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第1.3课《活动三信息的加密与解密方法》教学设计
课题 活动三信息的加密与解密方法 单元 第一单元 学科 信息科技 年级 七年级
核心素养目标 信息意识：关注信息保护，重视加密安全风险。计算思维：运用逻辑思维和运算处理加密解密。数字化学习与创新：用数字化工具创新，推动信息产业发展。信息社会责任：保障信息传输安全，合理用技术，保国家信息安全。
教学重点 1、信息加密和解密的基本概念、过程和方法。2、对称加密和非对称加密的特点和区别。3、信息加密过程中的安全风险及防范意识。
教学难点 1、理解凯撒加密轮盘、位移加密等具体加密解密算法的原理并进行实际操作。2、把握加密算法的自主可控对于国家信息安全的重要性。3、如何在实际场景中合理选择和运用对称加密或非对称加密方式。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 第1.3课 《活动三 信息的加密与解密方法》板书课题。1、视频2、随着互联网的发展，金融、商业、生产和管理等很多重要的活动都通过互联网开展，这对信息安全提出了更高的要求。通过互联网传送信息基本都采用加密的方式进行。3、什么是信息加密？信息加密和解密的过程是怎样实现的？ 视频导入 引入本节教学主题
讲授新课 信息加密的历史随着社会的发展，信息的安全传播成为人们关注的问题。为了安全、秘密地传递信息，人们发明了很多方法。古希腊的斯巴达人用斯巴达棒来传递加密信息恺撒曾用此方法与其将军们进行联系 随着社会的发展，信息的安全传播成为人们关注的问题。为了安全、秘密地传递信息，人们发明了很多方法。藏头诗：“千万孤独”表达了自已被贬永州的心境。摩斯密码：一种时通时断的信号代码维吉尼亚密码：是使用一系列凯撒密码组成密码字母表的加密算法二、信息加密和解密的过程和方法信息加密就是把明文转换成看起来无意义的乱码，信息解密就是把这些乱码还原成明文。通过对信息进行加密和解密，实现信息保密。信息加密需要具备两个要素：加密方法（算法）和密钥。信息发送者使用加密算法和密钥对信息进行加密，信息接收者需要用解密算法和密钥对信息进行解密。加密、解密过程模拟加密和解密有两个基本要点。1.发送方和接收方需要事先约定加密方法（算法），如用一组数字代表书中某个字的位置。2.发送方和接收方需要使用同样一本字典（密钥）。加密、解密一般过程思考分析在信息的加密和解密过程中，存在哪些安全风险 在信息的加密和解密过程中，存在以下安全风险：1、密钥管理风险：密钥泄露、密钥管理不当。2、加密算法风险：算法漏洞、算法实现不当。3、网络传输风险：中间人攻击、重放攻击。4、实现层面风险：随机数生成问题、侧信道攻击。5、人为因素风险：安全意识不足、社会工程攻击。探究实践两千多年前，罗马凯撒大帝曾使用过一种加密轮盘，对重要的军事信息进行加密。这是一种最简单的加密技术。加密轮盘分为外圈和内圈，效果图如下：加密轮盘示意图1.小组合作，查找凯撒加密轮盘加密原理的相关资料。2.上网查找位移加密的基本算法，合作实现加密和解密过程。为了提高加密和解密的安全性和效率，人们还发明了很多复杂的机械密码机。例如，拨号密码机使用一组带有字母和数字的拨号盘进行加密。每个字母和数字都有自己的编号，加密者拨打一个特定的号码来代表明文中的每个字母或数字，从而形成密文。三、使用计算机进行加密和解密使用替换法加密一段文字，需要进行大量的字符替换工作，手工操作方式效率低、准确性不高。计算机则大大提高了加密和解密的效率。 探究实践1.上网搜索凯撒密码在线加密解密工具，开展小组合作，体验加密和解密的过程。2.借助网络在线加密解密工具，尝试用不同的加密方法加密信息。 技术是一柄双刃剑，计算机既能帮助人们加密信息，提高信息传递的安全性，也能快速地破解密码，对信息的安全性造成威胁。对称加密和非对称加密一般分为对称加密和非对称加密两类。对称加密 对称加密的主要特点是加密和解密使用同一个密钥。就像一把钥匙既可以上锁也可以解锁。替换加密、移位加密等都是对称加密。在互联网时代，为了保证信息安全，很多信息都需要经过加密传送。而用于解密的密钥要在网络中传输，被窃取的风险高。信息链接HTTP协议采用明文方式在浏览器和服务器之间传输信息，这些信息很容易被不法分子截取利用。因此，HTTP协议安全性不高，不适合传输账号、密码等敏感信息。为此，开发人员在HTTP协议之上增加了信息加密功能，成为HTTPS协议。对安全性要求较高的网站多采用HTTPS协议。非对称加密非对称加密的加密方式的密钥由公钥和私钥组成，它们互不相同且必须成对使用。 信息接收者不对外公开自己的私钥，公钥则发给信息发送者用于加密信息。信息接收者收到加密信息后，可以用自己的私钥解密。