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

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，培育同学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，并增加信息平安意识。2.教学背景分析同学已经学习了Python程序设计的基本学问，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平安规范，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.板书设计数据平安——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老师活动同学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状况。提出问题：在网络中传输数据时，怎样才能避开自己的数据被窃取？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，同时保证平安性而接受的一种加密方法。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11.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，观看密钥变化后密文内容的变化规律。3.提问：假如想还原加密后的密文，怎么做？4.提问：在不知道密钥的状况下，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.老师总结。凯撒加密的特点：移位替换，算法简洁，简洁理解和实现。凯撒加密的弱点：平安性不足，简洁被暴力破解。观看、了解尝试执行程序同学思考并回答（密文依据密钥位数往前移位）同学思考回答（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，观看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循环和列表学问解决这个问题在使用穷举法解决问题后，体会凯撒加密法的平安性不足，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次直到长度和明文全都。（3）密钥字符串的每一个字符位作为单独一种密钥，依据凯撒加密规章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，由于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分体验活动21.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，观看密文的变化。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，还能使用暴力破解猎取解密结果吗？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）观看发觉，密钥是任务1解密后的明文。5.老师总结。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？尝试操作同学思考回答（密钥的变化，密文没有明显规律）同学思考回答（基本不行能）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，无法确保数据的平安性。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：平安性高。缺点：效率低。2.提出思考问题：什么场合下适合接受对称式加密？什么场合下适合接受