《密碼攻防戰(zhàn)》教學案例

案例背景

本課選自江蘇版信息科技教材七年級第五單元“互聯(lián)網(wǎng)安全維護”中的項目探索2“個人信息資源的防護措施”。教學內(nèi)容為：圍繞密碼安全，正確設計密碼，并培養(yǎng)良好的密碼使用習慣。

學情分析

七年級的學生熟悉互聯(lián)網(wǎng)的各種應用，能熟練使用身份標識和密碼，具備一定的認知基礎。他們喜愛動手操作，勇于思考探究，樂于合作競爭，具備實驗探究學習和“紅藍對抗”學習的能力基礎，但互聯(lián)網(wǎng)安全意識較為薄弱，缺乏良好的網(wǎng)絡安全習慣。通過自主學習能夠了解一些防護技巧，但對背后的科學原理認知模糊，需要借助具體案例和實踐操作加深理解。大部分學生缺少遭遇網(wǎng)絡安全事故的真實經(jīng)歷，難以對本課知識產(chǎn)生共鳴，這將不利于信息安全意識和信息社會責任的形成。

學習目標

① 理解枚舉算法的原理，探究密碼強度的影響因素，培養(yǎng)正確的密碼使用習慣。 ② 利用對戰(zhàn)平臺攻防演習，學會以攻促防，運用信息科技手段維護網(wǎng)絡安全。 ③ 辯證看待人工智能（以下稱“AI”）生成的信息，合理利用AI輔助個性化學習。 ④ 認識到網(wǎng)絡安全與國家安全息息相關(guān)、密碼安全是國家自主可控的基石。

教學過程

1.課前調(diào)查，新知體驗

教師發(fā)送加密問卷，學生需要找出三位數(shù)字密碼（123）填寫問卷。

設計意圖：讓學生在嘗試輸入密碼的過程中初步感受枚舉算法，認識到弱密碼不安全。教師通過問卷了解學情，為后續(xù)教學積累數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)精準教學。

2.視頻導入，思想引導

教師播放“紅藍對抗”的演習視頻，并提問：“視頻中的人們在做什么？他們扮演了什么角色？為何要進行紅藍對抗演習？學習研究攻擊手段對防護有何幫助？”（學生思考后回答）教師總結(jié)并指出“以攻測防、以攻促防是攻防演習的根本目的”，接著，圍繞密碼安全，引出課題——密碼攻防戰(zhàn)。

設計意圖：通過觀看視頻、思考問答，讓學生能理解紅藍對抗的含義及其對維護網(wǎng)絡安全的重要性。

3.探究訓練，知識學習

（1）訓練1：防暴力攻擊

教師首先引導學生回顧破解問卷密碼的過程，引出枚舉算法，講解暴力攻擊原理。學生利用AI生成密碼暴力破解程序，閱讀注釋，并在本地調(diào)試運行。教師指導學生利用AI修改程序，隱藏枚舉過程，并重新調(diào)試運行。接著提問：“暴力破解如此之快，對于純數(shù)字密碼，如何提高安全性？”學生提出猜想“增加密碼長度”，并進行實驗1：探究密碼強度與密碼長度的關(guān)系。教師展示全班實驗數(shù)據(jù)匯總結(jié)果（如下頁圖1），學生分析后得出結(jié)論：密碼越長，強度越高。

設計意圖：引導學生借助AI輔助編程理解暴力攻擊的原理及實現(xiàn)方法，并通過實驗驗證猜想，掌握科學的探究方法。教師通過匯總?cè)鄶?shù)據(jù)，提高實驗結(jié)果的準確性。

教師結(jié)合實驗1數(shù)據(jù)提問：“長數(shù)字密碼依然很快被暴力破解，怎么辦？”學生繼續(xù)提出猜想“加入字母、符號等不同種類字符”，并進行實驗2：探究密碼強度與密碼字符種類的關(guān)系。教師介紹控制變量法，學生進行實驗、分析數(shù)據(jù)（如下頁圖2），并得出結(jié)論：密碼字符種類越多，強度越高。教師引導學生分析密碼強度與暴力破解次數(shù)間的關(guān)系，并對實驗現(xiàn)象進行原理解釋。

