資源簡(jiǎn)介

教學(xué)設(shè)計(jì)
課程基本信息
學(xué)科 信息技術(shù) 年級(jí) 高二 學(xué)期 春季
課題 數(shù)據(jù)加密與安全
教學(xué)目標(biāo)
1. 通過(guò)“注冊(cè)賬號(hào)”的實(shí)踐活動(dòng)，初步了解在進(jìn)行信息系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中，存在個(gè)人信息泄露的安全問(wèn)題。信息系統(tǒng)中存放數(shù)據(jù)面臨著一系列安全問(wèn)題，讓學(xué)生能知道采用加密措施能保護(hù)數(shù)據(jù)的保密性。 2. 通過(guò)“加密算法1”和“加密算法2”的探究活動(dòng)，使學(xué)生理解換位密碼和替代密碼的基本思想，通過(guò)實(shí)踐與體驗(yàn)中的練習(xí)，理解3種簡(jiǎn)單加密算法，能用python代碼，初步學(xué)會(huì)密碼的設(shè)計(jì)。 3. 通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的安全防范技術(shù)的學(xué)習(xí)，提升信息安全意識(shí)，能主動(dòng)保護(hù)自身數(shù)據(jù)的安全和尊重他人的數(shù)據(jù)安全。
教學(xué)內(nèi)容
教學(xué)重點(diǎn)： 1.了解數(shù)據(jù)加密的重要性和必要性。
2. 理解3種簡(jiǎn)單加密算法。
教學(xué)難點(diǎn)： 1. 掌握密碼和密鑰的概念，密碼系統(tǒng)的組成。
2. 設(shè)計(jì)密碼。
教學(xué)過(guò)程
情境導(dǎo)入【實(shí)踐活動(dòng)——注冊(cè)賬號(hào)】 請(qǐng)同學(xué)們跟老師一起來(lái)體驗(yàn)“注冊(cè)賬號(hào)”的實(shí)踐活動(dòng)！第一步，打開(kāi)“注冊(cè)賬號(hào)”文件夾中的“主程序.py”文件，按“F5”運(yùn)行該程序。第二步，代碼運(yùn)行成功后，通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)這個(gè)網(wǎng)址，網(wǎng)頁(yè)顯示如右圖所示，我們可以在文本框中輸入用戶名，如“小林”，密碼“Xinxi12”，然后點(diǎn)擊“注冊(cè)”按鈕。
賬號(hào)注冊(cè)成功，可以看到網(wǎng)頁(yè)上顯示以下的內(nèi)容：小林，您好，注冊(cè)成功！賬號(hào)信息存儲(chǔ)在以下2張數(shù)據(jù)表中，分別為users和users*。接下來(lái)，請(qǐng)同學(xué)們先注冊(cè)一個(gè)自己的賬號(hào)。 提出問(wèn)題：當(dāng)存儲(chǔ)賬號(hào)信息的文件被他人非法獲取時(shí)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在哪個(gè)數(shù)據(jù)表中更安全，users還是users*？ 學(xué)生先完成注冊(cè)賬號(hào)的任務(wù)，通過(guò)觀察兩張數(shù)據(jù)表中存儲(chǔ)的賬號(hào)信息，發(fā)現(xiàn)users*中的密碼不再是原始密碼，更安全。 教師進(jìn)行講解：存儲(chǔ)在users*數(shù)據(jù)表更安全。在users數(shù)據(jù)表中，存儲(chǔ)的就是原始密碼Xinxi12，一旦有人非法得到這樣的賬號(hào)信息就可以直接登錄賬號(hào)竊取系統(tǒng)中的個(gè)人信息，導(dǎo)致個(gè)人信息泄露。而在users*數(shù)據(jù)表中，存儲(chǔ)的密碼已經(jīng)不再是原始密碼。那么，此時(shí)無(wú)法通過(guò)密文直接登錄賬號(hào)來(lái)竊取個(gè)人信息，所以經(jīng)過(guò)加密處理的密文更安全！ 教師重點(diǎn)引出“明文”與“密文”兩個(gè)概念。明文——未進(jìn)行加密處理的文本；密文——加密處理后的文本。 設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)引入“注冊(cè)賬號(hào)”，讓學(xué)生上機(jī)實(shí)踐注冊(cè)賬號(hào)，體會(huì)注冊(cè)完成后賬號(hào)信息會(huì)被存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)文件中。