中图人教版（2019）信息技术必修二 4.1 信息安全风险和防范——数据加密 教案
文档属性
| 名称 | 中图人教版（2019）信息技术必修二 4.1 信息安全风险和防范——数据加密 教案 |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 42.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 中图版（2019） | ||
| 科目 | 信息技术（信息科技） | ||
| 更新时间 | 2020-04-07 10:39:28 | ||
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文档简介
案例 数据加密
1. 教学目标
·通过体验凯撒加密和维吉尼亚加密理解加密的过程，培养学生的计算思维核心素养。
·通过明文加密的操作，体会加密密钥的作用。
·通过对密文的破解，理解解密密钥的作用。
·通过加密和解密的体验活动 理解对称式加密，并增强信息安全意识。
2. 教学背景分析
学生已经学习了Python程序设计的基本知识，能运用循环、分支结构进行一些基本的程序设计，并理解了函数的基本用法。上节课已经了解了基本的密码安全规范，并提到了网络传播中的数据可能会被“抓包”等手段窃取到，为本节内容进行了铺垫。
3. 教学重点和难点
教学重点：对称式加密和非对称式加密算法的概念；凯撒加密的具体过程。
教学难点：凯撒加密和维吉尼亚加密的原理。
4. 教学方法
讲授法、任务驱动法。
5. 板书设计
数据安全——泄密、数据篡改
数据加密——对称式加密、非对称式加密
6. 教学过程设计
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
引入 回顾上节课提到的数据在网络传输时被窃取和账号被劫持的情况。
提出问题：在网络中传输数据时，怎样才能避免自己的数据被窃取？ 思考并回答（数据加密） 回顾上节课内容，引出本课数据加密的需求
讲授新知 讲授凯撒加密法。
初步了解凯撒加密法的概念及原理凯撒加密法是凯撒大帝为了和将军们传递消息，同时保证安全性而采用的一种加密方法。原理：加密内容为字母 a~z，选用 1~26 中的一个数字作为密钥，然后明文字符向后移位对应的数字位数，用移位后的字母来代替。
概念：密钥、明文、密文 听讲
理解 初步了解凯撒加密法的概念及原理
体验活动1
体验活动1 1. 打开“加密算法.xls”中的“体验凯撒加密.sheet”。
2. 执行以下操作。
（1）输入一个数字作为密钥，在明文处写上一段英文。
（2）查看加密后的内容。
（3）把密钥换成其他数字，观察密钥变化后密文内容的变化规律。
3. 提问：如果想还原加密后的密文，怎么做？
4. 提问：在不知道密钥的情况下，该怎么解密？
5. 完成任务1。
（1）打开“凯撒加密.py”文件， 调 用解密函数，尝试解密“任务1.txt”中的密文。
（2） kaisa_encrypt——加密函数
kaisa_decrypt——解密函数
6. 教师总结。
凯撒加密的特点：移位替换，算法简单，容易理解和实现。
凯撒加密的弱点：安全性不足，容易被暴力破解。 观察、了解
尝试执行程序
学生思考并回答（密文按照密钥位数往前移位）
学生思考回答（使用for循环尝试）
尝试完成任务1
听讲、理解、记忆 体验凯撒加密的过程，观察实践后理解凯撒加密的原理
迁移上节课暴力破解的穷举法思路，运用for循环和列表知识解决这个问题
在使用穷举法解决问题后，体会凯撒加密法的安全性不足，引出下一个加密方法——维吉尼亚加密法
讲授新知 讲授维吉尼亚加密法。
