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(共16张PPT)
第十一课：设计认证方案
本演示将探讨物联网安全挑战，特别是身份认证问题。我们将介绍常见认证方式，分析其优缺点，并讨论如何设计安全的认证方案。
导入：
观看视频，思考视频中展示的生活中的物联网有哪些风险？
物联网安全挑战
如今，许多人开始尝试基于物联网的在线交易方式，如微信、支付宝等，其支付核心是射频识别和二维码技术。
1
在线交易安全
计算机病毒、黑客等恶意攻击对身份认证的威胁。
2
核心问题
如何证明"我是谁"？如何防止身份被冒用？
3
新机遇与挑战
物联网对军事、航天、医疗等领域的影响。
物联网安全体系结构
1
应用层安全
确保应用程序的安全性
2
网络层安全
保护数据传输
3
感知层安全
保护物理设备
4
管理安全
整体安全策略
物联网安全设施
1
安全存储
保护重要数据
2
身份认证
物联网系统中最基本的安全服务，是物联网安全系统的第一道关卡
3
密钥管理
管理加密密钥
身份认证基础
定义
身份认证是验证用户身份真实性的过程。它确定用户是否有权访问资源。
重要性
在物联网系统中，身份认证是第一道安全关卡，对整体安全至关重要。
讨论：什么是身份认证
讨论与分享
在物联网系统中，当一个拥有身份标识的实体信任另一个拥有身份标识的实体时，才可以通过身份认证允许双方之间进行通信并传输数据。身份认证系统首先要验证用户身份的真实性，然后根据授权数据库中用户的权限确定其是否有权访问所申请的资源。
讨论：分享身份认证方式及可能存在的安全威胁。
身份认证方式
RFID智能卡认证方式
1
RFID智能卡内置集成电路芯片
存储与用户身份相关的数据
2
登录时用户需插入专用读卡器验证身份
由合法用户携带
3
专门设备生产确保用户身份不被仿冒
由特定厂商制造
身份认证方式
用户名/密码方式
每个用户的密码都是由用户自己设定的。 只要用户能够正确输入密码，计算机就认为 操作者是合法用户，从而身份认证成功。
身份认证方式
动态口令认证方式
1
动态口令技术
密码按照时间或使用次数不断变化
2
每个密码只能使用一次
提高安全性
3
生成当前密码
根据当前时间或使用次数生成当前密码，显示在动态令牌的专用硬件上
4
输入当前密码
将动态令牌显示的当前密码输入客户端，实现身份认证
身份认证方式
生物识别方式
生物特征指唯一、可测量或可自动识别和验证的生理特征或行为方式
1
身体特征
指纹、掌型、视网膜、虹膜、人体气味、脸型、血管和DNA等
2
行为特征
签名、语音、行走步态等
1
步态识别特点
远距离情况下唯一可提取的生物特征
2
与其他生物特征的比较
采集方便、非冒犯性、难于隐藏和伪装
小组讨论：
请分小组讨论，思考这些身份认证方式可能面临哪些安全隐患或威胁，参考范例完善下页的表。
身份认证方式的安全隐患或威胁
身份认证方式
安全隐患或威胁
RFID智能卡认证方式
每次从RFID智能卡认证中读取的数据都是挣态的， 通过内存扫描或网络监听等技术很容易截取用户的 身份验证信息
用户名/密码方式
动态口令认证方式
USB Key认证方式
生物识别方式
身份认证的安全隐患
RFID智能卡
数据截取与网络监听风险。
用户名/密码
密码泄露、弱密码问题。
生物识别
生物特征伪装与误识别可能。
设计
为了完成校园网络安全宣传小报中关于设计保证身份认证方案安全版面的 聚焦任务，我们先后探索了什么是身份认证和五种物联网身份认证方式及其潜 在的安全风险。你还可以查阅资料，了解更多的物联网身份认证方式并设计 一份保证身份认证方案安全版面的草图。
实践：
选取合适的信息技术工具，按照设计草图使用计算机图形图像处理软件制 校园网络安全宣传小报中关于如何保证身份认证方案安全部分的版面。
校园网络安全宣传设计
1
需求分析
了解校园网络安全现状和需求。
2
内容设计
制作关于身份认证安全的版面，加入防护措施。
3
实践操作
