資源簡介

(共16張PPT)
第十一課：設計認證方案
本演示將探討物聯網安全挑戰，特別是身份認證問題。我們將介紹常見認證方式，分析其優缺點，并討論如何設計安全的認證方案。
導入：
觀看視頻，思考視頻中展示的生活中的物聯網有哪些風險？
物聯網安全挑戰
如今，許多人開始嘗試基于物聯網的在線交易方式，如微信、支付寶等，其支付核心是射頻識別和二維碼技術。
1
在線交易安全
計算機病毒、黑客等惡意攻擊對身份認證的威脅。
2
核心問題
如何證明"我是誰"？如何防止身份被冒用？
3
新機遇與挑戰
物聯網對軍事、航天、醫療等領域的影響。
物聯網安全體系結構
1
應用層安全
確保應用程序的安全性
2
網絡層安全
保護數據傳輸
3
感知層安全
保護物理設備
4
管理安全
整體安全策略
物聯網安全設施
1
安全存儲
保護重要數據
2
身份認證
物聯網系統中最基本的安全服務，是物聯網安全系統的第一道關卡
3
密鑰管理
管理加密密鑰
身份認證基礎
定義
身份認證是驗證用戶身份真實性的過程。它確定用戶是否有權訪問資源。
重要性
在物聯網系統中，身份認證是第一道安全關卡，對整體安全至關重要。
討論：什么是身份認證
討論與分享
在物聯網系統中，當一個擁有身份標識的實體信任另一個擁有身份標識的實體時，才可以通過身份認證允許雙方之間進行通信并傳輸數據。身份認證系統首先要驗證用戶身份的真實性，然后根據授權數據庫中用戶的權限確定其是否有權訪問所申請的資源。
討論：分享身份認證方式及可能存在的安全威脅。
身份認證方式
RFID智能卡認證方式
1
RFID智能卡內置集成電路芯片
存儲與用戶身份相關的數據
2
登錄時用戶需插入專用讀卡器驗證身份
由合法用戶攜帶
3
專門設備生產確保用戶身份不被仿冒
由特定廠商制造
身份認證方式
用戶名/密碼方式
每個用戶的密碼都是由用戶自己設定的。 只要用戶能夠正確輸入密碼，計算機就認為 操作者是合法用戶，從而身份認證成功。
身份認證方式
動態口令認證方式
1
動態口令技術
密碼按照時間或使用次數不斷變化
2
每個密碼只能使用一次
提高安全性
3
生成當前密碼
根據當前時間或使用次數生成當前密碼，顯示在動態令牌的專用硬件上
4
輸入當前密碼
將動態令牌顯示的當前密碼輸入客戶端，實現身份認證
身份認證方式
生物識別方式
生物特征指唯一、可測量或可自動識別和驗證的生理特征或行為方式
1
身體特征
指紋、掌型、視網膜、虹膜、人體氣味、臉型、血管和DNA等
2
行為特征
簽名、語音、行走步態等
1
步態識別特點
遠距離情況下唯一可提取的生物特征
2
與其他生物特征的比較
采集方便、非冒犯性、難于隱藏和偽裝
小組討論：
請分小組討論，思考這些身份認證方式可能面臨哪些安全隱患或威脅，參考范例完善下頁的表。
身份認證方式的安全隱患或威脅
身份認證方式
安全隱患或威脅
RFID智能卡認證方式
每次從RFID智能卡認證中讀取的數據都是掙態的， 通過內存掃描或網絡監聽等技術很容易截取用戶的 身份驗證信息
用戶名/密碼方式
動態口令認證方式
USB Key認證方式
生物識別方式
身份認證的安全隱患
RFID智能卡
數據截取與網絡監聽風險。
用戶名/密碼
密碼泄露、弱密碼問題。
生物識別
生物特征偽裝與誤識別可能。
設計
為了完成校園網絡安全宣傳小報中關于設計保證身份認證方案安全版面的 聚焦任務，我們先后探索了什么是身份認證和五種物聯網身份認證方式及其潛 在的安全風險。你還可以查閱資料，了解更多的物聯網身份認證方式并設計 一份保證身份認證方案安全版面的草圖。
實踐：
選取合適的信息技術工具，按照設計草圖使用計算機圖形圖像處理軟件制 校園網絡安全宣傳小報中關于如何保證身份認證方案安全部分的版面。
校園網絡安全宣傳設計
1
需求分析
了解校園網絡安全現狀和需求。
2
內容設計
制作關于身份認證安全的版面，加入防護措施。
3
實踐操作
使用計算機圖形圖像軟件設計校園網絡安全小報版面。
總結與拓展
知識回顧
復習五種常見的身份認證方式及其優缺點。
