3.3 Sicherheitsprinzipien – Unterrichtsmaterial
Parity-Karten: Fehlererkennung und -korrektur
Eine anschauliche, unplugged Unterrichtsaktivität, bei der Schülerinnen und Schüler mithilfe eines 'Zaubertricks' mit doppelseitigen Karten das Konzept von Paritätsbits und einfacher Fehlererkennung und -korrektur in Daten erarbeiten.
Asymmetrische Kryptografie und RSA verstehen mit dem Couvert-Modell
Dieses hervorragende Unterrichtsmaterial führt anschaulich über ein haptisches Couvert-Modell in die asymmetrische Kryptografie, RSA und digitale Signaturen ein. Es verbindet intuitive Metaphern mit konkreten mathematischen Aufgaben, Schritt-für-Schritt-Anleitungen und vollständigen Lösungen.
Parity Magic – Fehlererkennung und Fehlerkorrektur (CS Unplugged)
Eine klassische Unplugged-Unterrichtsaktivität, bei der Schülerinnen und Schüler mithilfe eines Kartenspiels und des Parity-Prinzips (Paritätsbit) spielerisch entdecken, wie Computer fehlerhafte Daten automatisch erkennen und korrigieren können. Dabei werden informatische Konzepte wie Algorithmen, Abstraktion und Zerlegung handorientiert erarbeitet.
Fehlererkennung und -korrektur mit Parität
Dieses Unterrichtsmaterial führt in die Grundlagen der Fehlererkennung und -korrektur bei Datenspeicherung und -übertragung ein. Anhand von anschaulichen Beispielen wie Barcodes und einem kartenbasierten Paritäts-Zaubertrick lernen Schülerinnen und Schüler, wie Prüfziffern und Paritätsbits funktionieren.
Kryptografie und Kryptoanalyse - Gruppenunterricht
Dieses Unterrichtsmaterial bietet eine komplette 2-Lektionen-Einheit für das Gymnasium zum Thema klassische Verschlüsselungsverfahren (Caesar, Substitution, Vigenère) und Kryptoanalyse. Die Schülerinnen und Schüler arbeiten in Gruppen, nutzen interaktive Java-Applets und diskutieren grundlegende Sicherheitsprinzipien der Kryptografie.
Der Diffie-Hellman-Schlüsselaustausch und das diskrete Logarithmusproblem
Dieses umfassende und didaktisch hervorragend aufbereitete Unterrichtsmaterial führt Lernende über einen anschaulichen Vigenère-Cipher-Einstieg an das diskrete Logarithmusproblem und den Diffie-Hellman-Schlüsselaustausch heran. Es verbindet mathematische Grundlagen und Beweise mit interaktiven Experimenten sowie praxisnahen Einbezügen aus dem Alltag wie HTTPS und Messenger-Diensten.
Asymmetrische Verschlüsselung im Informatikunterricht mit dem Rabin-Kryptosystem
Eine vierteilige Unterrichtssequenz zur asymmetrischen Verschlüsselung für das Gymnasium, die das Rabin-Kryptosystem über ein handlungsorientiertes Rollenspiel einführt. Die Sequenz enthält ausgearbeitete Lektionen, Arbeitsblätter, Musterlösungen und schlägt die Brücke zu alltäglichen Anwendungen wie HTTPS und digitalen Signaturen.
Daten und Privatsphäre: Arena-Diskussion zu Gesundheitsdaten
Dieses Unterrichtsmaterial beleuchtet die technischen Grundlagen der Datenspeicherung und des Datenschutzes am Beispiel von Pulsmessern und Fitness-Trackern. Im zweiten Teil bereiten die Schülerinnen und Schüler eine moderierte Arena-Diskussion zu einer fiktiven Volksinitiative bezüglich der Verschlüsselung von Gesundheitsdaten vor.
Advent of Code: MD5-Hashing und Passwort-Knacken
Eine Programmieraufgabe, bei der ein Passwort durch systematisches Generieren und Prüfen von MD5-Hashes ermittelt werden muss. Die Schülerinnen und Schüler wenden dabei algorithmische Suchstrategien an und müssen Schleifen sowie Hashing-Funktionen einsetzen.
Advent of Code: One-Time Pad
Eine Programmieraufgabe im Stile von Advent of Code, bei der Hashes generiert und nach bestimmten Kriterien (Triple und Fünfergruppen von Zeichen) gefiltert werden müssen, um Schlüssel für ein One-Time-Pad zu erzeugen.
Advent of Code: Knot Hash
Dieses Programmier-Puzzle beschreibt einen Algorithmus zur Simulation einer speziellen Hash-Funktion mit einer zirkulären Liste. Lernende müssen die vorgegebenen Schritte zur Manipulation der Daten implementieren und nachvollziehen.