使用计算机图形图像软件设计校园网络安全小报版面。
总结与拓展
知识回顾
复习五种常见的身份认证方式及其优缺点。
拓展任务
查阅资料，了解其他物联网身份认证方式。
比较分析
对比互联网与物联网身份认证的不同之处。教学教案设计
总第 11 课时
课 题 名 称 设计认证方案
学习目标 （包含学科核心素养） 理解身份认证的概念与作用：学生能够理解身份认证在物联网系统中的核心作用，识别其在确保数据安全和设备通信中的重要性。 掌握不同身份认证方式及其应用场景：学生能够掌握常见的身份认证方式，如RFID智能卡、用户名/密码、动态口令、USB Key和生物识别等，了解其适用场景与技术原理。 分析和识别身份认证的安全风险：学生能够分析不同身份认证方式可能面临的安全威胁，提出改进或防护措施，提升其信息安全意识和应对能力。
问 题 类 型 学生问题 物联网中的身份认证技术有哪些？每种技术的工作原理是什么？ 如何判断物联网系统中的身份认证方式是否安全？有哪些潜在的安全风险？ 为什么物联网身份认证如此重要？如果没有安全认证机制，会发生什么？
学科问题 1. 物联网身份认证中的多因素认证（MFA）如何提高系统的安全性？ 2. 在物联网设备的身份认证中，使用RFID技术与使用密码认证相比，优缺点有哪些？ 3. 物联网身份认证的安全性受哪些因素影响？如何确保认证过程不被攻击者突破？
教师问题 1. 在设计物联网身份认证系统时，如何平衡安全性与用户体验？ 2. 如何通过技术手段避免物联网身份认证系统遭受攻击（如中间人攻击、重放攻击等）？
问题系统 （星号标出核心问题） 1. 物联网身份认证中的多因素认证（MFA）如何提高系统的安全性？ 2. 在物联网设备的身份认证中，使用RFID技术与使用密码认证相比，优缺点有哪些？ 3. 物联网身份认证的安全性受哪些因素影响？如何确保认证过程不被攻击者突破？
问题探究流程 导（问题引导）、学（自主探究）、探（合作探究）、测（课堂检测）、拓（知识拓展）
导（问题引导）： 情境创设： 教师通过展示一个物联网设备（如智能家居、智能支付系统）的应用案例，讲解设备如何通过身份认证保障其安全性。播放视频或展示图示，展示没有身份认证的设备可能面临的安全风险（如身份盗用、数据篡改等）。 引导学生思考以下问题： 问题1：“在物联网设备中，身份认证是如何保护设备与用户之间的交互的？没有身份认证会带来什么后果？” 答案：身份认证用于验证设备或用户的真实性，确保只有授权人员或设备可以访问系统。如果没有身份认证，设备可能会遭受攻击，导致数据泄露或被非法控制。 问题2：“物联网中有哪些身份认证技术？它们各自有什么优缺点？” 答案：常见身份认证技术包括RFID、用户名/密码、动态口令、指纹识别等。每种技术的优缺点如下： RFID：无需接触，可用于大规模管理，但易受干扰。 用户名/密码：便捷，但易受密码破解威胁。 动态口令：提高安全性，但依赖额外硬件。 指纹识别：安全性高，但受环境影响较大。 教师总结知识点： 物联网身份认证的定义及其在系统中的作用：确保设备的安全性与数据的完整性。 常见的身份认证技术及其应用：RFID、用户名/密码、动态口令、指纹识别等。 学（自主探究）： 自主探究任务： 任务 1：查找二维码、RFID、密码/指纹识别、动态口令认证四种身份认证方式的工作原理、应用场景和优缺点，并制作表格或思维导图。 任务 2：使用工具生成二维码，并模拟物联网设备的身份标识。 查阅RFID标签在物流管理中的应用案例，分析如何实现设备识别。 探究步骤： 二维码生成：学生使用二维码生成工具，生成设备ID二维码，模拟物联网设备的身份认证。 RFID应用分析：学生查找RFID在物流中的应用案例，了解其自动识别的工作原理。 问题探讨： 问题：“不同身份认证技术的优缺点是什么？为什么某些技术更适用于某些应用场景？” 答案：二维码：便宜、易生成，适用于小规模设备管理，但易复制。 RFID：无需接触，适用于大规模识别，但成本高。 密码/指纹识别：安全性高，但需硬件支持。 