用于收集 shell 命令的工具集及其在动手网络安全训练中的应用

在学习网络安全、操作系统或网络时，学生使用广泛的命令行工具完成实践任务。收集并分析关于命令使用的数据可揭示学生如何进步及在何处犯错的宝贵洞见。然而，很少有学习环境支持记录与检查命令行输入，且为此搭建高效基础设施颇具挑战。为协助工程与计算教育者，我们分享一个用于记录学生在 Linux 机器上执行命令的开源工具集的设计与实现。相较于 shell 历史文件等基础方案，该工具集的附加价值有三方面：1) 其配置自动化，故可轻松用于不同主题的课程；2) 它收集关于命令执行的元数据，如时间戳、主机名与 IP 地址；3) 数据以统一、半结构化格式即时转发至中心存储。这使得实时与事后自动处理成为可能，从而增进教师对学生操作的理解。该工具集独立于教学内容、训练网络拓扑或并行工作的学生数量。我们在四个培训场次的两个学习环境中展示了工具集的价值。两个学期中，50 名学生使用 Linux 命令行界面游玩教育性网络安全游戏。每场培训持续约两小时，期间我们记录了 4439 条 shell 命令。半自动化数据分析揭示了学生的解决模式、所用工具与误解。我们创建工具集并应用于教学实践的洞见对相关教师、研究人员与学习环境开发者具有参考意义。我们提供本工作产生的软件与数据以供他人使用。