Hamming-Codes
Dieses Unterrichtsmaterial führt in die Funktionsweise von Hamming-Codes zur Fehlererkennung und -korrektur in Bitfolgen ein. Anhand von anschaulichen Beispielen und konkreten Aufgaben lernen die Schülerinnen und Schüler, Kontrollbits zu berechnen und fehlerhafte Bits zu identifizieren.
Redundanz in QR-Codes
Dieses Unterrichtsmaterial behandelt das Konzept der Redundanz anhand von QR-Codes. Die Lernenden erfahren, wie beschädigte QR-Codes dennoch lesbar bleiben und wie Fehler in Datenstrukturen identifiziert und behoben werden können.
Secret Exchange: Diffie-Hellman Key Exchange with Python
Dieses Unterrichtsmaterial erklärt anhand einer analogen Metapher mit Farben und einer praktischen Python-Umsetzung die Funktionsweise des Diffie-Hellman-Schlüsselaustauschs und beleuchtet dabei Sicherheitsaspekte und Angriffsvektoren in der Kryptographie.
EAN-Prüfziffernberechnung in Scratch
Eine Programmieraufgabe für Scratch, bei der ein 13-stelliger Produktcode (EAN) eingelesen und mittels einer Gewichtung von 1 und 3 auf seine Gültigkeit als Vielfaches von 10 geprüft wird. Das Material enthält Testbeispiele, Code-Snippets sowie Hinweise zur Implementierung von Variablen, Schleifen und Bedingungen.
Prüfziffern-Validierung mit Scratch
Eine Programmieraufgabe für Scratch, bei der Schülerinnen und Schüler einen Algorithmus zur Validierung eines 12-stelligen Produkt-Codes (ähnlich EAN) entwickeln. Dabei werden Benutzereingaben validiert, Schleifen eingesetzt und Ziffern einer Zeichenkette verrechnet.
Paritätsprüfung mit Scratch
Eine Programmieraufgabe für Scratch, bei der Schülerinnen und Schüler ein Programm erstellen, das eine Eingabe von schwarzen und weissen Karten auf Paritätsfehler (ungerade Anzahl schwarzer Quadrate) überprüft.
Paritätsfehler-Erkennung in Scratch
Ein Scratch-Skript, das Paritätsfehler in Zeilen und Spalten von Kartenstapeln erkennt und korrigiert. Das Material demonstriert die praktische Anwendung von Fehlererkennungsmethoden durch Programmierung.
Produktcode-Prüfziffern (Barcodes)
Diese Unterrichtseinheit behandelt anhand von Produktcodes und Barcodes, wie Prüfziffern zur Erkennung von Übertragungsfehlern berechnet werden. Die Schülerinnen und Schüler vollziehen manuelle Algorithmen nach, wenden Problemlösungsstrategien an und reflektieren Informatikkonzepte wie Abstraktion und Fehlersuche.
Prüfziffern und Barcodes verstehen (Fehlererkennung)
Dieses Unterrichtsmaterial erklärt anhand einer interaktiven Aktivität, wie Barcodes mithilfe einer Prüfziffer (Checksum) aufgebaut sind und Fehler beim Scannen erkannt werden können. Die Lernenden führen die mathematischen Berechnungen von Strichcodes manuell durch und verstehen so das Prinzip von Fehlererkennungscodes in der Datensicherheit.
Paritäts-Kartenzaubertrick zur Fehlerkorrektur
Ein interaktiver Zaubertrick mit Karten veranschaulicht spielerisch das Konzept der Parität und der Fehlererkennung bzw. -korrektur in der Datenübertragung.
Paritätsprüfung und algorithmische Problemlösung
Eine strukturierte Sammlung von Programmier- und Logikaufgaben, die von grundlegenden Zählaufgaben über Restwertbestimmungen bis hin zur Erkennung von Paritätsfehlern in Zeilen und Spalten führen. Die Aufgaben fördern schrittweise das algorithmische Denken und die Fehlererkennung in Daten.
Paritäts-Kartenspiel zur Fehlererkennung
Ein interaktives Kartenspiel für Schülerinnen und Schüler, bei dem durch den Einsatz von Paritätsbits (Prüfziffern) in einem Raster ein manipuliertes beziehungsweise geflipptes Element möglichst schnell identifiziert werden muss. Die Aktivität veranschaulicht spielerisch Prinzipien der Datensicherheit und Fehlerkorrektur.
Computer Science Unplugged: Grundlagen ohne Computer
Eine Sammlung von unterhaltsamen und fesselnden Aktivitäten, die es Lernenden ermöglichen, grundlegende Konzepte der Informatik ohne Computer zu erkunden. Die Materialien eignen sich sowohl für den Einsatz in Schulklassen als auch für das Lernen zu Hause.