（1）维吉尼亚的密钥是一串字符。
（2）密钥重复n次直到长度和明文一致。
（3）密钥字符串的每一个字符位作为单独一种密钥，按照凯撒加密规则来加密该字符对应位置的明文字符。例如，密钥d对应位置的英文是a，因为d 是第4位字母，所以4作为密钥，加密d所在位置的明文字符a，a（第1位）经过密钥4的变换，变为密文e（第5位）。 听讲、理解、记忆
初步了解维吉尼亚加密法的概念、原理及其与凯撒加密法的区别
体验活动2 1. 执行以下操作。
（1）打开刚才的xls文件，在工作表中打开“体验维吉尼亚加密.sheet”。
（2）写一个密钥字符串。
（3）写一个明文字符串。
（4）修改密钥，观察密文的变化。
2. 提问：长度相同的密钥，其密文接近吗？
3. 提问：在不知道解密密钥的前提下，还能使用暴力破解获取解密结果吗？
4. 完成任务2。
（1）打开“维吉尼亚加密.py”文件。
（2）调用解密函数 wjny_decrypt，解密任务2.txt文件里的密文。
（3）观察发现，密钥是任务1解密后的明文。
5. 教师总结。
两种加密方式具有以下共同点：
（1）都是代入式加密；
（2）加密和解密使用同一密钥；
（3）都属于对称式加密。
6. 提出概念：什么是对称式加密？ 尝试操作
学生思考回答（密钥的变化，密文没有明显规律）
学生思考回答（基本不可能）
尝试任务2
听讲、理解、记忆 通过上述体验活动和任务，感受两种加密方式的相同与不同之处
讲授新知 1. 讲解对称式加密和非对称式加密。
对称式加密：使用同一个密钥完成 加密和解密操作的加密方法。
非对称式加密：加密密钥和解密密钥不同的加密方法。
（1）对称式加密
优点：加密和解密快，效率高。
缺点：一旦密钥泄露，无法确保数据的安全性。 听讲、理解、记忆
听讲、理解、记忆 从具体的加密法的体验、理解提升到抽象的加密方法的理解
讲授新知 总结提升 （2）非对称式加密
优点：安全性高。
缺点：效率低。
2. 提出思考问题：什么场合下适合采用对称式加密？什么场合下适合采用非对称式加密？
3. 教师总结。
对称式加密：算法简单、效率高，适用于普通场合的加密。
非对称式加密：可以保证数据中途不被篡改（即便丢失密钥也不用担心）、可以确定发送者身份。适用于安全级别高的场合。 学生思考回答
1. 教学目标
·通过体验凯撒加密和维吉尼亚加密理解加密的过程，培养学生的计算思维核心素养。
·通过明文加密的操作，体会加密密钥的作用。
·通过对密文的破解，理解解密密钥的作用。
·通过加密和解密的体验活动 理解对称式加密，并增强信息安全意识。
2. 教学背景分析
学生已经学习了Python程序设计的基本知识，能运用循环、分支结构进行一些基本的程序设计，并理解了函数的基本用法。上节课已经了解了基本的密码安全规范，并提到了网络传播中的数据可能会被“抓包”等手段窃取到，为本节内容进行了铺垫。
3. 教学重点和难点
教学重点：对称式加密和非对称式加密算法的概念；凯撒加密的具体过程。
教学难点：凯撒加密和维吉尼亚加密的原理。
4. 教学方法
讲授法、任务驱动法。
5. 板书设计
数据安全——泄密、数据篡改
数据加密——对称式加密、非对称式加密
6. 教学过程设计
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
引入 回顾上节课提到的数据在网络传输时被窃取和账号被劫持的情况。
提出问题：在网络中传输数据时，怎样才能避免自己的数据被窃取？ 思考并回答（数据加密） 回顾上节课内容，引出本课数据加密的需求
讲授新知 讲授凯撒加密法。
初步了解凯撒加密法的概念及原理凯撒加密法是凯撒大帝为了和将军们传递消息，同时保证安全性而采用的一种加密方法。原理：加密内容为字母 a~z，选用 1~26 中的一个数字作为密钥，然后明文字符向后移位对应的数字位数，用移位后的字母来代替。
