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中小學(xué)教育資源及組卷應(yīng)用平臺(tái)
第3.3課《物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新和智能生活—建設(shè)安全的物聯(lián)網(wǎng)》教學(xué)設(shè)計(jì)
課題 物聯(lián)網(wǎng)和智能生活—建設(shè)安全的物聯(lián)網(wǎng) 單元 第三單元 學(xué)科 信息科技 年級(jí) 八年級(jí)
信息社會(huì)責(zé)任：能夠結(jié)合實(shí)際案例分析違反物聯(lián)網(wǎng)安全法律法規(guī)的行為，從而深刻理解遵守法律法規(guī)對(duì)于維護(hù)物聯(lián)網(wǎng)安全和社會(huì)秩序的重要性。
教學(xué)重點(diǎn) 物聯(lián)網(wǎng)安全的重要性和防護(hù)措施。
教學(xué)難點(diǎn) 如何幫助學(xué)生掌握有效的物聯(lián)網(wǎng)安全防護(hù)措施。
教學(xué)過(guò)程
教學(xué)環(huán)節(jié) 教師活動(dòng) 學(xué)生活動(dòng) 設(shè)計(jì)意圖
導(dǎo)入新課 第3.3課 《物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新和智能生活—建設(shè)安全的物聯(lián)網(wǎng)》板書(shū)課題。1.本課中你將學(xué)習(xí)：物聯(lián)網(wǎng)安全的含義及特點(diǎn)是什么依據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的三層架構(gòu),物聯(lián)網(wǎng)安全可以分為哪幾類(lèi) 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的安全隱患有哪些2.“方便”和“安全”之間有時(shí)會(huì)存在矛盾。很多人在方便與安全之間做選擇時(shí),不假思索地選擇了方便,這種選擇在當(dāng)前的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中埋下了種種安全隱患。一旦發(fā)生安全事故,往往會(huì)給用戶(hù)帶來(lái)難以預(yù)計(jì)的影響,甚至嚴(yán)重干擾用戶(hù)的生活。所以我們要重視物聯(lián)網(wǎng)安全問(wèn)題,從安全防護(hù)的角度分析常見(jiàn)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)“防微杜漸”。3.播放視頻 學(xué)習(xí)新知引入觀看教學(xué)視頻。 初步明確本課所有知識(shí)點(diǎn)。將學(xué)生的注意吸引到課堂。
互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代,安全風(fēng)險(xiǎn)主要存在于信息安全層面。但物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了物與物的聯(lián)結(jié),小小的安全事件引發(fā)的危害都會(huì)被放大。以智能家居系統(tǒng)的密碼泄露為例,這不僅僅是泄露了隱私,還可能造成家里的門(mén)鎖形同虛設(shè),密碼泄露使整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的“物”都可能變成別人手中的“提線木偶”。物聯(lián)網(wǎng)安全是指保護(hù)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)免受未經(jīng)授權(quán)的訪問(wèn)、攻擊、破壞和濫用的一系列措施。物聯(lián)網(wǎng)安全的主要特點(diǎn)有輕量級(jí)、非對(duì)稱(chēng)和復(fù)雜性等。
1.輕量級(jí)
2.非對(duì)稱(chēng)
物聯(lián)網(wǎng)中,各個(gè)網(wǎng)絡(luò)邊緣的感知節(jié)點(diǎn)數(shù)量龐大但處理能力較弱,而信息處理系統(tǒng)的計(jì)算處理能力較強(qiáng),整個(gè)網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)出非對(duì)稱(chēng)的特點(diǎn)。在面對(duì)這種非對(duì)稱(chēng)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候,物聯(lián)網(wǎng)安全需要將網(wǎng)絡(luò)邊緣感知節(jié)點(diǎn)的有限安全處理能力與網(wǎng)絡(luò)中心的強(qiáng)大處理能力結(jié)合起來(lái),采取高效的安全管理措施,從而能夠從整體上發(fā)揮出安全設(shè)備的效能。
3.復(fù)雜性
1.物理安全
2.網(wǎng)絡(luò)傳輸安全
3.數(shù)據(jù)安全