用于解密的私钥不经过网络传送，被窃取的风险小。多个信息发送者可以使用同一个公钥加密，信息接收者用自己的私钥解密，确保信息安全。这种加密方式称为非对称加密方式。对称加密效率比较高，可以快速地加密解密大量信息。非对称加密效率很低，常被用来加密一些重要信息，如账号、密码等，也可以用来加密对称加密的密钥。两种加密方式各司其职，相互配合，共同保护信息安全。信息链接随着网络技术的飞速发展，信息安全问题日益凸显，而加密算法是保障信息安全的核心技术之一。加密算法的自主可控意味着掌握了加密核心技术的自主知识产权，不受外部制约和限制，能够自主制定标准，确保国家信息安全和利益。同时，自主可控加密算法也有助于推动我国信息产业的自主创新发展，提升国际竞争力。 课堂练习选择题1.信息加密的两个基本要素是（ A ）A. 加密方法和密钥B. 明文和密文C. 发送方和接收方D. 网络和计算机2.凯撒加密轮盘是一种（ C ）A. 复杂的机械密码机B. 网络加密工具C. 简单的加密技术D. 计算机加密软件3.对称加密的主要特点是（ B ）A. 加密和解密使用不同密钥B. 加密和解密使用同一个密钥C. 不需要密钥D. 只能加密数字4.HTTPS协议相较于HTTP协议的主要优势是（ B ）A. 速度更快B. 安全性更高C. 兼容性更好D. 不需要加密5.非对称加密中，用于解密的密钥是（ B ）A. 公钥B. 私钥C. 任意密钥D. 不需要密钥操作题利用一本书作为密钥，采用替换加密的方式，加密一段文字并解密。假设小组选某书第5页作密钥，该页内容为“这是一个测试页面，用于我们的加密练习。”。加密：明文“安全”，按第5页内容，将每个字替换为该页对应位置的字，如“安”→“这”，“全”→“是”，得到密文“这是”。解密：收密文“这是”，用第5页作密钥，按相反替换规则，将每个字换回原字，得明文“安全”。答案：加密过程：将明文“安全”中的每个字，按照密钥页面对应位置的字进行替换，得到密文“这是”。解密过程：将密文“这是”中的每个字，按照密钥页面对应位置的字进行反向替换，得到明文“安全”。相关知识拓展量子密码学量子密码学是一种利用量子力学特性来实现安全通信的加密技术。它基于量子力学中的量子态不可克隆定理和量子纠缠等特性，使得通信双方能够安全地共享密钥。量子密码学的核心是量子密钥分发（QKD），通过量子态的传输与测量，通信双方可以生成一个安全的、无法被窃听者获取的共享密钥，该密钥随后可用于对称加密通信内容。量子密码学的优势在于其安全性基于量子力学的基本原理，而非传统密码学中依赖的数学难题，因此即使面对强大的计算能力，如量子计算机的破解能力，也能保持高度的安全性区块链加密技术区块链是一种去中心化、不可篡改的分布式账本技术，其加密技术主要体现在数据的存储和验证过程中。在区块链中，每个区块都包含一组交易记录，并通过密码学哈希函数与前一个区块相连，形成一个链条结构。哈希函数确保了数据的完整性，任何对数据的篡改都会导致哈希值的变化，从而被其他节点检测到。此外，区块链中的交易数据通常采用非对称加密技术进行数字签名，以验证交易的真实性。发送方使用自己的私钥对交易进行签名，接收方则使用发送方的公钥进行验证，这保证了交易的不可抵赖性和身份认证 认真倾听，观看展示的内容，积极思考老师提出的问题。阅读与思考阅读与思考思考分析小组合作：探究凯撒加密轮盘加密原理小组合作探究：如何使用计算机进行加密和解密阅读思考阅读与思考做练习题知识拓展 通过有趣的历史知识和生动的展示，吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣。引导学生了解信息加密的基本要素引导学生了解加密、解密规则与步骤，培养计算思维能力了解信息加密和解密过程中存在的安全风险在实践中尝试、总结，自主构建起加密原理知识知识体系，深化对知识的综合理解与运用。在实践中尝试、总结，自主构建起加密原理知识知识体系，深化对知识的综合理解与运用。引导学生掌握对称加密和非对称加密的特点和区别引入学生认识加密算法的自主可控对于国家信息安全的重要性。巩固知识了解更多相关知识
课堂小结 信息安全法律和安全维护1.进行新知引入2.信息加密的历史和信息加密和解密的过程和方法3.使用计算机进行加密和解密4.完成课堂练习5.进行知识拓展 总结回顾 对本节课内容进行总结概括。
课后作业 请简述对称加密和非对称加密的优缺点，并举例说明在日常生活中哪些场景可能会用到这两种加密方式。 布置作业 拓展学生的学习能力
课堂板书 观看板书 强调教学重点内容。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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