资源简介

(共36张PPT)
第五单元 第1课
物联网物理安全
（桂科版）八年级
上
1
核心素养目标
3
新知讲解
5
拓展延伸
7
板书设计
2
新知导入
4
课堂练习
6
课堂总结
课后作业
8
01
核心素养目标
。
信息意识
计算思维
数字化学习与创新
信息社会责任
引导学生关注物联网系统的物理安全和设备保护，培养他们在物联网应用中的责任意识，确保系统的安全和可靠运行。
通过小组讨论，结合物联网物理安全案例进行分析，探索不同硬件安全防护方式，激发学生的创新思维和实践能力。
理解物联网系统中物理安全保障的流程，帮助学生掌握硬件正确连接、故障排查的逻辑，理解物理安全防护的基本原理。
通过分析物联网系统中的物理安全隐患，增强对硬件连接、设备防护的敏感度，提升在生活场景中重视物联网物理安全的意识。
02
新知导入
学习目标
1. 了解物理安全的一般含义。
2. 能够主动发现系统中存在的物理安全隐患。
3. 认识自主可控技术对保障物联网系统安全的重要性。
02
新知导入
02
新知导入
物联网系统给我们提供了很多便利，但同时也带来了种种安全隐患，一旦发生安全事故，会给我们带来难以预计的影响，甚至严重干扰我们的正常生活。因此，我们在追求方便的同时，不能忽视物联网的安全问题。依据物联网的层次，其安全问题可以分为物理安全、网络传输安全、数据安全三类。
单元导入
安全使用物联网
02
新知导入
物联网在物理层面上有大量的硬件装置连接，如大量的传感器节点和规格、类型多样的移动终端，这些设备带来了智能化服务的同时，也可能引发物理安全问题。例如，部分物联网的控制系统依赖于电磁控制，在断电情况下，门、窗等装置会自动打开或锁死。如果不法分子利用这一特点，切断物联网的控制电源，就可能会导致用户出现损失。
活动背景
03
新知讲解
重视设备安装环境
安装物联网设备时，要选合适环境。像温湿度传感器，别装在空调出风口或暖气片旁，不然采集数据会不准。户外设备得做好防水、防雷，比如给摄像头加防雨罩、装避雷针，不然恶劣天气易损坏设备，影响系统运行，还可能引发安全问题。
小贴士
03
新知讲解
案例分析一
壮壮设计的智能大棚硬件接线原理图如图所示。在实际接线的过程中，他将继电器模块的 VIN 端与 VOUT端接反了，结果物联网系统未按照设定目标工作，控制器也差点烧坏了。
03
新知讲解
继电器的使用比较简单，输入端一般是给继电器供电的，可以连接电源适配器、电源线电池盒等；输出端是连接需要被控制的执行器，比如水泵、LED灯条、电磁锁等一旦接反，后果不堪设想。像案例中这样的安全事故，我们认为是物联网系统的物理安全出现了问题。
03
新知讲解
物理安全是系统安全的前提，也是保障物理设备安全的第一道防线。物理安全出现问题会导致物联网系统存在风险，例如:环境事故造成整个物联网系统瘫痪;电源故障造成设备断电，以致系统引导失败或物联网数据库信息丢失；报警系统设计不足或失灵可能造成事故等等；
03
新知讲解
硬件设备的安全性能直接决定物联网系统的保密性、完整性、可用性;信息系统所处物理环境的优劣直接影响信息系统的可靠性，其自身的物理安全问题也会对系统的保密性完整性、可用性带来安全威胁。
03
新知讲解
规范硬件连接操作
连接硬件设备要严格按说明书来。接线前确认端口功能，像继电器 VIN 和 VOUT 端不能接反。操作时断电，防止短路烧坏设备。同时，整理好线路，避免缠绕、挤压，减少故障风险，保障物联网系统稳定。
小贴士
03
新知讲解
生活中常见的物联网系统还存在哪些物理安全问题？请举例说明。
思 考
智能门锁隐患
智能门锁依赖电磁控制，若控制电源被切断，门锁可能自动开闭，给用户财产与人身安全带来威胁，影响正常使用与家居安全。
窗帘电机问题
智能窗帘电机安装不牢易受外力破坏，如被撞或故意损坏，导致窗帘无法正常开关，影响使用体验，需做好安装防护。
摄像头防护