概念：密钥、明文、密文 听讲
理解 初步了解凯撒加密法的概念及原理
体验活动1
体验活动1 1. 打开“加密算法.xls”中的“体验凯撒加密.sheet”。
2. 执行以下操作。
（1）输入一个数字作为密钥，在明文处写上一段英文。
（2）查看加密后的内容。
（3）把密钥换成其他数字，观察密钥变化后密文内容的变化规律。
3. 提问：如果想还原加密后的密文，怎么做？
4. 提问：在不知道密钥的情况下，该怎么解密？
5. 完成任务1。
（1）打开“凯撒加密.py”文件， 调 用解密函数，尝试解密“任务1.txt”中的密文。
（2） kaisa_encrypt——加密函数
kaisa_decrypt——解密函数
6. 教师总结。
凯撒加密的特点：移位替换，算法简单，容易理解和实现。
凯撒加密的弱点：安全性不足，容易被暴力破解。 观察、了解
尝试执行程序
学生思考并回答（密文按照密钥位数往前移位）
学生思考回答（使用for循环尝试）
尝试完成任务1
听讲、理解、记忆 体验凯撒加密的过程，观察实践后理解凯撒加密的原理
迁移上节课暴力破解的穷举法思路，运用for循环和列表知识解决这个问题
在使用穷举法解决问题后，体会凯撒加密法的安全性不足，引出下一个加密方法——维吉尼亚加密法
讲授新知 讲授维吉尼亚加密法。
（1）维吉尼亚的密钥是一串字符。
（2）密钥重复n次直到长度和明文一致。
（3）密钥字符串的每一个字符位作为单独一种密钥，按照凯撒加密规则来加密该字符对应位置的明文字符。例如，密钥d对应位置的英文是a，因为d 是第4位字母，所以4作为密钥，加密d所在位置的明文字符a，a（第1位）经过密钥4的变换，变为密文e（第5位）。 听讲、理解、记忆
初步了解维吉尼亚加密法的概念、原理及其与凯撒加密法的区别
体验活动2 1. 执行以下操作。
（1）打开刚才的xls文件，在工作表中打开“体验维吉尼亚加密.sheet”。
（2）写一个密钥字符串。
（3）写一个明文字符串。
（4）修改密钥，观察密文的变化。
2. 提问：长度相同的密钥，其密文接近吗？
3. 提问：在不知道解密密钥的前提下，还能使用暴力破解获取解密结果吗？
4. 完成任务2。
（1）打开“维吉尼亚加密.py”文件。
（2）调用解密函数 wjny_decrypt，解密任务2.txt文件里的密文。
（3）观察发现，密钥是任务1解密后的明文。
5. 教师总结。
两种加密方式具有以下共同点：
（1）都是代入式加密；
（2）加密和解密使用同一密钥；
（3）都属于对称式加密。
6. 提出概念：什么是对称式加密？ 尝试操作
学生思考回答（密钥的变化，密文没有明显规律）
学生思考回答（基本不可能）
尝试任务2
听讲、理解、记忆 通过上述体验活动和任务，感受两种加密方式的相同与不同之处
讲授新知 1. 讲解对称式加密和非对称式加密。
对称式加密：使用同一个密钥完成 加密和解密操作的加密方法。
非对称式加密：加密密钥和解密密钥不同的加密方法。
（1）对称式加密
优点：加密和解密快，效率高。
缺点：一旦密钥泄露，无法确保数据的安全性。 听讲、理解、记忆
听讲、理解、记忆 从具体的加密法的体验、理解提升到抽象的加密方法的理解
讲授新知 总结提升 （2）非对称式加密
优点：安全性高。
缺点：效率低。
2. 提出思考问题：什么场合下适合采用对称式加密？什么场合下适合采用非对称式加密？
3. 教师总结。
对称式加密：算法简单、效率高，适用于普通场合的加密。
非对称式加密：可以保证数据中途不被篡改（即便丢失密钥也不用担心）、可以确定发送者身份。适用于安全级别高的场合。 学生思考回答