拓展任務
查閱資料，了解其他物聯網身份認證方式。
比較分析
對比互聯網與物聯網身份認證的不同之處。教學教案設計
總第 11 課時
課 題 名 稱 設計認證方案
學習目標 （包含學科核心素養） 理解身份認證的概念與作用：學生能夠理解身份認證在物聯網系統中的核心作用，識別其在確保數據安全和設備通信中的重要性。 掌握不同身份認證方式及其應用場景：學生能夠掌握常見的身份認證方式，如RFID智能卡、用戶名/密碼、動態口令、USB Key和生物識別等，了解其適用場景與技術原理。 分析和識別身份認證的安全風險：學生能夠分析不同身份認證方式可能面臨的安全威脅，提出改進或防護措施，提升其信息安全意識和應對能力。
問 題 類 型 學生問題 物聯網中的身份認證技術有哪些？每種技術的工作原理是什么？ 如何判斷物聯網系統中的身份認證方式是否安全？有哪些潛在的安全風險？ 為什么物聯網身份認證如此重要？如果沒有安全認證機制，會發生什么？
學科問題 1. 物聯網身份認證中的多因素認證（MFA）如何提高系統的安全性？ 2. 在物聯網設備的身份認證中，使用RFID技術與使用密碼認證相比，優缺點有哪些？ 3. 物聯網身份認證的安全性受哪些因素影響？如何確保認證過程不被攻擊者突破？
教師問題 1. 在設計物聯網身份認證系統時，如何平衡安全性與用戶體驗？ 2. 如何通過技術手段避免物聯網身份認證系統遭受攻擊（如中間人攻擊、重放攻擊等）？
問題系統 （星號標出核心問題） 1. 物聯網身份認證中的多因素認證（MFA）如何提高系統的安全性？ 2. 在物聯網設備的身份認證中，使用RFID技術與使用密碼認證相比，優缺點有哪些？ 3. 物聯網身份認證的安全性受哪些因素影響？如何確保認證過程不被攻擊者突破？
問題探究流程 導（問題引導）、學（自主探究）、探（合作探究）、測（課堂檢測）、拓（知識拓展）
導（問題引導）： 情境創設： 教師通過展示一個物聯網設備（如智能家居、智能支付系統）的應用案例，講解設備如何通過身份認證保障其安全性。播放視頻或展示圖示，展示沒有身份認證的設備可能面臨的安全風險（如身份盜用、數據篡改等）。 引導學生思考以下問題： 問題1：“在物聯網設備中，身份認證是如何保護設備與用戶之間的交互的？沒有身份認證會帶來什么后果？” 答案：身份認證用于驗證設備或用戶的真實性，確保只有授權人員或設備可以訪問系統。如果沒有身份認證，設備可能會遭受攻擊，導致數據泄露或被非法控制。 問題2：“物聯網中有哪些身份認證技術？它們各自有什么優缺點？” 答案：常見身份認證技術包括RFID、用戶名/密碼、動態口令、指紋識別等。每種技術的優缺點如下： RFID：無需接觸，可用于大規模管理，但易受干擾。 用戶名/密碼：便捷，但易受密碼破解威脅。 動態口令：提高安全性，但依賴額外硬件。 指紋識別：安全性高，但受環境影響較大。 教師總結知識點： 物聯網身份認證的定義及其在系統中的作用：確保設備的安全性與數據的完整性。 常見的身份認證技術及其應用：RFID、用戶名/密碼、動態口令、指紋識別等。 學（自主探究）： 自主探究任務： 任務 1：查找二維碼、RFID、密碼/指紋識別、動態口令認證四種身份認證方式的工作原理、應用場景和優缺點，并制作表格或思維導圖。 任務 2：使用工具生成二維碼，并模擬物聯網設備的身份標識。 查閱RFID標簽在物流管理中的應用案例，分析如何實現設備識別。 探究步驟： 二維碼生成：學生使用二維碼生成工具，生成設備ID二維碼，模擬物聯網設備的身份認證。 RFID應用分析：學生查找RFID在物流中的應用案例，了解其自動識別的工作原理。 問題探討： 問題：“不同身份認證技術的優缺點是什么？為什么某些技術更適用于某些應用場景？” 答案：二維碼：便宜、易生成，適用于小規模設備管理，但易復制。 RFID：無需接觸，適用于大規模識別，但成本高。 密碼/指紋識別：安全性高，但需硬件支持。 問題：“如何選擇合適的身份認證方式？” 