智能摄像头若安装位置防护不足，易遭恶意破坏或挪动，无法正常监控环境，起不到安全防范作用，需重视安装防护。
03
新知讲解
探究目标:智能大棚中温度传感器放置位置与实现效果的关系。
探究准备:智能大棚。
探究过程:在搭建好的智能大棚中放置多个温度传感器，并将它们分别放在不同的位置查看采集到的数据有何不同。
(1)当温度传感器放在智能大棚主控板旁边时，主控板采集到的温度____________。
这是因为________________________。
探 究
偏高
受主控板热量影响
03
新知讲解
(2)当温度传感器放在智能大棚其他位置时，主控板采集到的温度____________。
这是因为________________________。
探究结果:(1)物联网系统的安全性包括物理安全、网络传输安全及数据安全，上述温度传感器的不同摆放位置对物联网系统的影响属于____________安全。
(2)物联网物理安全与____________息息相关。
A.硬件设备 B.软件系统 C.网络
相对准确
反映位置实际温度
物理
A
03
新知讲解
一、医疗器械漏洞
心脏起搏器(图5-1-3)自1958年首次被应用于临床后，已经挽救了成千上万个患者的生命。由于事关人命，心脏起搏器必须是极其可靠的，但是早年心脏起搏器也曾有过巨大的安全漏洞。每名患者的情况都不同，甚至同一名患者的心脏状况也会随着时间而变化。
阅 读
物联网物理设备安全漏洞案例
03
新知讲解
因此，现代心脏起搏器可以根据具体情况而灵活设置，这需要通过编程器实现。编程器可以通过无线电波与患者体内的起搏器实现通信，并在不进行手术的情况下调整起搏器的设置。正是这个通信编程机制产生了大量安全隐患，2017年，研究者发现编程器存在很多程序漏洞某品牌的心脏起搏器甚至可以被远程控制，极易遭受黑客攻击。
03
新知讲解
二、电动汽车充电桩漏洞
电动汽车在全球范围内的使用量快速增长，大大促进了私人和公共电动汽车充电设备的安装。然而，部分充电桩本身存在多个漏洞，黑客若通过这些漏洞对充电系统发起攻击，会造成较为严重的破坏。比如:阻止合法用户充电，通过发送消息停止充电;通过电动汽车自带的控制系统操控启停;通过同步停止、启动多个充电桩，导致电网稳定性出现问题。
03
新知讲解
三、摄像机系统漏洞
某品牌摄像机系统的组成部分包括摄像头(图5-1-5)、控制器(与摄像头通信的智能手机应用程序)和中继服务器三部分。在连接到网络之前，每个摄像机都必须在服务器上注册。若攻击者通过漏洞获得有效地址，同时按照与摄像机用户相同的步骤绑定并注册到服务器，进一步向中继服务器发送请求，命令中继服务器用包含原始摄像机认证信息的数据包响应，便可轻松从认证信息中提取用户密码。一旦获得密码，摄像机将被攻击者完全控制。
03
新知讲解
四、交通信号灯漏洞
2020年6月，德国一家安全公司研究员发现某品牌信号灯控制器存在严重漏洞。该交通信号灯控制器有一个可调试的开放端口，黑客可以利用这个漏洞操控交通信号灯，随意切换红绿灯，造成交通瘫痪，乃至引发交通事故，给人们的生命安全埋下隐患。
03
新知讲解
硬件设备的安全性能直接决定了物联网系统的保密性、完整性、可用性，这也意味着自主可控技术对保障物联网系统安全的重要性。适合搭建物联网平台的硬件有很多，而我国自主研发可控的硬件平台是我们的第一选择。
03
新知讲解
关注设备日常维护
物联网设备需定期维护。定期检查硬件，看有无松动、老化。比如智能大棚里的传感器，要擦干净感应部分，保证数据准确。及时更新设备固件，修复安全漏洞，提升系统安全性，让设备长期可靠运行。
小贴士
03
新知讲解
请同学们上网搜索可以作为物联网系统主控的硬件，并完成表5-1-1。
马 上 行 动
名称 图片 国产 进口 优点 缺点
STM32 开发板 部分国产 是 性能强大，资源丰富，有众多的库和例程支持，适用于复杂的物联网项目开发 学习曲线较陡，对于初学者来说有一定难度，价格相对较高
