области защиты информации
• Сформировать этическое отношение к применению знаний в области кибербезопасности
• Подготовить учащихся к участию в начальных уровнях соревнований по кибербезопасности

1. Основы кибербезопасности (4 часа)

   • История развития кибербезопасности
   • Основные понятия и терминология
   • Актуальные угрозы и вызовы цифровой эпохи
   • Обзор профессий в сфере кибербезопасности

2. Этика и правовые основы (4 часа)

   • Этический кодекс специалиста по кибербезопасности
   • Законодательство в сфере информационной безопасности
   • Ответственность за киберпреступления
   • Границы этичного хакинга

3. Модель угроз и оценка рисков (4 часа)

   • Основные типы киберугроз
   • Модели нарушителей
   • Принципы построения модели угроз
   • Базовые методики оценки рисков

4. Практикум: Анализ реальных кибератак (4 часа)

   • Разбор известных инцидентов безопасности
   • Анализ действий атакующих и защищающихся
   • Построение простейшей модели угроз для веб-приложения
   • Этическая дискуссия о границах применения знаний

1. Архитектура компьютерных сетей (6 часов)

   • Модель OSI и стек протоколов TCP/IP
   • Принципы маршрутизации и коммутации
   • Адресация в сетях
   • Инструменты анализа сетевого трафика

2. Сетевые протоколы и их уязвимости (6 часов)

   • Протоколы прикладного уровня (HTTP, FTP, DNS, SMTP)
   • Протоколы транспортного уровня (TCP, UDP)
   • Протоколы сетевого уровня (IP, ICMP)
   • Типовые уязвимости протоколов

3. Защита сетевой инфраструктуры (6 часов)

   • Брандмауэры и системы обнаружения вторжений
   • Виртуальные частные сети (VPN)
   • Сегментация сети
   • Безопасная конфигурация сетевого оборудования

4. Практикум: Сетевая разведка и защита (6 часов)

   • Использование инструментов сетевого анализа (Wireshark, tcpdump)
   • Сканирование сети и анализ открытых портов (Nmap)
   • Настройка базовых правил брандмауэра
   • Моделирование и обнаружение простейших сетевых атак

1. Математические основы криптографии (6 часов)

   • Элементы теории чисел для криптографии
   • Простые числа и факторизация
   • Модульная арифметика
   • Алгоритмы генерации случайных чисел

2. Симметричные алгоритмы шифрования (6 часов)

   • Классические шифры (Цезарь, Виженер, подстановки)
   • Современные блочные шифры (DES, AES)
   • Режимы работы блочных шифров
   • Потоковые шифры

3. Асимметричные алгоритмы шифрования (6 часов)

   • Принципы работы криптосистем с открытым ключом
   • Алгоритм RSA
   • Электронная подпись
   • Протоколы обмена ключами

4. Практикум по криптографии (6 часов)

   • Реализация классических шифров на Python
   • Использование криптографических библиотек
   • Атаки на простейшие криптосистемы
   • Создание и верификация цифровых подписей

1. Архитектура современных ОС (6 часов)

   • Компоненты операционной системы
   • Управление процессами и потоками
   • Файловые системы
   • Механизмы безопасности в ОС

2. Безопасность Windows (6 часов)

   • Модель безопасности Windows
   • Управление учетными записями и правами
   • Групповые политики
   • Мониторинг и аудит безопасности

3. Безопасность Linux (6 часов)

   • Модель безопасности Linux
   • Управление пользователями и правами
   • Системы контроля доступа (DAC, MAC, RBAC)
   • Механизмы защиты и аудита

4. Практикум по безопасности ОС (6 часов)

   • Настройка безопасной конфигурации ОС
   • Анализ журналов и мониторинг событий безопасности
   • Выявление уязвимостей в настройках ОС
   • Базовый аудит безопасности операционной системы

1. Архитектура веб-приложений (6 часов)

   • Принципы работы веб-приложений
   • Клиент-серверное взаимодействие
   • Протокол HTTP/HTTPS
   • Современные веб-технологии (HTML5, CSS3, JavaScript)

2. Распространенные уязвимости веб-приложений (6 часов)

   • OWASP Top 10
   • Инъекции (SQL, Command, LDAP)
   • Межсайтовый скриптинг (XSS)
   • CSRF и другие атаки на клиентскую часть

3. Защита веб-приложений (6 часов)

   • Принципы безопасной разработки
   • Валидация и санация данных
   • Управление сессиями и аутентификация
   • Межсетевые экраны веб-приложений (WAF)

4. Практикум по веб-безопасности (6 часов)

   • Исследование веб-приложений с помощью инструментов (OWASP ZAP, Burp Suite)
   • Поиск и эксплуатация простейших уязвимостей в тестовой среде
   • Разработка безопасного веб-приложения
   • Анализ защищенности веб-сайта

1. Жизненный цикл безопасной разработки (4 часа)

   • Модель SDLC и безопасность
   • Требования безопасности
   • Проектирование с учетом безопасности
   • Безопасность в DevOps (DevSecOps)

2. Типовые уязвимости в программном коде (4 часа)

   • Переполнение буфера
   • Ошибки управления памятью
   • Небезопасная сериализация
   • Слабые места в логике приложений

3. Инструменты анализа кода (4 часа)

   • Статический анализ кода
   • Динамический анализ
   • Фаззинг
   • Проверка зависимостей

4. Практикум по безопасной разработке (4 часа)