以明文和密文這兩種不同方式的存儲(chǔ)賬號(hào)信息，明文的方式更容易造成信息泄露。讓學(xué)生體會(huì)到明文數(shù)據(jù)會(huì)造成信息泄露問(wèn)題，加密后的密文可以提高數(shù)據(jù)的安全性。讓學(xué)生提高警惕心理，提高安全防范意識(shí)，意識(shí)到數(shù)據(jù)加密的重要性和必要性。 新課教授 一、密碼的概念 信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)會(huì)面臨一系列的安全問(wèn)題。通過(guò)加密措施保護(hù)數(shù)據(jù)的保密性。確保數(shù)據(jù)的保密性、完整性和不可否認(rèn)性，這是密碼學(xué)要實(shí)現(xiàn)的主要目標(biāo)。 提出問(wèn)題：什么是密碼？ 由生活中常見(jiàn)的QQ密碼、 WiFi密碼和取款密碼，發(fā)現(xiàn)密碼無(wú)處不在，它是保證數(shù)據(jù)安全的一道重要屏障。但從嚴(yán)格意義上講，這里所謂的密碼應(yīng)該被稱之為口令，是用于認(rèn)證用戶身份的。 請(qǐng)同學(xué)們朗讀教材105頁(yè)中密碼的概念，并劃出重點(diǎn)詞句：按特定的編碼規(guī)則、從明文到密文變換的技術(shù)方法、獨(dú)特的信息編碼算法。密碼最早起源于古希臘，通常是密碼算法的簡(jiǎn)稱，它由加密算法和解密算法組成。 二、換位密碼的概念及python實(shí)現(xiàn) 教師帶領(lǐng)學(xué)生一起完成加密算法1的“探究活動(dòng)”。 教師提出問(wèn)題：加密算法1是如何實(shí)現(xiàn)加密的呢？明文到密文發(fā)生了什么變化呢？ 學(xué)生回答問(wèn)題：明文倒序排列后就是密文。 教師進(jìn)行講解：逆序法——將明文中的字符倒過(guò)來(lái)輸出。引出簡(jiǎn)單加密算法中的換位密碼。換位密碼——將明文中的字符位置通過(guò)一定的規(guī)則重新排列。其中，最簡(jiǎn)單的換位就是逆序法。使用python中字符串的切片方法可實(shí)現(xiàn)逆序法。換位密碼還有很多種，如可以將明文中的數(shù)字字符排列在大寫字母和小寫字母中間，這也是一種換位密碼，但不是逆序法。 三、替代密碼的概念 教師帶領(lǐng)學(xué)生一起完成加密算法2的“探究活動(dòng)”。 教師提出問(wèn)題：加密算法2是如何實(shí)現(xiàn)加密的呢？明文到密文的變換規(guī)則是什么？ 學(xué)生光看這一組明文與密文，很難發(fā)現(xiàn)其變換規(guī)則。 教師提出可以多注冊(cè)即個(gè)賬號(hào)，如注冊(cè)時(shí)使用“小明”和ABCDEF可以得到“DEFGHI”的密文，然后將結(jié)果記錄在表格中。然后請(qǐng)同學(xué)們注冊(cè)多個(gè)賬號(hào)，并記錄在表格中，并寫出明文與密文的變換規(guī)則。 同學(xué)們完成探究任務(wù)后，教師講解可以總結(jié)出以下變換規(guī)則：①只對(duì)字母進(jìn)行加密，數(shù)字保持不變②不改變字母的大小寫③明文字母被其他字母替代了，明文字母右移3位即為替代字母。用圖的方式來(lái)描繪明文到密文的變換規(guī)則。 也可概括為一句話：明文中的所有字母被在字母表中右移3位后的字母替代。請(qǐng)同學(xué)們注意“替代”這個(gè)詞。引出簡(jiǎn)單加密算法中的替代密碼。 替代加密法——將明文中每個(gè)位置的字符用其它字符替代。教師引導(dǎo)學(xué)生標(biāo)注重點(diǎn)的詞句：用其它字符替代。 四、替代密碼的python實(shí)現(xiàn) 教師提出問(wèn)題：Python如何實(shí)現(xiàn)？ 教師講解：以大寫字母Y加密后為大寫字母B為例。第一步，給字母表中每一個(gè)字母按順序依次編號(hào)，字母A~Z的編號(hào)依次為0~25。用n1表示明文編號(hào)為24，用n2表示密文編號(hào)n2為1。n1和n2滿足等式：n2=(n1+3)%26，由ASCII值可得到大寫字母的編號(hào)。第二步，由明文編號(hào)n1，根據(jù)等式算出密文編號(hào)n2為1。n2加上65就是對(duì)應(yīng)密文的ASCII碼值，再調(diào)用chr（）函數(shù)即得到對(duì)應(yīng)密文為B。 