资源简介 (共44张PPT)第4单元 第1课密码中的穷举算法（湘科版）五年级上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801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意识到滥用穷举算法进行密码破解是违法行为，遵守网络安全法规，主动保护他人信息安全，拒绝参与恶意攻击活动。利用密码破解模拟工具实践穷举算法，结合在线课程资源探究更高效的密码防护方案，创新安全验证方式。通过分析穷举算法的逻辑结构，学会拆解问题（如确定解空间、设计循环结构），培养用算法思维解决实际问题的能力。认识到密码泄露的风险，理解穷举算法对信息安全的威胁，主动关注密码安全动态和防护技术。02新知导入理解穷举算法基本思想及其在信息安全中的应用。了解手机安全验证的基本方式及其安全性。理解简单加密和解密的基本原理。单元学习目标02新知导入人类社会进入信息时代，信息安全受到越来越广泛的重视。人们采用多种方法来保护信息安全，例如通过设置密码来保护账号，通过运用防护技术来保护信息设备，通过对信息加密来防止信息泄露等。那么，如何设置安全的密码 如何保护信息设备的安全 信息又是如何被加密的 让我们一起来探究其中的奥秘，成为信息安全小卫士。02新知导入02新知导入活动背景在生活中我们会设置各种各样的密码，例如社交软件密码、学生卡密码、银行账户密码等，密码守护着我们的信息安全。那么，密码是怎样保护信息安全的呢 怎样设置更安全的密码呢 02新知导入活动目标1.初步理解穷举算法的基本思想和应用。2.了解提高密码安全性的基本方法。03新知讲解一、认识密码和穷举算法密码基本原理以常见的密码锁为例。锁设有3个转盘，每个转盘分别有0~9共10个数标识位置。密码镇原理示意图设置密码(口令)是信息系统最常用的安全保护方式。03新知讲解信息系统密码与密码锁的原理相似，需要在信息系统中预先注册账号并设置密码。用户登录信息系统时，系统通过计算来比对用户输入的密码与预先设置的密码，如果二者相同，则允许用户访问，否则拒绝用户访问。信息系统密码原理示意图03新知讲解穷举算法与密码的安全性安装在行李箱上的密码锁可以保护行李箱不被随意打开，提高了使用的安全性。但一旦忘记了密码锁的密码，也会带来麻烦。避免简单密码：坚决不使用生日、手机号、连续数字（如 123456）、重复字符（如 aaaaaa）等容易被猜测的组合。这类密码在暴力破解面前几乎毫无抵抗力。增加长度和复杂度：密码长度建议至少 12 位，长度越长，破解难度呈指数级上升。混合使用大小写字母、数字和特殊符号（如！@#$%），例如 “P@ssw0rd2024!” 比 “password” 安全性高得多。03新知讲解提高密码安全性的小技巧不同账户使用不同密码：避免 “一码走天下”，一旦某个账户密码泄露，其他账户也会面临风险。可以通过密码管理器（如 1Password、LastPass）统一管理不同密码。开启双因素认证（2FA）：在密码之外增加一层保护，例如短信验证码、谷歌验证器等，即使密码泄露，他人也难以登录。03新知讲解提高密码安全性的小技巧03新知讲解小明在旅行途中忘记了行李箱的开锁密码，请开展小组讨论，找到打开行李箱的方法。开动脑筋03新知讲解小明在旅行途中忘记了行李箱的开锁密码，请开展小组讨论，找到打开行李箱的方法。开动脑筋回忆关联信息缩小范围小组共同引导小明回忆密码相关线索，如是否与生日、纪念日、旅行目的地邮编、住宿房间号等有关，筛选出可能的数字组合后逐一尝试，利用关联信息大幅缩小穷举范围。