信息的加密与传递

李佩宁

在STEM领域，信息传递的基础源于用各种方式模拟、编译和反编译现实中的语言。运用数学手段指导这个过程，然后通过技术手段完成，这是信息技术的基础。懂得基于密码的信息传递的基本原理，是在现代社会理解与应用信息技术的核心和基石。

一、课程重点

本课程通过让学生了解密码，进而习得多种基于密码的信息传递方式。

【涉及领域】工程、几何学、数学、密码学、写作

【建议年级】小学高年级

【建议时间】密码学Ⅰ120分钟；密码学Ⅱ125分钟；密码学Ⅲ130分钟

【材料】笔、纸张、彩旗若干

二、课程任务

学习密码学的思想，熟悉并实践使用摩斯密码，基于摩斯密码的原理，创造自己的密码；学习旗语，自行创造旗语并完成较有效率的信息传递。

三、课程步骤

（一）密码学Ⅰ

1.导入（15分钟）

第一步，简述现代战争情景，让学生思考以下问题。

（1）现代战争和古代战争的区别在哪里？

（2）信息在现代战争中的作用是什么？在日常生活中又起到什么关键作用？

（3）如果敌人摧毁了我方的现代信息通信系统，我方首先要用什么方式传递信息？

第二步，介绍信息传递和密码的概念。信息传递是通过各种手段传递双方都能达成共识的有意义内容的过程。密码则是在信息传递中用于达成共识并做到保密的一种信息处理手段，重点在于编译和反编译。

第三步，确保学生理解密码的概念，向学生提出以下问题。

（1）语言是不是密码？为什么？

（2）现实生活中哪些地方用到了密码？

2.宣布任务一及评价量规（10分钟）

【宣布任务】依照摩斯密码表，仔细研究之后，试着传递一条纯英文的密文信息，要求各组设置一个观察者。宣布任务后，呈现评价量规（见表1）。

3.任务一的执行（10分钟）

正式执行任务。開始后，教师计时。要求学生依照评价量规，并考虑以下问题。

（1）信息内容分为几类？（如大写字母、小写字母、空格）

（2）信息如何加密、传递以及解密？分工如何？（需要以下角色：制定内容分类和区分的规划者，明文向密文翻译工作者，传递者，密文向明文翻译工作者，加密和解密的审查者，观察记录者）

4.总结和反思（25分钟）

当有小组完成任务后，教师记录该组用时，并检查比对初始的明文和最终通过加密解密过程得出的明文有无区别。全部小组完成后，讨论以下问题。

（1）小组应怎样分工？

（2）加密和解密是否出现问题？原因是什么？

（3）怎样处理不同类别的信息内容？

（4）观察者观察到了什么？

（5）【拓展问题】小组讨论画出思考和执行任务的流程图。

5.宣布任务二及评价量规（15分钟）

【宣布任务】依照摩斯密码表，仔细研究之后，试着再传递一次信息，要求各组设置一个观察者。各组通过讨论，改进原来的分工和设计。宣布任务后，呈现评价量规（见表2）。

6.任务二的执行（25分钟）

正式执行任务。开始后，教师计时。要求学生依照评价量规，并考虑以下问题。

（1）信息内容分为几类？（如中文、数字、大写字母、小写字母、空格、标点）

（2）信息如何加密和传递以及解密？分工如何？（需要以下角色：制定内容分类和区分的规划者，明文向密文翻译工作者，传递者，密文向明文翻译工作者，加密和解密的审查者，观察记录者）

7.全班讨论（20分钟）

所有小组完成后，挑选第一名的小组进行汇报总结。若时间允许，让尽可能多的组员发言。发言内容基于以下问题。

（1）第二次密码传递，小组如何分工？

（2）相比第一次，做出了哪些改进？

（3）是否预料到明文内容的复杂性？如何应对？

（4）怎样改进以使完成的任务效率更高？

挑选其他组各个分工位置上的学生进行提问，问题如下。若时间允许，请各组的观察者做观察报告。

（1）你在从事分工任务时，是否比发言小组对应分工人员做的好？若是，好在哪里？若不是，怎样改进？

（2）整个信息传递过程中最容易出错的是哪个环节？如何避免出错？

（二）密码学Ⅱ

1.导入（15分钟）

第一步，简述旗语和旗语的由来，让学生思考以下问题。

（1）旗语的特点是什么？

（2）相比摩斯密码，旗语适合传递密码信息吗？

第二步，头脑风暴。内容涉及以下问题：如果用旗语传递密码，应当怎样设计旗语？有什么可利用的优势？有什么应当规避的劣势？

2.宣布任务一及评价量规（10分钟）

【宣布任务】依照摩斯密码表，仔细研究之后，试着用旗语的方式传递一条纯英文的密文信息，要求各组设置一个观察者。宣布任务后，呈现评价量规（见表3）。

3.任务一的执行（10分钟）

正式执行任务。开始后，教师计时。要求学生依照评价量规，并考虑以下问题。

（1）信息内容分为几类？（如大写字母、小写字母、空格）

（2）使用旗语时，信息如何加密、传递以及解密？分工如何？（需要以下角色：制定内容分类和区分的规划者，明文向密文翻译工作者，打旗人，将旗语转化为有声语言工作者，将有声语言转化为书面语工作者，加密和解密的审查者，观察记录者）