教師進(jìn)一步將上述兩個(gè)步驟合成為一個(gè)，即chr((ord(p)-ord("A")+3)%26+ord("A"))。通過(guò)該python語(yǔ)句，可實(shí)現(xiàn)對(duì)大寫字母右移3位的替代加密。 教師提出問(wèn)題：小寫字母右移3位的替代加密怎么寫代碼？ 實(shí)踐與體驗(yàn)1：打開(kāi)jiami.py文件，在相應(yīng)位置補(bǔ)充代碼并輸入明文進(jìn)行調(diào)試。 教師解答：將原來(lái)的大寫字母A改為小寫字母a，因?yàn)閷?duì)小寫字母進(jìn)行編號(hào)也需從0開(kāi)始，那么要減去就是小寫字母a的ASCII碼值。 課堂任務(wù)：使用替代加密算法實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字字符的加密，數(shù)字字符前移2位，從ABCD四個(gè)選項(xiàng)中選出正確的選項(xiàng)（多選）。 教師解答： ABC很相似，不一樣的地方教師用紅色進(jìn)行了標(biāo)注。ABC中只有C是正確的，選項(xiàng)A能實(shí)現(xiàn)大寫字母前移2位，那么要實(shí)現(xiàn)數(shù)字字符前移2位，需要將26修改為10，因?yàn)橹挥?0個(gè)數(shù)字字符，依次編號(hào)為0~9，即還需減去“0”字符的ASCII碼值，所以選項(xiàng)B錯(cuò)誤，選項(xiàng)C是正確的。而選項(xiàng)D使用了更簡(jiǎn)單的方式設(shè)置編號(hào)，因?yàn)閿?shù)字字符通過(guò)int()函數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字后，就可直接作為編號(hào)。所以選項(xiàng)D也是正確的。 五、密鑰的概念與密碼系統(tǒng) 教師給出兩個(gè)圖，分別為密鑰為3的凱撒密碼和密鑰為11的凱撒密碼，引出密鑰。 教師講解密鑰的概念、加密密鑰和解密密鑰以及密碼系統(tǒng)的組成。 實(shí)踐與體驗(yàn)2：請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)加密過(guò)程的描述和加密代碼，完成解密過(guò)程的描述和解密代碼的填寫。 教師解答：解密過(guò)程可以描述為左移3位，使用的解密密鑰K2為3，解密代碼只需將加密代碼中+3改為-3。 加密密鑰與解密密鑰相等——對(duì)稱加密算法；加密密鑰與解密密鑰——非對(duì)稱加密算法。 六、簡(jiǎn)單異或 異或運(yùn)算，是一種邏輯運(yùn)算。運(yùn)算時(shí)，需要將明文轉(zhuǎn)為二進(jìn)制數(shù)再按位進(jìn)行異或運(yùn)算。標(biāo)注重點(diǎn)語(yǔ)句：二進(jìn)制數(shù)、按位、異或運(yùn)算。異或運(yùn)算規(guī)則為：如果兩個(gè)值不相同，那么異或結(jié)果為1。如果兩個(gè)值相同，那么異或結(jié)果為0。以大寫字母X的二進(jìn)制編碼和二進(jìn)制密鑰進(jìn)行異或運(yùn)算為例，演示怎么得到二進(jìn)制密文。 實(shí)踐與體驗(yàn)3：請(qǐng)同學(xué)們將密文與密鑰進(jìn)行異或運(yùn)算。寫出答案后，有什么發(fā)現(xiàn)呢？ 教師解答：答案跟明文一模一樣。密文和密鑰異或運(yùn)算后就是明文，即能實(shí)現(xiàn)解密。簡(jiǎn)單異或加密，就是將明文與密鑰進(jìn)行異或運(yùn)算；解密，則是對(duì)密文用同一密鑰進(jìn)行異或運(yùn)算。 課堂任務(wù)：用一種或多種簡(jiǎn)單加密算法，設(shè)計(jì)一個(gè)自己的加密算法。 學(xué)生設(shè)計(jì)完成加密算法后上交，教師向同學(xué)們展示學(xué)生的成果。結(jié)合學(xué)生設(shè)計(jì)的算法，提出問(wèn)題：他使用了幾種加密算法呢？ 學(xué)生回答：替代密碼和換位密碼2種 然后教師向同學(xué)們展示python代碼，找出設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)。 課堂小結(jié)

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