Informatik · Klasse 9

Ideen für aktives Lernen

Asymmetrische Verschlüsselung

Aktives Lernen funktioniert bei diesem Thema besonders gut, weil asymmetrische Verschlüsselung ein abstraktes Konzept ist, das durch konkrete Erfahrungen greifbar wird. Schülerinnen und Schüler begreifen die mathematische Einwegfunktion nur, wenn sie selbst Schlüsselpaare erzeugen und testen können. Rollenspiele und Simulationen machen unsichtbare Sicherheitsmechanismen wie HTTPS sichtbar und begreiflich.

• KMK Bildungsstandards
• KMK: Sekundarstufe I - Informatiksysteme
• KMK: Sekundarstufe I - Kommunikation

• 30–50 Min.
• Partnerarbeit → Ganze Klasse
• 4 Aktivitäten

Aktivität 01

• Rollenspiel
• 45 Min. · Kleingruppen

Rollenspiel: Schlüsselpaar-Austausch

Teilen Sie die Klasse in Sender, Empfänger und Angreifer ein. Sender verschlüsselt mit Public Key des Empfängers (z. B. mit verschlossenen Boxen und Schlüsseln). Gruppen rotieren Rollen und protokollieren Erfolge. Diskutieren Sie am Ende Abhörversuche.

Erklären Sie, wie man sicher kommunizieren kann, ohne vorher einen Schlüssel ausgetauscht zu haben.

Moderationstipp

Beim Rollenspiel Schlüsselpaar-Austausch: Verteilen Sie echte Schlüsselpaare (z.B. aus einem RSA-Tool) und lassen Sie Schüler sie physisch weitergeben, um die Asymmetrie erlebbar zu machen.

Worauf zu achten ist

Geben Sie jedem Schüler eine Karte mit einer der folgenden Fragen: 'Erklären Sie den Unterschied zwischen Public und Private Key.' oder 'Warum ist HTTPS wichtig für das Surfen im Internet?'. Die Schüler schreiben ihre Antwort in 2-3 Sätzen auf die Karte.

• Anwenden
• Analysieren
• Bewerten
• Sozialbewusstsein
• Selbstwahrnehmung

Aktivität 02

• Lernen durch Lehren
• 30 Min. · Partnerarbeit

Browser-Inspektion: HTTPS prüfen

Schüler öffnen Websites in Paaren, aktivieren Entwicklertools und vergleichen HTTP- und HTTPS-Verbindungen. Notieren Sie Zertifikate und Public Keys. Erstellen Sie eine Tabelle mit Risiken bei ungesicherten Seiten.

Analysieren Sie die Rolle mathematischer Einwegfunktionen in der Kryptographie.

Moderationstipp

Bei der Browser-Inspektion HTTPS prüfen: Fordern Sie Schüler auf, die HTTPS-Schloss-Symbole in verschiedenen Browsern zu vergleichen und Unterschiede in der Verschlüsselung zu dokumentieren.

Worauf zu achten ist

Stellen Sie die Frage: 'Stellen Sie sich vor, Sie möchten Alice eine geheime Nachricht senden. Welchen Schlüssel würden Sie verwenden, um die Nachricht zu verschlüsseln, und warum?' Sammeln Sie die Antworten von einigen Schülern, um das Verständnis zu überprüfen.

• Verstehen
• Anwenden
• Analysieren
• Erschaffen
• Selbststeuerung
• Beziehungsfähigkeit

Aktivität 03

• Planspiel
• 50 Min. · Kleingruppen

Planspiel: Einwegfunktion bauen

Nutzen Sie einfache Multiplikation großer Zahlen als Einwegfunktion. Gruppen multiplizieren zwei Primzahlen zum Public Key, faktorisieren nicht. Testen Sie Verschlüsselung mit Modularexponentiation in einer App oder per Hand.

Begründen Sie, warum der Schutz des privaten Schlüssels so kritisch ist.

Moderationstipp

Bei der Simulation Einwegfunktion bauen: Verwenden Sie einfache Boxen mit Zahlenoperationen, die nur in eine Richtung funktionieren, um das Konzept der Einwegfunktion zu veranschaulichen.

