《密码学》课程直播教学设计与反思—以AES密码算法为例
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《密码学》课程直播教学设计与反思—以AES密码算法为例
摘要:为顺利开展疫情期间教学工作,根据密码学学科特点和高校教学安排,
对《密码学》课程开展线上直播教学。本文以AES密码算法为例,进行直播教学
设计及教学反思,便于今后更好开展教学工作。
关键词:直播教学;密码学;教学设计
一、引言
2019年12月以来,湖北省武汉市陆续发现了多例新型冠状肺炎病例,为了
防止疫情进一步扩散,2020年1月26日,国务院新闻发布会要求各地大、中、
小学2020年春季学期推迟开学[1]。为了进一步保障教学工作按时完成,教育部1月29日发出倡议:利用网络平台,展开“停课不停学”[2]。各个高校为响应“听课
不停学”政策,纷纷采取了多种教学方式,如:线上直播、电视教学、学生自学等。作者根据《密码学》课程的学科特点,并结合当前疫情的形势和教学安排,充分
利用网络资源开展线上直播教学。本文以《密码学》课程中的AES密码算法为例,对开展直播教学的工作进行阐述与反思,为今后的教学工作提供经验借鉴。
二、AES密码算法课程设计
(一)教学目标
学生通过学习本节课的内容,掌握AES密码算法的数学基础、设计思想和算
法流程,为后序的密码学实验课程打下理论基础。同时增强学生的信息保密意识
和保密责任感,为今后从事密码学相关工作打下基础。
(二)教学设计
AES密码算法由于涉及到一些数论的基本知识且加解密流程较为复杂,因此
在课程安排上采用4个学时分别对AES密码的数学基础知识、算法的由来及框架、轮函数及密钥生成算法、思考题探讨与分析进行讲解。
1.数学基础知识
(1)十六进制加法
学习AES密码的数学基础知识,可以采用回顾旧知识,引入新课的方法。首
先需要同学们回忆一下我们之前学的数的进制。我们最常用的是几进制数呢?答:十进制。除了十进制数,我们还学过哪几个进制?答:二进制、八进制和十六进制。
AES密码算法主要涉及十六进制的加法和乘法运算,下面我们首先来看十六
进制的加法运算。这里采用学生自学和教师讲解相结合的方式,发挥学生在学习
时的主动性。请同学们先自己看课本上59页的例子,思考为什么十六进制的
57+83=D4呢?
同学们通过观察和计算已经了解到,十六进制的加法运算是将数字化为多项式,再将两个多项式做模二加运算,而我们说的模二加运算,实际就是异或运算。比如:这里的57和83分别对应二进制的01010111、10000011,将对应位的二进
制相加,做异或运算,得到11010011,化为十六进制就得到了D4。所有的十六
进制加法运算,d都采用相同的方法。
(2)十六进制乘法
AES密码需要用到十六进制的乘法,也叫做x乘法。这里采用边讲解边写板
书的方式来给同学们讲授。以5713为例:
57对应的二进制为01010111
13对应的二进制为00010011