答案：根據設備規模、安全性需求選擇，如二維碼適合小規模，RFID適合大規模，指紋識別適合高安全場所。 教師總結知識點： 常見身份認證方式及應用：二維碼、RFID、密碼/指紋識別各自的適用場景和優缺點。 選擇合適認證方式：根據實際需求（如設備數量、安全要求等）選擇最適合的認證技術。 三、探（合作探究）： 合作探究任務： 任務1：分組討論物聯網身份認證中可能面臨的安全問題（如身份盜用、信息篡改等），并提出相應的防護措施。 任務2：每組設計一個物聯網身份認證系統，結合實際場景（如智能家居、智慧城市），選擇合適的身份認證技術，并討論其優缺點、實現方法和安全性保障措施。 問題探討： “如何結合多種身份認證技術增強物聯網系統的安全性？例如，如何在智能家居系統中同時使用密碼和指紋識別？” 答案：在高安全需求的系統中，可以采用多因素認證（如結合密碼和指紋識別），增強系統安全性。通過層層防護，確保即使某一層被攻破，系統整體安全仍得到保障。 教師總結知識點： 多因素認證的優勢：通過結合兩種或多種認證方式，提高系統的安全性。 物聯網身份認證系統設計要綜合考慮安全性、便捷性和成本等多方面因素。 四（課堂檢測）： 選擇題（2題） 題目：以下哪種身份認證方式適用于無需接觸的自動識別？ A. 二維碼 B. RFID C. 密碼認證 D. 指紋識別 答案：B. RFID 解析：RFID技術可以通過無線電波進行識別，不需要接觸設備。 題目：在物聯網中，物理安全性主要指的是： A. 網絡攻擊防護 B. 數據加密技術 C. 身份認證機制 D. 設備的物理保護 答案：D. 設備的物理保護 解析：物理安全性指的是設備本身的保護，防止被竊取或篡改。 判斷題（2題） 題目：在物聯網中，RFID技術只能用于設備的遠程識別。 答案：錯誤 解析：RFID技術不僅用于遠程識別，還可以在近距離內進行設備識別，具有較長的工作距離。 題目：多因素認證是通過結合多個認證因素來提高安全性。 答案：正確 解析：多因素認證通過結合不同的認證方式（如密碼、指紋、動態口令等），增強系統的安全性。 五、拓（知識拓展）： 拓展討論與任務 討論問題：“未來的物聯網身份認證系統如何與人工智能、大數據結合，提供更智能的認證和防護服務？” 任務：“設計一個基于物聯網身份認證的智能家居系統，結合多種認證方式確保用戶的安全，提出優化方案。” 展示與討論：學生展示他們的設計方案，并分析其在安全性、用戶體驗、技術可行性等方面的優缺點。 教師總結知識點： 物聯網身份認證的未來發展：隨著技術進步，物聯網身份認證將更加智能、便捷且安全。 結合人工智能和大數據可實現更加精確的身份識別和風險防范。 課后作業： 設計并寫出一個適用于智能家居系統的身份認證方案，結合多種認證技術。 撰寫一篇關于物聯網身份認證技術未來趨勢的文章，提出可能的技術創新和發展方向。
板 書 設 計 設計認證方案
一、物聯網身份認證概述 定義：用于識別和驗證設備或用戶身份 作用：確保設備安全，防止身份盜用和數據篡改 二、常見身份認證技術 二維碼：簡單易用，適用于小規模應用 RFID：遠程識別，適用于物流和資產管理 密碼/指紋識別：高安全性，適用于敏感環境 NFC：近場通信，適用于支付與快速配對 三、安全性防護措施 加密技術：保護數據傳輸 數字簽名：驗證身份標識合法性 多因素認證：提高認證的安全性 四、身份認證設計要素 便捷性：簡易操作 安全性：防止攻擊 成本效益：高效低成本
教 學 反 思
1第三單元第二課：設計認證方案練習習題
選擇題設計
容易題
選擇題 1
題目: 在物聯網身份認證中，以下哪項技術常用于設備間的自動識別？
A. 密碼認證
B. 二維碼
C. 動態口令
D. 生物識別
答案: B. 二維碼
解析：二維碼廣泛用于物聯網設備的標識與識別，具有生成簡單、便于掃描等優點。
選擇題 2
題目: 以下哪種身份認證技術不需要用戶輸入任何信息？
A. 用戶名和密碼
B. 指紋識別
C. 動態口令
D. 個人信息驗證
答案: B. 指紋識別
