第30课系统安全需升级（教案）人教版信息科技八年级全一册.docx

第30课系统安全需升级

一、教学目标

1.学生能够详细阐述提升数据采集安全的方法。

2.学生能够深入理解身份认证技术在物联系统中的重要性。

二、教学重点与难点

教学重点

1.掌握摄像头活体检测技术的核心要点。

2.熟练掌握物联门锁系统中身份认证技术的应用。

教学难点

1.对于摄像头活体检测技术，理解如何通过算法准确识别面部动作，避免误判，以及如何应对人工智能换脸等新型欺骗手段。

2.在身份认证技术中，如何确保用户名和密码的安全存储和传输，避免数据泄露，以及如何处理用户信息修改等复杂情况。

三、教学准备

1.教学设备：多媒体教室，配备电脑且安装好编程环境和相关软件，准备好物联门锁实验设备（包括门锁主控板、舵机、摄像头、MQTT服务器等）及配套连接线，确保网络连接正常，展示设备（如投影仪、电子白板等）。

2.教学资料：制作包含摄像头活体检测、身份认证技术、数据加密传输等内容的教学课件，收集相关图片、视频资料（如摄像头活体检测原理演示视频、身份认证技术应用案例视频等），准备案例资料（如物联门锁安全事件案例等），打印物联门锁系统架构图、摄像头活体检测和身份认证技术要点总结、代码示例等资料。

四、教学过程

（一）导入新课

1.回顾上节课学习的物联网安全知识，提问学生：在之前设计的物联门锁系统中，可能存在哪些安全隐患？引导学生思考物联门锁系统的安全性问题，如刷脸开锁功能可能被照片欺骗等。

2.展示一些物联门锁安全事件的新闻报道图片或视频片段（如不法分子通过破解门锁密码或利用技术手段非法开锁入室盗窃等），引出本节课主题——系统安全需升级，明确本节课将学习如何通过摄像头活体检测、身份认证技术和数据加密传输等方法提高物联门锁系统的安全性。

（二）新课讲解

1.体验摄像头活体检测

利用课件展示摄像头活体检测的背景和意义，强调在物联门锁系统中，为了防止照片欺骗等安全风险，需要增加面部动作识别功能。

详细讲解面部动作识别的原理，以张嘴、眨眼动作为例，说明摄像头如何捕捉用户面部动作，通过图像分析技术识别这些动作的特征，如眨眼的频率、张嘴的幅度等，并将其转化为数据进行处理。

展示利用面部动作识别开锁的主要代码（如图30.1），逐行解释代码的功能。讲解如何通过MQTT服务器获取人脸识别结果以及眨眼和张嘴次数，如何设置活体检测的条件（如眨眼次数大于1且张嘴次数大于1），以及当活体检测通过且人脸识别成功时如何控制门锁开锁（通过舵机转动实现）。

介绍当前面部动作识别技术存在的局限性，即虽然可以防止照片欺骗，但仍可能被包含面部动作的视频欺骗。为了更有效地进行活体检测，引出使用深度摄像头采集脸部三维特征的方法，讲解深度摄像头如何获取更丰富的面部信息（如脸部轮廓、深度信息等），以及配合更复杂的算法（如基于深度学习的人脸识别算法）如何提高活体检测的准确性和安全性，通过图片或视频对比展示普通摄像头和深度摄像头在活体检测效果上的差异。

组织学生分组讨论摄像头活体检测技术在其他物联网应用场景（如门禁系统、考勤系统等）中的应用可能性，鼓励学生思考如何根据不同场景需求优化活体检测功能，培养学生的创新思维和知识迁移能力。

2.探究身份认证技术

利用课件展示物联门锁系统中远程控制开锁的工作流程，指出当前任何人只要接入MQTT服务器就可以发送开锁指令的安全风险，引出身份认证技术的重要性。

以小组为单位开展身份认证方案设计活动，组织学生讨论常见的身份认证方式及其优缺点。重点介绍用户名和密码认证方式，讲解其设计原理（如通过将用户输入的用户名和密码与系统存储的信息进行比对来验证身份）和实现方法（包括如何在消息中添加用户名和密码数据、如何在门锁主控板中存储用户数据、如何进行数据比对等）。

展示身份认证方案设计表（如表30.1），引导学生填写方案名称、身份认证方式和设计理由等内容，要求学生详细说明选择用户名和密码认证方式的原因（如简单易用、不需要额外硬件设备等），并鼓励学生思考其他可能的认证方式（如指纹识别、智能卡认证等）及其适用场景。

模拟实现用户身份认证功能，详细讲解代码实现过程。在增加数据存储环节，介绍如何使用列表等数据结构存储用户名和密码等用户数据，并解释数据存储的安全性要求（如防止数据泄露、篡改等）。在身份认证环节，通过代码示例（如图30.3）展示如何利用split()函数解析接收到的消息，提取用户名和密码进行比对，以及根据比对结果控制门锁开锁动作（如认证成功则控制舵机转动开锁，失败则在显示屏上提示错误信息）。

组织学生开展测试活动，模拟非授权用户发送开锁消息，观察门锁是否能够正确识别并拒绝开锁，通过实际测试让学生验证身份认证功能的有效性，同时引导学生思考在测试过程中可能出现的问题（如密码错误提示不明确、认证效率低下等）及解决方案。

3.巧用数据加密传输

结合生活中的实际案例（如用