问题：“如何选择合适的身份认证方式？” 答案：根据设备规模、安全性需求选择，如二维码适合小规模，RFID适合大规模，指纹识别适合高安全场所。 教师总结知识点： 常见身份认证方式及应用：二维码、RFID、密码/指纹识别各自的适用场景和优缺点。 选择合适认证方式：根据实际需求（如设备数量、安全要求等）选择最适合的认证技术。 三、探（合作探究）： 合作探究任务： 任务1：分组讨论物联网身份认证中可能面临的安全问题（如身份盗用、信息篡改等），并提出相应的防护措施。 任务2：每组设计一个物联网身份认证系统，结合实际场景（如智能家居、智慧城市），选择合适的身份认证技术，并讨论其优缺点、实现方法和安全性保障措施。 问题探讨： “如何结合多种身份认证技术增强物联网系统的安全性？例如，如何在智能家居系统中同时使用密码和指纹识别？” 答案：在高安全需求的系统中，可以采用多因素认证（如结合密码和指纹识别），增强系统安全性。通过层层防护，确保即使某一层被攻破，系统整体安全仍得到保障。 教师总结知识点： 多因素认证的优势：通过结合两种或多种认证方式，提高系统的安全性。 物联网身份认证系统设计要综合考虑安全性、便捷性和成本等多方面因素。 四（课堂检测）： 选择题（2题） 题目：以下哪种身份认证方式适用于无需接触的自动识别？ A. 二维码 B. RFID C. 密码认证 D. 指纹识别 答案：B. RFID 解析：RFID技术可以通过无线电波进行识别，不需要接触设备。 题目：在物联网中，物理安全性主要指的是： A. 网络攻击防护 B. 数据加密技术 C. 身份认证机制 D. 设备的物理保护 答案：D. 设备的物理保护 解析：物理安全性指的是设备本身的保护，防止被窃取或篡改。 判断题（2题） 题目：在物联网中，RFID技术只能用于设备的远程识别。 答案：错误 解析：RFID技术不仅用于远程识别，还可以在近距离内进行设备识别，具有较长的工作距离。 题目：多因素认证是通过结合多个认证因素来提高安全性。 答案：正确 解析：多因素认证通过结合不同的认证方式（如密码、指纹、动态口令等），增强系统的安全性。 五、拓（知识拓展）： 拓展讨论与任务 讨论问题：“未来的物联网身份认证系统如何与人工智能、大数据结合，提供更智能的认证和防护服务？” 任务：“设计一个基于物联网身份认证的智能家居系统，结合多种认证方式确保用户的安全，提出优化方案。” 展示与讨论：学生展示他们的设计方案，并分析其在安全性、用户体验、技术可行性等方面的优缺点。 教师总结知识点： 物联网身份认证的未来发展：随着技术进步，物联网身份认证将更加智能、便捷且安全。 结合人工智能和大数据可实现更加精确的身份识别和风险防范。 课后作业： 设计并写出一个适用于智能家居系统的身份认证方案，结合多种认证技术。 撰写一篇关于物联网身份认证技术未来趋势的文章，提出可能的技术创新和发展方向。
板 书 设 计 设计认证方案
一、物联网身份认证概述 定义：用于识别和验证设备或用户身份 作用：确保设备安全，防止身份盗用和数据篡改 二、常见身份认证技术 二维码：简单易用，适用于小规模应用 RFID：远程识别，适用于物流和资产管理 密码/指纹识别：高安全性，适用于敏感环境 NFC：近场通信，适用于支付与快速配对 三、安全性防护措施 加密技术：保护数据传输 数字签名：验证身份标识合法性 多因素认证：提高认证的安全性 四、身份认证设计要素 便捷性：简易操作 安全性：防止攻击 成本效益：高效低成本
教 学 反 思
1第三单元第二课：设计认证方案练习习题
选择题设计
容易题
选择题 1
题目: 在物联网身份认证中，以下哪项技术常用于设备间的自动识别？
A. 密码认证
B. 二维码
C. 动态口令
D. 生物识别
答案: B. 二维码
解析：二维码广泛用于物联网设备的标识与识别，具有生成简单、便于扫描等优点。
选择题 2
题目: 以下哪种身份认证技术不需要用户输入任何信息？
A. 用户名和密码
B. 指纹识别
C. 动态口令
D. 个人信息验证