目前大部分物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)都會(huì)在收集到數(shù)據(jù)后聯(lián)網(wǎng)上傳,廠商整理并分析用戶(hù)數(shù)據(jù),根據(jù)分析得出用戶(hù)的使用模式,改進(jìn)他們的產(chǎn)品,這也是廠家會(huì)選擇云端存儲(chǔ)而不選擇更加便捷的本地存儲(chǔ)的原因。如圖3.3.1所示的“用戶(hù)體驗(yàn)改進(jìn)計(jì)劃”就是用來(lái)收集用戶(hù)使用設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)、位置、使用記錄等數(shù)據(jù)的。
1.智能門(mén)鎖問(wèn)題
2016年，研究人員發(fā)現(xiàn)多個(gè)品牌的智能門(mén)鎖(見(jiàn)圖3.3.2)存在安全漏洞，攻擊者可以通過(guò)藍(lán)牙或Wi-Fi連接，使用簡(jiǎn)單的攻擊工具破解智能鎖，打開(kāi)門(mén)鎖。該案例的物理安全漏洞在于設(shè)備缺乏強(qiáng)有力的身份驗(yàn)證機(jī)制，導(dǎo)致容易被攻擊者控制。
2.醫(yī)療器械問(wèn)題
3.電動(dòng)汽車(chē)充電樁問(wèn)題
4.監(jiān)控?cái)z像系統(tǒng)問(wèn)題
5.自動(dòng)售貨機(jī)問(wèn)題
智能門(mén)鎖問(wèn)題
所屬類(lèi)別：物理安全、網(wǎng)絡(luò)傳輸安全、數(shù)據(jù)安全均有涉及。
醫(yī)療器械問(wèn)題
所屬類(lèi)別：主要涉及物理安全和數(shù)據(jù)安全，部分情況下涉及網(wǎng)絡(luò)傳輸安全。
電動(dòng)汽車(chē)充電樁問(wèn)題
所屬類(lèi)別：物理安全、網(wǎng)絡(luò)傳輸安全。
監(jiān)控?cái)z像系統(tǒng)問(wèn)題
所屬類(lèi)別：物理安全、網(wǎng)絡(luò)傳輸安全、數(shù)據(jù)安全。
自動(dòng)售貨機(jī)問(wèn)題
所屬類(lèi)別：物理安全、網(wǎng)絡(luò)傳輸安全。
理由闡述：物理上可能被破壞、盜竊；網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膸?kù)存、銷(xiāo)售、支付等數(shù)據(jù)可能被截獲篡改。
兩人一組，針對(duì)智能農(nóng)植園的土壤濕度數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)一套加密、解密規(guī)則，加密方在發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，接收方在接收數(shù)據(jù)的時(shí)候?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行解密處理。
(1)設(shè)計(jì)加密、解密規(guī)則，并形成文檔說(shuō)明。
1. 加密規(guī)則文檔說(shuō)明
數(shù)據(jù)預(yù)處理：假設(shè)土壤濕度數(shù)據(jù)是一個(gè) 0 - 100 的整數(shù)。將該整數(shù)加上 1000，得到一個(gè)新的整數(shù)。例如，濕度值為 60，則處理后變?yōu)?1060。
密鑰生成：選取一個(gè)固定的三位數(shù)字密鑰，如 258。這個(gè)密鑰由發(fā)送方和接收方事先約定并保密。
加密算法：將處理后的數(shù)據(jù)與密鑰進(jìn)行乘法運(yùn)算，然后取結(jié)果除以 1000 的余數(shù)。以濕度值 1060 和密鑰 258 為例，計(jì)算 (1060×258) % 1000 = 480。
2. 解密規(guī)則文檔說(shuō)明
數(shù)據(jù)提取：接收數(shù)據(jù)后，先根據(jù)前三位提取出原數(shù)據(jù)長(zhǎng)度信息（這里為 003），后面三位為加密數(shù)據(jù)（這里為 480）。
密鑰獲取：使用與加密相同的密鑰 258。
解密算法：設(shè)加密數(shù)據(jù)為 ，對(duì)于方程 ，通過(guò)遍歷 （0 - 999）找到滿足方程的解，這里是 1060。因?yàn)檫@是一個(gè)小規(guī)模的計(jì)算，可以通過(guò)簡(jiǎn)單的循環(huán)實(shí)現(xiàn)。
# 加密函數(shù)
def encrypt_data(data):
processed_data = data + 1000
key = 258
encrypted_data = (processed_data * key) % 1000
data_length = str(len(str(data)))
data_length = data_length.zfill(3)
# 解密函數(shù)
def decrypt_data(encrypted_data):
data_length_str = encrypted_data[:3]
encrypted_value_str = encrypted_data[3:]
key = 258
for y in range(1000):
if (y * key) % 1000 == int(encrypted_value_str):
decrypted_data = y
break
return decrypted_data - 1000
# 測(cè)試示例
soil_moisture_data = get_soil_moisture_data() # 假設(shè)這是獲取土壤濕度數(shù)據(jù)的函數(shù)
encrypted_data = encrypt_data(soil_moisture_data)