Unterrichtsmaterial zu Grundlagen der Informatik 1 & 2 (App Camps)
Umfassende, kostenfreie digitale Unterrichtsmaterialien für die Unter- und Mittelstufe zu den Bereichen Daten und Codierung, Algorithmen, Rechner und Netze sowie Informationsgesellschaft und Datensicherheit. Die Module beinhalten praktische Programmieraufgaben, Projektarbeiten sowie Einstiegsvideos und Lernkarten für selbstständiges Arbeiten.
Farbbilder in Farbbilder verstecken
Die Schülerinnen und Schüler lernen, wie man Bilder in anderen Bildern versteckt, indem sie ein bestehendes Verfahren von Graustufen auf Farbbilder (RGB-Tripel) erweitern. Dazu passen sie vorgegebene Python-Programme an und testen diese praktisch im Unterricht.
Steganographie mit Bildern in Python
Die Schülerinnen und Schüler lernen anhand einer konkreten Programmieraufgabe in Python, wie man geheime Schwarz-Weiß-Bilder in Graustufenbildern versteckt und wieder ausliest (Steganographie). Dabei werden bestehende Programme analysiert, vervollständigt und praktisch angewendet.
Bilder in Graubildern verstecken
Das Unterrichtsmaterial erklärt anschaulich das Prinzip der Steganographie, bei dem geheime Schwarz-Weiß-Bilder in anderen Bildern durch die Manipulation von Graustufenwerten versteckt werden. Schülerinnen und Schüler lernen, wie Pixelwerte verändert und ausgelesen werden, um verborgene Informationen zu entschlüsseln.
Steganografie
Das Unterrichtsmaterial führt in das Konzept der Steganografie ein und zeigt, wie geheime Botschaften und Bilder in anderen Mediendateien versteckt werden können. Die Lernenden befassen sich dabei mit den zugrundeliegenden Algorithmen sowie der praktischen Implementierung des Ver- und Entschlüsselungsprozesses von Bildern.
SQL Parameters - Prevent SQL Injection
Das Unterrichtsmaterial erklärt das Konzept von parametrisierten SQL-Abfragen anhand von Beispielen in ASP.NET und zeigt, wie sie zur Verhinderung von SQL-Injections eingesetzt werden.
Datenschutz
Dieses Unterrichtsmaterial beleuchtet Datenschutzfragen in der digitalen Welt, führt in den Begriff personenbezogener Daten ein und grenzt diesen von der Datensicherheit ab. Anhand von Prinzipien, Gesetzestexten und Fallbeispielen wird die praktische Anwendung des Datenschutzes untersucht.
Geheimnisteilen
Dieses Unterrichtsmaterial führt in das Konzept des Geheimnisteilens ein, bei dem Zugangsdaten oder private Schlüssel auf mehrere Personen aufgeteilt werden, um Sicherheit und Wiederherstellbarkeit zu gewährleisten. Die Lernenden erfahren, warum diese Methode in Kommunikations- und Sicherheitssystemen eingesetzt wird und mit welchen Verfahren sie realisiert werden kann.
Digitale Signatur
Dieses Material führt in das Konzept der digitalen Signatur ein und behandelt die Gewährleistung von Integrität, Authentizität sowie Verbindlichkeit beim elektronischen Nachrichtenaustausch. Dabei werden auch kryptologische Hash-Funktionen und der Aufbau von Signiersystemen beleuchtet.
Das RSA-Verfahren
Dieses Unterrichtsmaterial führt in das asymmetrische Kryptosystem des RSA-Verfahrens ein. Es behandelt die zahlentheoretischen Grundlagen, die Bedeutung großer Primzahlen für die Sicherheit und bietet eine praktische Implementierung in Python.
Historische Chiffriersysteme
Das Material behandelt historische Verschlüsselungsverfahren wie klassische Chiffriersysteme und das One-Time-Pad. Es zeigt auf, wie man früher Nachrichten verschlüsselte und wie solche Geheimschriften durch gezielte Kryptoanalyse geknackt werden können.
Fehlerkorrigierende Codes (Leitprogramm)
Dieses Leitprogramm führt anhand des Beispiels von Musik-CDs und der Datenübertragung in das Konzept fehlerkorrigierender Codes ein. Die Schülerinnen und Schüler lernen die Struktur von Codes kennen, setzen sich mit dem Zielkonflikt zwischen Datenkürze und Zuverlässigkeit auseinander und üben den Umgang mit Beweisen.
Firewalls: Konzept und Umsetzung
Eine komplette Unterrichtseinheit zum Thema Firewalls, die sich über mehrere Lektionen erstreckt und konzeptionelle Grundlagen, Architekturen sowie Sicherheitsmassnahmen behandelt. Das Material enthält Lehrerhinweise, Lernziele sowie Vorschläge für Partner- und Gruppenübungen anhand eines realstennahen Fallbeispiels.