設計意圖：由實驗1可知密碼強度與長度有關(guān)，教師引入控制變量法可保證實驗科學性。讓學生通過實驗探究驗證猜想，結(jié)合理論分析，可將感性認知提升到理性認知，并從原理上理解如何設置高強度密碼。

教師繼續(xù)提問：“密碼太長不易記憶和輸入，安全的密碼至少多長呢？”教師隨即展示超級計算機算力表，出示超級計算機暴力破解強密碼結(jié)果（如下頁圖3）。學生分析數(shù)據(jù)后得出結(jié)論：密碼長度至少14＼～15位，且要包含4種字符。接著，學生根據(jù)上述結(jié)論進行實驗3：密碼強度測試。

設計意圖：通過數(shù)據(jù)分析，讓學生認識暴力破解與計算機算力間的關(guān)系，學會設置合理的密碼長度，并在實驗3中檢驗學習成果，驗證結(jié)論。

（2）訓練2：防字典攻擊

教師先演示“反例”密碼，結(jié)合問卷調(diào)查結(jié)果，講解字典攻擊，引導學生思考后得出結(jié)論：密碼不能包含常見字詞、個人信息等。接著教師提問：“用上面的結(jié)論設計的強密碼不好記怎么辦？”學生思考后回答：“利用AI搜索‘密碼設置技巧'。\"教師指導學生優(yōu)化提示詞，學生設計密碼驗證AI生成的結(jié)果。師生交流密碼技巧，如自制規(guī)則巧記密碼。

設計意圖：引導學生通過觀察“反例”密碼和調(diào)查結(jié)果，理解密碼攻擊原理，掌握相應的防御措施，并借助AI獲取密碼設置技巧進行實驗驗證，學會正確使用AI，掌握強密碼的設置與記憶技巧。

（3）訓練3：防撞庫攻擊

教師出示調(diào)查結(jié)果，指出許多人重復使用密碼、長期不更換密碼。學生思考回答重復使用密碼、不更新密碼的安全風險。教師介紹撞庫攻擊，學生得出結(jié)論：不重復使用密碼，定期更換密碼。

設計意圖：通過對調(diào)查結(jié)果的思考，引導學生理解撞庫攻擊的原理，培養(yǎng)不重復使用密碼、定期更換密碼的習慣。

4.紅藍對抗，知識應用

教師組織學生開展紅藍對抗演習，學生兩人配合，一攻一防。防守任務：依次設置Wi-Fi密碼、鎖屏密碼、郵箱密碼、網(wǎng)盤密碼。攻擊任務：使用手動攻擊或工具攻擊（暴力攻擊、字典攻擊、撞庫攻擊）破解密碼。學生進行復盤總結(jié)，思考交流各密碼被攻擊成功的原因。

設計意圖：學生通過紅藍對抗，還原真實的密碼應用場景，檢驗課堂知識。借助復盤總結(jié)，學生能夠反思自己的不足，互相批評指正，提高信息安全意識，培養(yǎng)良好的密碼使用習慣。

教師梳理本課知識結(jié)構(gòu)，引出“虎符調(diào)兵遣將”的歷史和密碼專家王小云的事跡。學生學習網(wǎng)絡安全與國家安全的關(guān)系，認識密碼安全是國家自主可控的基石。

5.課堂總結(jié)，主題升華

設計意圖：升華課堂主題，增強學生信息社會責任感。

教學反思

本課的教學面臨多個挑戰(zhàn)，如理論知識枯燥、技術(shù)原理抽象、學生缺乏親身體驗。因此，本課采用了實驗教學法，并引入控制變量法，以科學的實驗方法探究密碼強度的影響因素，以提升學生的科學素養(yǎng)。本課將紅藍對抗演習引入教學活動，借助自主開發(fā)的紅藍對抗平臺，把知識的學習與應用融入攻防交互戰(zhàn)斗中，激發(fā)了學生的學習興趣和挑戰(zhàn)熱情?，F(xiàn)實中的網(wǎng)絡威脅是悄無聲息的，對抗平臺則將每一種威脅的發(fā)作過程形象直觀地呈現(xiàn)，幫助學生提高防范意識。此外，本課還將人工智能作為教學輔助工具引入課堂，學生利用AI輔助編程、生成密碼技巧，學會合理利用AI，提升了課堂的互動性和個性化學習體驗。