Arduino Uno 否 是 入门简单，有丰富的社区支持和大量的开源项目，适合快速原型开发 性能相对较弱，处理复杂任务时可能力不从心
ESP32 开发板 部分国产 是 集成 WiFi 和蓝牙功能，性价比高，适合物联网的无线连接应用 稳定性在某些复杂场景下可能不如一些高端开发板
表-5-1-1
03
新知讲解
名称 图片 国产 进口 优点 缺点
树莓派（Raspberry Pi） 否 是 功能强大，可运行完整的操作系统，支持多种外设和软件，适用于复杂的物联网系统 价格相对较高，对于一些简单的物联网项目可能过于复杂
51 单片机开发板 是 否 成本低，结构简单，适合学习单片机基础知识和简单的物联网应用开发 性能较低，资源有限，处理复杂任务困难
续表：
04
课堂练习
一、判断正误，正确的画”√“，错误的画”X“。
物联网物理安全仅涉及软件安全。（ ）
部分物联网控制系统断电时门窗状态可能被不法分子利用。（ ）
继电器 VIN 与 VOUT 端接反对系统无影响。（ ）
物理安全是系统安全前提。（ ）
硬件设备安全不决定物联网系统保密性等。（ ）
信息系统物理环境不影响其可靠性。（ ）
物联网安全性仅包括物理安全。（ ）
我国自主硬件平台非物联网搭建首选。（ ）
X
X
√
√
X
X
X
X
04
课堂练习
二、选择题
物联网物理安全的核心是（ ）
A.防设备损坏或非法访问 B.仅护软件
C.数据加密 D.限用户权限
继电器 VIN 与 VOUT 接反会（ ）
A.性能降低 B.设备损坏 C.传输出错 D.无影响
物联网安全性包括（ ）
A.物理、网络、数据安全 B.仅物理安全
C.仅网络和应用安全 D.仅数据加密
A
A
B
05
拓展延伸
传感器是物联网数据采集的关键。随着使用时间增加，可能出现误差。传感器校准技术通过特定算法和操作，修正传感器测量偏差。比如温湿度传感器，定期校准能让数据更准确，像在智能大棚中，校准后的温湿度传感器能精准调控环境，助力植物生长。
传感器校准技术
05
拓展延伸
硬件加密技术是保障物联网设备物理安全的重要手段。它通过在硬件层面实现加密算法，对设备存储和传输的数据进行加密保护。例如一些高端的物联网主控芯片，内置了硬件加密模块，能有效防止数据在物理层面被窃取和篡改，为物联网系统构建起一道坚固的安全屏障。
硬件加密技术
05
拓展延伸
设备状态监测技术可实时掌握物联网设备运行状况。借助各类传感器和监测算法，能及时发现设备异常。如智能工厂里的物联网设备，该技术可监测电机振动、温度等参数，一旦出现异常，系统能快速预警，避免设备故障引发生产事故，保障物联网系统稳定运行。
设备状态监测技术
06
课堂总结
1
引入新知内容
2
了解物联网物理安全概念
3
发现系统中的物理安全隐患
4
完成课题练习
5
进行相关知识拓展
1
2
3
4
5
物联网物理安全
07
板书设计
物联网物理安全
1、进行新知引入
2、了解物联网物理安全概念
3、发现系统中的物理安全隐患
4、完成课堂练习
5、进行知识拓展
课后作业。
1、完成填空题
2、寻找安全隐患
08
课后作业
物联网的物理安全是保障设备安全的第____道防线。
继电器模块的 VIN 端与 VOUT 端接反可能导致__________。
物联网系统的安全性需涵盖物理安全、网络安全和____安全。
我国自主研发的硬件平台应作为物联网搭建的______选择。
信息系统的物理环境优劣会直接影响其_______。
部分物联网控制系统依赖电磁控制，断电时门窗状态变化可能被________利用。
一
不法分子
设备损坏
数据
首选
可靠性
08
课后作业
观察身边物联网设备的安装环境和物理连接情况，记录可能存在的物理安全隐患。
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