03新知讲解通过分析，可以明确:(1)密码锁有3个转盘，密码肯定是一个3位数字。(2)密码一定是“000”到“999”这 1000个数字中的某一个。(3)可以从某个数开始，不重复地逐一尝试，直到开锁为止。03新知讲解我从999开始尝试，998、997、996…….…我从999开始尝试，998、997、996…….…03新知讲解这种开镇方法是穷举算法的典型应用，其基本思想是“在一个确定的范围内，有序地去尝试每一种可能”。例如，在开锁过程中，其基本要素有:穷举对象(3个数字的组合)、穷举范围(000~999)穷举方案(从000开始逐次加1，或从999开始逐次减1)、检验正确条件(能打开密码锁)。穷举范围越大，穷举算法执行比较的次数就越多，耗费的时间就会越长，密码就越难被破解。03新知讲解如果用穷举对象的个数来表示穷举范围的大小,不同的密码设置方式对应着不同的穷举范围，见下表。密码字符类型 1 位密码穷举范围大小 2 位密码穷举范围大小 3 位密码穷举范围大小数字 10 10x10=100 10x10x10=1000数字和小写英文字母的组合 10+26=36 36x36=1296 36x36x36=4665603新知讲解通过观察可以得出结论，增加密码的长度，或在密码中加人字母(分大小写)和符号，可以扩大穷举的范围，这样就需要更多次的尝试才能破解密码，从而提高密码的安全性。在设置密码时，应注意做到以下几点，以提高密码的安全性。03新知讲解避免设置简单密码为了便于记忆，人们常常会设置一些简单的密码。这些密码容易被猜出来，安全性不高。7月29 日是我的生日，我把密码设为“0729”。“6666”“1234”这样的密码容易记忆但不安全。03新知讲解合理设置密码长度一般说来，密码长度越长越安全，但记忆也越困难。因此需要设置合理的密码长度。目前安全密码长度一般在8位以上。03新知讲解在密码中加入字母和符号在密码中加入字母(分大小写)和符号，可以扩大穷举的范围，提高密码的安全性。如设置密码:Wo(12)=&。03新知讲解二、穷举算法的应用穷举算法在生活中的应用也比较常见。钥匙串上多把钥匙对应同一把锁时，逐把尝试开锁。忘记手机解锁图案时，根据常用手势规律（如简单连线、对称图形）尝试可能的图案组合。电视台抽奖活动中，观众通过逐一拨打候选电话号码，确认哪个号码是中奖热线（假设号码范围已知）。逻辑简单，易于实现：无需复杂的逻辑推理或数学建模，只需明确问题的解空间和判断条件，就能通过循环遍历实现，适合初学者理解和编写。适用性广：只要问题存在有限的解空间（即候选解数量可枚举），穷举算法理论上都能解决，尤其适用于解空间较小或没有更高效算法的场景（如密码破解、简单组合问题）。03新知讲解穷举算法的优点保证找到最优解：由于遍历了所有可能的解，只要问题的最优解在解空间内，穷举算法一定能找到，不会因 “漏掉” 解而导致结果不优。调试方便：算法流程清晰，出现错误时容易定位问题（例如解空间是否完整、判断条件是否正确），无需复杂的调试逻辑。03新知讲解穷举算法的优点03新知讲解尝试使用穷举算法解决以下问题:1.数一数，如果要从大熊猫馆到百鸟林，共有多少条路线可供选择。开动脑筋03新知讲解尝试使用穷举算法解决以下问题:1.数一数，如果要从大熊猫馆到百鸟林，共有多少条路线可供选择。开动脑筋大熊猫馆→猴山：2种选择（上层或下层）猴山→大象馆：2种选择大象馆→百鸟林：2种选择总路线数 = 2×2×2 = 8种03新知讲解2.饮品和主食只能各选1样，平餐有多少种搭配方式 开动脑筋饮品2种（豆浆、牛奶）主食4种（饺子、油条、面条、面包）搭配方式 = 饮品数×主食数 = 2×4 = 8种03新知讲解鸡兔同笼问题也可以使用穷举算法(列表法)来求解。