print("Encrypted data:", encrypted_data)
decrypted_data = decrypt_data(encrypted_data)
print("Decrypted data:", decrypted_data)
簡(jiǎn)易氣象站和智能農(nóng)植園項(xiàng)目的安全問(wèn)題及改進(jìn)措施：
存在的安全問(wèn)題：
通信鏈路安全問(wèn)題：數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中可能受到中間人攻擊，攻擊者截取并篡改傳輸中的數(shù)據(jù)，影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和系統(tǒng)決策。
設(shè)備安全問(wèn)題：
傳感器等設(shè)備可能遭受物理破壞，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集異常或無(wú)法采集。
設(shè)備可能存在未授權(quán)訪問(wèn)漏洞，黑客可能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)入侵設(shè)備，篡改設(shè)備設(shè)置或竊取數(shù)據(jù)。
改進(jìn)措施：
通信安全增強(qiáng)：
使用加密通信協(xié)議（如 TLS/SSL）對(duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，確保數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的機(jī)密性和完整性。
在通信過(guò)程中添加數(shù)字簽名，驗(yàn)證數(shù)據(jù)來(lái)源的真實(shí)性，防止數(shù)據(jù)被偽造。
設(shè)備安全防護(hù)：
對(duì)設(shè)備進(jìn)行物理防護(hù)，防止物理破壞和未經(jīng)授權(quán)的接觸。
定期更新設(shè)備固件，修復(fù)已知漏洞，同時(shí)設(shè)置嚴(yán)格的訪問(wèn)控制。
五、拓展延伸1.物聯(lián)網(wǎng)中的云安全保證措施2.物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)管理的六個(gè)階段3.物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)管理的六個(gè)階段特征和風(fēng)險(xiǎn)措施 學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)安全。學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)安全分類(lèi)。學(xué)習(xí)知識(shí)拓展。學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)安全示例剖析。完成課堂探究練習(xí)。完成課堂練習(xí)。學(xué)習(xí)課外知識(shí)拓展。 初步學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)安全內(nèi)容，明確原理內(nèi)容，為本課研究打下基礎(chǔ)，并鍛煉學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和觀察能力。完善教材所提及的知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)體系的拓展和深化拓寬學(xué)生知識(shí)體系。引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)安全實(shí)例剖析，加深對(duì)本課知識(shí)內(nèi)容的理解和掌握。。通過(guò)探究的模式加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的全方位灌輸，增強(qiáng)課堂互動(dòng)性和趣味性。考查學(xué)生的學(xué)以致用能力，知識(shí)轉(zhuǎn)化和落地能力，在課堂練習(xí)考察中進(jìn)行查漏補(bǔ)缺。拓寬學(xué)生知識(shí)面。
5、進(jìn)行相關(guān)知識(shí)拓展
總結(jié)回顧 對(duì)本節(jié)課內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)概括。
課后作業(yè) 學(xué)完本節(jié)課，說(shuō)一說(shuō)物聯(lián)網(wǎng)安全的作用是什么？請(qǐng)同學(xué)們總結(jié)一下物聯(lián)網(wǎng)安全的特點(diǎn)。 布置作業(yè) 拓展學(xué)生的學(xué)習(xí)能力
課堂板書(shū) 觀看板書(shū) 強(qiáng)調(diào)教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容。
21世紀(jì)教育網(wǎng) www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁(yè) （共 2 頁(yè)）
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