Worauf zu achten ist

Leiten Sie eine kurze Klassendiskussion mit der Frage: 'Was würde passieren, wenn jemand Ihren privaten Schlüssel in die Hände bekäme? Beschreiben Sie die möglichen Folgen für Ihre digitale Identität und Kommunikation.'

• Anwenden
• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Sozialbewusstsein
• Entscheidungsfähigkeit

Aktivität 04

• Lernen durch Lehren
• 40 Min. · Ganze Klasse

Klassennetzwerk: Sichere Chat-Simulation

Richten Sie ein Klassen-Chat-Tool ein, bei dem Schüler Public Keys austauschen. Senden Sie verschlüsselte Nachrichten und versuchen Sie Entschlüsselung mit falschen Keys. Bewerten Sie die Sicherheit kollektiv.

Erklären Sie, wie man sicher kommunizieren kann, ohne vorher einen Schlüssel ausgetauscht zu haben.

Moderationstipp

Beim Klassennetzwerk sichere Chat-Simulation: Lassen Sie Schüler in Kleingruppen einen Chat aufbauen, bei dem nur der Empfänger mit seinem Private Key entschlüsseln kann, um die praktische Anwendung zu verstehen.

Worauf zu achten ist

Geben Sie jedem Schüler eine Karte mit einer der folgenden Fragen: 'Erklären Sie den Unterschied zwischen Public und Private Key.' oder 'Warum ist HTTPS wichtig für das Surfen im Internet?'. Die Schüler schreiben ihre Antwort in 2-3 Sätzen auf die Karte.

• Verstehen
• Anwenden
• Analysieren
• Erschaffen
• Selbststeuerung
• Beziehungsfähigkeit

Einige Hinweise zum Unterrichten dieser Einheit

Erfahrene Lehrkräfte beginnen mit dem Rollenspiel, um das Prinzip von Public und Private Key zu verankern, bevor sie zu technischen Details wie RSA übergehen. Wichtig ist, das Missverständnis zu vermeiden, dass asymmetrische Verschlüsselung einfach nur symmetrische mit zwei Schlüsseln ist. Stattdessen betonen sie die Sicherheit, die durch den fehlenden Schlüsselaustausch entsteht. Visualisierungen wie Schlüsselboxen oder digitale Tools helfen, die Einwegfunktion greifbar zu machen.

Erfolgreiches Lernen zeigt sich darin, dass Schülerinnen und Schüler den Unterschied zwischen Public und Private Key in eigenen Worten erklären können. Sie erkennen die Asymmetrie der Verschlüsselung und können begründen, warum HTTPS den gesamten Datenverkehr schützt. Aktive Experimente belegen, dass sie die theoretischen Grundlagen mit praktischen Anwendungen verknüpfen.

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Vorsicht vor diesen Fehlvorstellungen

• Während des Rollenspiels Schlüsselpaar-Austausch beobachten viele Schüler, dass der Public Key scheinbar Nachrichten entschlüsseln kann.

  Führen Sie eine kurze Reflexion durch und lassen Sie Schüler mit echten Schlüsseln testen: Verschlüsseln Sie eine Nachricht mit dem Public Key und versuchen Sie, sie mit dem gleichen Public Key zu entschlüsseln – die Schüler erkennen sofort, dass nur der Private Key funktioniert.

• Während der Simulation Einwegfunktion bauen vergleichen einige Schüler die asymmetrische Verschlüsselung fälschlich mit symmetrischer.

  Lassen Sie Schüler in der Simulation beide Verfahren testen: Bei symmetrischer Verschlüsselung muss der Schlüssel geteilt werden, was unsicher ist, während der Private Key bei asymmetrischer Verschlüsselung geheim bleibt – die Schüler sehen den Unterschied im Experiment.

• Während der Browser-Inspektion HTTPS prüfen glauben manche, dass HTTPS nur Passwörter schützt.

  Nutzen Sie ein Tool wie Wireshark, um den Datenverkehr mit und ohne HTTPS zu vergleichen: Die Schüler sehen, dass nicht nur Passwörter, sondern alle Daten wie URLs und Inhalte verschlüsselt sind.

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In dieser Übersicht verwendete Methoden

• Rollenspiel
• Lernen durch Lehren
• Planspiel