根据给出的头和脚的数量,列出所有可能的鸡和兔子的数量组合。假设笼子里共有8个头20只脚，用穷举算法列出所有9种组合，从中找到正确的解。开动脑筋03新知讲解1.编程实现鸡兔同笼问题求解。探究实践03新知讲解2.输入不同的头数和脚数，观察运行结果。探究实践03新知讲解提升练习在用穷举算法解决鸡兔同笼问题时，如何缩小穷举范围 使用人工智能大语言模型应用工具，询问是否可以用穷举算法求解“韩信点兵”问题。设鸡有 x 只，兔有 y 只，头数为 a，脚数为 b，则 x+y=a，2x+4y=b。由 x=a-y，代入得 2 (a-y)+4y=b，即 y=(b-2a)/2，可知 y 必须为非负整数，且 x=a-y 也为非负整数。因此 y 的范围可定为 0≤y≤b/4（因每兔 4 脚），同时 x 范围为 0≤x≤a，由此缩小穷举范围。04课堂练习一、选择题1、穷举算法破解密码时，效率主要取决于（ ）A. 密码长度 B. 密码是否包含特殊符号 C. 解空间大小 D. 计算机品牌2、以下不属于穷举算法特点的是（ ）A. 逻辑简单 B. 一定能找到解 C. 效率极高 D. 适用于小规模问题3、鸡兔同笼问题中，缩小穷举范围的依据是（ ）动物总只数 B. 脚的总数C. 鸡和兔的脚数特征 D. 以上都是CCD04课堂练习4、提高密码安全性以对抗穷举算法的核心是（ ）只用数字做密码 B. 增加密码长度和复杂度C. 频繁更换密码但保持简单 D. 不设置密码二、判断题1、密码越长，穷举算法破解所需时间通常越长。2、双因素认证能完全阻止穷举算法破解。3、用穷举算法解决问题时，明确判断条件是关键步骤。4、穷举算法在解空间较大时仍有很高的实用价值。B√XX√05拓展延伸数学加密技术对称加密（如 DES）：原理：加密和解密用同一密钥，DES 密钥长度 56 位。穷举威胁：56 位密钥有 2 种可能，现代计算机可短时间穷举破解，故 DES 已被淘汰。05拓展延伸数学加密技术非对称加密（如 RSA）：原理：用公钥加密、私钥解密，密钥基于大质数乘积生成。抵御穷举：破解需分解大质数乘积，大质数（如 1024 位）分解运算量极大，穷举在现实时间内无法完成，保障安全性。05拓展延伸密码学基础哈希值长度固定且压缩性：MD5 生成 128 位哈希值，SHA-256 生成 256 位，原始密码无论长短均映射为固定长度哈希值，存在无数密码对应同一哈希值，穷举无法确定原始密码。05拓展延伸密码学基础雪崩效应：原始密码微小变化会导致哈希值巨变，无法通过哈希值特征反推密码规律，增加穷举盲目性。无逆运算算法：哈希函数通过复杂单向运算（如位运算、非线性变换）生成哈希值，无反向推导公式，穷举需试遍所有可能密码，成本极高。06课堂总结1引入新知内容密码中的穷举算法2认识密码和穷举算法3穷举算法的应用4进行课堂练习5进行相关知识拓展1234507板书设计密码中的穷举算法1、进行新知引入2、认识密码和穷举算法3、穷举算法的应用4、进行课堂练习5、进行知识拓展课后作业。1、设计密码以提高安全性。08课后作业1、设计一个 6 位密码（包含大小写字母、数字、特殊符号），分析用穷举算法破解该密码的理论次数，并说明如何进一步提高其安全性。https://www.21cnjy.com/recruitment/home/fine 展开更多...... 收起↑ 资源列表 【湘科版】《信息科技》五年级上册第4单元第1课《密码中的穷举算法》.pptx 引入视频.mp4
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