Öffentliche Schlüssel Kryptologie und Digitale Unterschriften
Dieses Dokument behandelt die Grundlagen der Public-Key-Kryptographie sowie digitale Unterschriften. Es werden Konzepte wie asymmetrische Verschlüsselungsverfahren und die Authentifizierung von Daten erläutert.
Kryptografie und Kryptoanalyse - Eine Einführung in die klassische und moderne Kryptologie
Diese Unterrichtspräsentation vermittelt die Grundlagen klassischer Verschlüsselungsverfahren wie Vigenère und deren Bruch durch Kryptoanalyse. Anschliessend werden moderne symmetrische Verschlüsselungsstandards wie DES und IDEA sowie das One-Time-Pad im Kontext der Informationssicherheit behandelt.
Streifzug durch die Geschichte der Kryptologie: Public Key
Dieses Modul beleuchtet die historische Entwicklung und die Grundlagen asymmetrischer Verschlüsselungsverfahren wie RSA. Es bietet Arbeitsblätter, Hilfsblätter und theoretische Einblicke, die sich für den projektartigen oder erarbeitenden Unterricht im Gymnasium eignen.
Streifzug durch die Geschichte der Kryptologie
Dieses Unterrichtsmaterial beleuchtet die Geschichte und die Grundlagen der Kryptologie von symmetrischen zu asymmetrischen Verschlüsselungsverfahren. Es bietet Module mit Theorie, Aufgaben und Lösungen zum Selbststudium oder für den Werkstattunterricht.
Streifzug durch die Geschichte der Kryptologie: Zweiter Weltkrieg
Dieses Unterrichtsmaterial beleuchtet die Geschichte der Kryptologie im zweiten Weltkrieg mit Fokus auf die Enigma und Alan Turing. Die Lernenden befassen sich im Selbststudium oder Werkstattunterricht mit historischer Verschlüsselung und Codeknackern.
Streifzug durch die Geschichte der Kryptologie: ADFGVX Verschlüsselung
Dieses Unterrichtsmaterial behandelt die historische Entwicklung und Anwendung der ADFGVX-Verschlüsselung, wie sie im Ersten Weltkrieg eingesetzt wurde. Es enthält sowohl Theorie- und Aufgabendokumente als auch zugehörige Lösungen für den Einsatz im Selbststudium oder Werkstattunterricht.
Streifzug durch die Geschichte der Kryptologie: Vigenère
Dieses Unterrichtsmaterial führt in die polyalphabetische Verschlüsselung nach Vigenère ein. Die Lernenden erfahren historische Hintergründe und erarbeiten sich das Verschlüsseln, Entschlüsseln und Knacken von Chiffren anhand von Aufgaben mit Lösungen.
Streifzug durch die Geschichte der Kryptologie: Caesar
Dieses Unterrichtsmaterial führt in die historische Caesar-Verschlüsselung ein. Die Lernenden erarbeiten das symmetrische Verschlüsselungsverfahren, lösen Aufgaben dazu und lernen, wie man die Chiffre durch Kryptoanalyse knackt.
Übungen zu ECB und CBC Modus
Dieses Arbeitsblatt enthält praktische Übungen zur manuellen Verschlüsselung und Entschlüsselung von Texten im ECB- und CBC-Modus mit Hilfe des Pentacode-Editors. Die Lernenden wenden XOR-Operationen sowie Initialisierungsvektoren (IV) direkt an.
Die Vigenère-Chiffre
Das Material erklärt die historische Vigenère-Chiffre als polyalphabetisches Verschlüsselungsverfahren und bietet eine praktische Aufgabe zur manuellen Verschlüsselung eines Textes mittels eines Schlüsselworts.
Das Domain-Name-System (DNS)
Dieses Unterrichtsmaterial führt Schülerinnen und Schüler in das Domain-Name-System (DNS) ein, erklärt die Funktionsweise von IP-Adressen, Ports und hierarchischen Serverstrukturen und behandelt praktische Aspekte wie Whois-Abfragen, nslookup und Sicherheitsrisiken wie DNS-Hijacking.
Cookies, Tracking und Datenschutz im Browser
Dieses Unterrichtsmaterial behandelt die Funktionsweise von Drittanbieter-Cookies, Tracking durch Werbeagenturen und den Nachfolger Fingerprinting. Die Lernenden experimentieren praxisnah mit Browser-Erweiterungen wie Lightbeam zur Visualisierung von Tracking-Spuren und lernen Methoden zum Schutz der Privatsphäre kennen.
XOR-Verschlüsselung und Binäroperation
Dieses Unterrichtsmaterial führt in die bitweise XOR-Operation ein und zeigt deren Anwendung zur Verschlüsselung und Entschlüsselung von Binärdaten sowie Bildern. Anhand von praktischen Aufgaben wird das Konzept der Bit-Manipulation und Codierung direkt angewendet.