4.总结和反思（25分钟）

当有小组完成任务后，教师记录该组用时，并检查比对初始的明文和最终通过加密解密过程得出的明文有无区别。全部小组完成后，讨论以下问题。

（1）小组应怎样分工？

（2）加密和解密是否出现了问题？原因是什么？

（3）是否预先考虑了旗语的特点？

（4）空格如何用旗语表达？

（5）观察者观察到了什么？

（6）【拓展問题】小组讨论画出思考和执行任务的流程图。

5.宣布任务二及评价量规（25分钟）

【宣布任务】自创旗语，并用该旗语试着再传递一次信息，要求各组设置一个观察者。各组通过讨论，改进原来的分工和设计。宣布任务后，呈现评价量规（见表4）。

6.任务二的执行（25分钟）

正式执行任务。开始后，教师计时。要求学生依照评价量规，并考虑以下问题。

（1）信息内容分为几类？（如中文、数字、大写字母、小写字母、空格、标点）

（2）如何区分拼音形成的汉字和英文字母形成的单词（无意义音节）？

（3）如何避免旗语的动作发生混淆？什么样的动作会造成接收者误解？怎样避免？

（4）如何用更简单、更少的动作组合传达更复杂、更多样化的信息？

（5）【拓展思考】用旗子在空中画出汉字传递是否可行？

7.写作（15分钟）

如果向他人介绍自己创造的旗语，要怎样写一份说明书？试着写出来。

（三）密码学Ⅲ

1.导入（15分钟）

第一步，简述明文和密文类型相同的密码，让学生思考以下问题。

（1）如果要求明文和密文都使用英文字母，如何加密？有几种方式？（如前后缀式、插入式、扩充式、空间颠倒式、错位式）

（2）【拓展思考】如果要求以英文为明文、数字为密文，有怎样的加密方法？

第二步，介绍古罗马军事运用的密码棒，让学生讨论密码棒的优缺点。

2.宣布任务一及评价量规（10分钟）

【宣布任务】自定义一种明文和密文类型相同的密码，仔细研究之后，按要求试着传递一条密文信息，要求各组设置一个观察者。宣布任务后，呈现评价量规（见表5）。

3.任务一的执行（10分钟）

正式执行任务。开始后，教师计时。要求学生依照评价量规，并考虑以下问题。

（1）密码的可操作性如何？是否出现编码方式过难，组员难以掌握而出错频繁的现象？

（2）可以提前做好哪些工作以避免出错？

4.总结和反思（25分钟）

当有小组完成任务后，教师记录该组用时，并检查比对初始的明文和最终通过加密解密过程得出的明文有无区别。全部小组完成后，讨论以下问题。

（1）小组应怎样分工？

（2）加密和解密是否出现了问题？原因是什么？

（3）是否设计了难以掌握的编码方式？编码方式有无漏洞？

（4）观察者观察到了什么？

（5）【拓展问题】小组讨论画出思考和执行任务的流程图。

5.宣布任务二及评价量规（25分钟）

【宣布任务】制作密码本和说明书（要求给密码命名并署名），之后交换小组的一半成员，学习各组的密码，试着再各传递一次信息。要求各组设置一个观察者。通过评价各组的学习情况和密码传递情况，来评价原来各组的密码说明书写作。宣布任务后，呈现评价量规（见表6）。

6.任务二的执行（25分钟）

正式执行任务。教师记录每组每次任务用时和正确率。

7.全班讨论（20分钟）

所有小组完成后，挑选第一名的小组进行汇报总结。若时间允许，让尽可能多的组员发言。发言内容基于以下问题。

（1）小组设计的密码复杂性如何？

（2）小组设计的密码新颖性如何？

（3）小组设计的密码保密性如何？

（4）小组设计的密码综合的安全性如何？为什么这么看？

（5）综合各组结果，整个信息传递过程中最容易出错的是哪个环节？如何避免？

（6）各组负责人怎样看待他人给出的意见？

（责任编辑 张慧籽）