答案: B. 指纹识别
解析：指纹识别属于生物识别技术，用户仅需提供指纹进行认证，无需输入任何信息。
选择题 3
题目: RFID技术在物联网中主要用于：
A. 用户身份验证
B. 设备识别与管理
C. 数据加密
D. 网络传输
答案: B. 设备识别与管理
解析：RFID技术主要用于自动识别和跟踪物品，常应用于物流和仓储管理。
选择题 4
题目: 以下哪种技术用于近距离通信和身份认证？
A. 二维码
B. NFC
C. 密码认证
D. 用户名和密码
答案: B. NFC
解析：NFC（近场通信）技术用于短距离通信，并广泛应用于支付系统和设备配对中。
中等难度题
选择题 5
题目: 在物联网身份认证中，以下哪项是提高系统安全性的方法？
A. 单因素认证
B. 加密算法和数字签名
C. 用户名和密码认证
D. 无线电通信
答案: B. 加密算法和数字签名
解析：加密算法和数字签名是提高物联网身份认证安全性的关键技术，能防止数据泄露和篡改。
选择题 6
题目: 在多因素认证系统中，以下哪项是增加安全性的关键因素？
A. 使用不同的认证技术
B. 使用相同的用户名和密码
C. 自动化的认证流程
D. 仅使用动态口令
答案: A. 使用不同的认证技术
解析：多因素认证通过结合两种或多种认证方式（如密码+指纹），显著增强安全性。
选择题 7
题目: 在物联网应用中，使用密码认证方式最常见的安全威胁是什么？
A. 重放攻击
B. 物理盗窃
C. 数据泄露
D. 无线信号干扰
答案: A. 重放攻击
解析：重放攻击是密码认证中常见的威胁，攻击者通过截取并重放有效认证信息进行非法访问。
较难题
选择题 8
题目: 对比RFID与二维码，以下哪项描述是正确的？
A. RFID适用于短距离识别，二维码适用于远距离识别
B. RFID需要接触才能识别，二维码无需接触
C. RFID能够在没有接触的情况下工作，二维码适用于较近距离的扫描
D. RFID的存储量比二维码大
答案: C. RFID能够在没有接触的情况下工作，二维码适用于较近距离的扫描
解析：RFID技术可以实现远距离、无需接触的自动识别，而二维码需要近距离扫描。
判断题设计
判断题 1
题目: 物联网中，二维码身份标识的优势在于其能存储更多的信息，适合小范围设备管理。
答案: 正确
解析：二维码能够存储比条形码更多的信息，适用于小范围设备识别和信息存储。
判断题 2
题目: RFID标签无法在远距离内识别设备信息。
答案: 错误
解析：RFID技术能够在较远距离内进行识别，适用于大规模自动识别和物品跟踪。
判断题 3
题目: 物联网中，单因素认证通常能提供足够的安全性。
答案: 错误
解析：单因素认证易受到攻击，尤其是密码破解，因此需要多因素认证来增强系统安全性。
判断题 4
题目: 在物联网应用中，生物识别技术如指纹识别具有较高的安全性，但对环境要求较高。
答案: 正确
解析：生物识别技术安全性较高，但可能受湿度、温度等环境因素影响。
判断题 5
题目: 物联网身份认证中的数据加密技术只适用于防止身份盗用。
答案: 错误
解析：数据加密不仅用于防止身份盗用，还能确保数据在传输过程中的保密性，防止数据泄露和篡改。
判断题 6
题目: NFC技术通常用于短距离设备间的身份认证和数据交换。
答案: 正确
解析：NFC技术适用于短距离（通常为几厘米）的设备间通信和身份认证，广泛应用于支付和门禁系统。
判断题 7
题目: 动态口令与密码认证一样，只有用户输入密码即可完成身份验证。
答案: 错误
解析：动态口令通常由设备或应用生成，并在一段时间后过期，提供比静态密码更高的安全性。
判断题 8
题目: 物联网设备的身份认证仅需关注设备身份，而不必考虑用户的身份验证。
答案: 错误
解析：物联网身份认证不仅关注设备身份验证，还需要确保用户身份的合法性，特别是在敏感操作时。

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