   • Анализ и исправление уязвимого кода
   • Использование инструментов статического анализа
   • Разработка простой программы с учетом требований безопасности
   • Код-ревью с фокусом на безопасность

1. Введение в CTF-соревнования (4 часа)

   • Типы CTF (Jeopardy, Attack-Defense, Mixed)
   • Категории заданий CTF
   • Обзор популярных платформ для подготовки
   • Методология решения CTF-задач

2. Основные инструменты для CTF (4 часа)

   • Инструментарий для веб-заданий
   • Инструментарий для криптографических заданий
   • Инструментарий для форензики
   • Среды для реверс-инжиниринга

3. Подготовка к соревнованиям (4 часа)

   • Организация командной работы
   • Документирование и обмен знаниями
   • Стратегии участия в соревнованиях
   • Анализ write-up после соревнований

4. Мини-CTF (4 часа)

   • Проведение внутреннего соревнования по изученным темам
   • Разбор решений
   • Анализ результатов
   • Подготовка к более сложным соревнованиям в 10-11 классах

1. Лекции и семинары:

   • Интерактивные лекции с демонстрацией практических примеров
   • Семинары с обсуждением актуальных вопросов кибербезопасности
   • Приглашение специалистов из индустрии и академической среды

2. Лабораторные работы:

   • Работа в изолированной среде с моделированием реальных ситуаций
   • Использование специализированных платформ (TryHackMe, HackTheBox)
   • Пошаговые инструкции для начальных работ с переходом к заданиям с открытым решением

3. Проектная деятельность:

   • Индивидуальные и групповые проекты по темам модулей
   • Исследовательские работы по выбранным направлениям
   • Подготовка учебных материалов для младших классов

4. Соревновательные элементы:

   • Регулярные мини-хакатоны по изученным темам
   • Подготовка к участию в школьных и региональных соревнованиях
   • Система рейтингов и достижений для повышения мотивации

1. Текущий контроль (50%):

   • Лабораторные работы и практические задания (30%)
   • Тесты по теоретическому материалу (10%)
   • Активность на занятиях и дополнительные задания (10%)

2. Промежуточный контроль (20%):

   • Контрольные работы по модулям
   • Защита мини-проектов

3. Итоговый контроль (30%):

   • Комплексный практический проект (20%)
   • Итоговое тестирование (10%)

1. Безопасность компьютерных сетей (для школьников, адаптированное издание)
2. Основы криптографии с задачами и примерами на Python
3. Введение в кибербезопасность: практический подход

1. Платформа TryHackMe (образовательная лицензия)
2. Портал HackTheBox (академический доступ)
3. Курсы Cybrary для начинающих
4. Ресурсы CyberPatriot для школьников

1. Виртуальные машины с различными операционными системами
2. Изолированная лабораторная среда
3. Инструменты для анализа безопасности (Kali Linux, Wireshark, Burp Suite Community)
4. Средства разработки и анализа кода

1. Математика:

   • Теория чисел (для криптографии)
   • Дискретная математика (для алгоритмов безопасности)
   • Вероятность и статистика (для анализа рисков)

2. Информатика:

   • Алгоритмы и структуры данных
   • Программирование на Python и других языках
   • Архитектура компьютеров и сетей

3. Физика:

   • Принципы передачи информации
   • Физические методы защиты информации
   • Квантовая криптография (ознакомительно)

4. Обществознание:

   • Правовые аспекты информационной безопасности
   • Этические вопросы применения технологий
   • Социальные последствия кибератак

• Основные концепции и термины кибербезопасности
• Принципы работы компьютерных сетей и их уязвимости
• Базовые алгоритмы криптографии и их применение
• Механизмы безопасности операционных систем
• Типовые уязвимости веб-приложений и методы защиты
• Принципы безопасной разработки программного обеспечения

• Анализировать базовые уязвимости в информационных системах
• Применять криптографические алгоритмы для защиты информации
• Настраивать безопасную конфигурацию операционных систем
• Выявлять и эксплуатировать простейшие уязвимости в контролируемой среде
• Разрабатывать безопасный программный код
• Работать с базовыми инструментами кибербезопасности

• Системное мышление при анализе безопасности
• Этичное применение знаний в области кибербезопасности
• Документирование результатов исследований безопасности
• Командная работа при решении задач кибербезопасности
• Самостоятельное изучение новых технологий и уязвимостей

Данный курс является первой ступенью трехлетней программы и закладывает фундамент для углубленного изучения кибербезопасности в 10-11 классах. По окончании 9 класса учащиеся:

1. Будут готовы к освоению специализированных тем кибербезопасности в 10 классе:

   • Продвинутая криптография и криптоанализ
   • Углубленное изучение безопасности сетей
   • Реверс-инжиниринг и анализ вредоносного ПО
   • Расширенные техники тестирования на проникновение

2. Смогут участвовать в школьных и региональных соревнованиях по кибербезопасности начального и среднего уровня.

3. Получат базовые навыки для самостоятельного изучения дополнительных тем кибербезопасности.

Программа курса “Кибербезопасность: фундаментальный уровень” для 9 класса физико-математической школы обеспечивает комплексное введение в область кибербезопасности с акцентом на практическое применение знаний. Курс сбалансирован по сложности и объему материала, учитывает возрастные особенности учащихся и закладывает прочную основу для дальнейшего углубленного изучения кибербезопасности в 10-11 классах.