解析：指紋識別屬于生物識別技術，用戶僅需提供指紋進行認證，無需輸入任何信息。
選擇題 3
題目: RFID技術在物聯網中主要用于：
A. 用戶身份驗證
B. 設備識別與管理
C. 數據加密
D. 網絡傳輸
答案: B. 設備識別與管理
解析：RFID技術主要用于自動識別和跟蹤物品，常應用于物流和倉儲管理。
選擇題 4
題目: 以下哪種技術用于近距離通信和身份認證？
A. 二維碼
B. NFC
C. 密碼認證
D. 用戶名和密碼
答案: B. NFC
解析：NFC（近場通信）技術用于短距離通信，并廣泛應用于支付系統和設備配對中。
中等難度題
選擇題 5
題目: 在物聯網身份認證中，以下哪項是提高系統安全性的方法？
A. 單因素認證
B. 加密算法和數字簽名
C. 用戶名和密碼認證
D. 無線電通信
答案: B. 加密算法和數字簽名
解析：加密算法和數字簽名是提高物聯網身份認證安全性的關鍵技術，能防止數據泄露和篡改。
選擇題 6
題目: 在多因素認證系統中，以下哪項是增加安全性的關鍵因素？
A. 使用不同的認證技術
B. 使用相同的用戶名和密碼
C. 自動化的認證流程
D. 僅使用動態口令
答案: A. 使用不同的認證技術
解析：多因素認證通過結合兩種或多種認證方式（如密碼+指紋），顯著增強安全性。
選擇題 7
題目: 在物聯網應用中，使用密碼認證方式最常見的安全威脅是什么？
A. 重放攻擊
B. 物理盜竊
C. 數據泄露
D. 無線信號干擾
答案: A. 重放攻擊
解析：重放攻擊是密碼認證中常見的威脅，攻擊者通過截取并重放有效認證信息進行非法訪問。
較難題
選擇題 8
題目: 對比RFID與二維碼，以下哪項描述是正確的？
A. RFID適用于短距離識別，二維碼適用于遠距離識別
B. RFID需要接觸才能識別，二維碼無需接觸
C. RFID能夠在沒有接觸的情況下工作，二維碼適用于較近距離的掃描
D. RFID的存儲量比二維碼大
答案: C. RFID能夠在沒有接觸的情況下工作，二維碼適用于較近距離的掃描
解析：RFID技術可以實現遠距離、無需接觸的自動識別，而二維碼需要近距離掃描。
判斷題設計
判斷題 1
題目: 物聯網中，二維碼身份標識的優勢在于其能存儲更多的信息，適合小范圍設備管理。
答案: 正確
解析：二維碼能夠存儲比條形碼更多的信息，適用于小范圍設備識別和信息存儲。
判斷題 2
題目: RFID標簽無法在遠距離內識別設備信息。
答案: 錯誤
解析：RFID技術能夠在較遠距離內進行識別，適用于大規模自動識別和物品跟蹤。
判斷題 3
題目: 物聯網中，單因素認證通常能提供足夠的安全性。
答案: 錯誤
解析：單因素認證易受到攻擊，尤其是密碼破解，因此需要多因素認證來增強系統安全性。
判斷題 4
題目: 在物聯網應用中，生物識別技術如指紋識別具有較高的安全性，但對環境要求較高。
答案: 正確
解析：生物識別技術安全性較高，但可能受濕度、溫度等環境因素影響。
判斷題 5
題目: 物聯網身份認證中的數據加密技術只適用于防止身份盜用。
答案: 錯誤
解析：數據加密不僅用于防止身份盜用，還能確保數據在傳輸過程中的保密性，防止數據泄露和篡改。
判斷題 6
題目: NFC技術通常用于短距離設備間的身份認證和數據交換。
答案: 正確
解析：NFC技術適用于短距離（通常為幾厘米）的設備間通信和身份認證，廣泛應用于支付和門禁系統。
判斷題 7
題目: 動態口令與密碼認證一樣，只有用戶輸入密碼即可完成身份驗證。
答案: 錯誤
解析：動態口令通常由設備或應用生成，并在一段時間后過期，提供比靜態密碼更高的安全性。
判斷題 8
題目: 物聯網設備的身份認證僅需關注設備身份，而不必考慮用戶的身份驗證。
答案: 錯誤
解析：物聯網身份認證不僅關注設備身份驗證，還需要確保用戶身份的合法性，特別是在敏感操作時。

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