Kryptographie, KI & IoT: Probe-Klassenarbeit – Informatik Klasse 10

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Bearbeitungszeit45 Minuten

Teil A

Kryptographie & Datensicherheit

24 Punkte

Verschlüsselung, Schlüssel und Passwörter. Empfohlene Zeit: etwa 22 Minuten.

Grundbegriffe

AFB I 4 Punkte

Ordne jedem Begriff die passende Beschreibung zu. 4 P

Geheimtext

Schlüssel

Integrität

Authentizität

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Erwartungshorizont: Geheimtext – unlesbares Ergebnis; Schlüssel – Geheimnis; Integrität – unverändert; Authentizität – echter Absender (je 1 P).

Cäsar und Vigenère

AFB II 5 Punkte

a) Das Wort KLAUSUR wird mit Cäsar k = 3 verschlüsselt. Wende das Verfahren an und wähle den richtigen Geheimtext. 2 P

b) Ein Angreifer probiert alle sinnvollen Cäsar-Schlüssel durch. Gib an, wie viele das sind. 1 P

Anzahl = Schlüssel

c) Berechne, wie viele Schlüssel ein Brute-Force-Angriff auf Vigenère mit einem Schlüsselwort aus genau 3 Buchstaben prüfen muss. 2 P

Anzahl = Schlüsselwörter

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Erwartungshorizont: a) K+3 = N, L+3 = O, A+3 = D, U+3 = X, S+3 = V, U+3 = X, R+3 = U → NODXVXU (2 P). b) 25 sinnvolle Schlüssel (k = 0 verschlüsselt nicht) (1 P). c) 26³ = 17 576 (2 P).

Symmetrisch, asymmetrisch, Hash

AFB I 4 Punkte

Nenne die zutreffenden Aussagen. (4 sind richtig) 4 P

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Erwartungshorizont: AES symmetrisch; Schlüsselpaar bei RSA; Hash nicht umkehrbar; hybrid: Sitzungsschlüssel asymmetrisch (je 1 P; falsche Kreuze heben Treffer auf).

Ein Vertrag für Ben

AFB II 5 Punkte

a) Anna schickt Ben einen Vertrag, den nur Ben lesen soll. Bestimme den Schlüssel, mit dem Anna den Sitzungsschlüssel verschlüsselt. 1 P

b) Mit welchem Schlüssel signiert Anna den Hashwert des Vertrags? 1 P

c) Begründe, warum Anna den Vertrag selbst nicht asymmetrisch, sondern mit AES verschlüsselt. (2 sind richtig) 2 P

d) Eve verändert unterwegs ein Wort im Vertrag. Woran merkt Ben das? 1 P

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Erwartungshorizont: a) Bens öffentlicher Schlüssel (1 P). b) Annas privater Schlüssel (1 P). c) AES schnell; Sitzungsschlüssel asymmetrisch übertragbar (hybrid) (je 1 P). d) Lawineneffekt: Der Hashwert ändert sich, die Signatur passt nicht mehr (1 P).

Die neue Passwortregel

AFB III 6 Punkte

a) Ein Passwort darf aus a–z, A–Z und 0–9 bestehen. Ermittle den Zeichenraum N. 1 P

N = Zeichen

b) Wie viele Passwörter mit genau 8 Zeichen gibt es? Gib die Zahl in Billionen (10¹²) an. 2 P

Möglichkeiten = · 10¹²

c) Ein Angreifer schafft offline 100 Milliarden Versuche pro Sekunde. Wie viele Sekunden braucht er höchstens? (gerundet) 1 P

Dauer = s

d) Beurteile, welche Änderung die Schule vornehmen sollte. (2 sind richtig) 2 P

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Erwartungshorizont: a) 26 + 26 + 10 = 62 (1 P). b) 62⁸ ≈ 218,34 · 10¹² (2 P). c) 218,34 · 10¹² : 10¹¹ ≈ 2 183 s, also gut eine halbe Stunde (1 P). d) Länge schlägt Kompliziertheit; ein zweiter Faktor schützt auch bei geleaktem Passwort (je 1 P; falsche Kreuze heben Treffer auf).

Teil B

Automatisierung, KI & IoT

26 Punkte

Regelung, maschinelles Lernen, Ethik und vernetzte Geräte. Empfohlene Zeit: etwa 23 Minuten.

Bauteile im Smart Home

AFB I 4 Punkte

Welche Rolle hat jedes Bauteil im Smart Home? Wähle passend aus. 4 P

Bewegungsmelder

Motor des Rollladens

Mikrocontroller im Thermostat

WLAN-Router

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Erwartungshorizont: Bewegungsmelder – Sensor; Motor – Aktor; Mikrocontroller – Steuergerät; Router – Gateway (je 1 P).

Licht und Klima

AFB II 5 Punkte

a) Eine Zeitschaltuhr schaltet die Hofbeleuchtung um 18 Uhr ein. Ordne den Vorgang ein. 1 P

b) Eine Klimaanlage misst laufend die Raumtemperatur und kühlt, bis 22 °C erreicht sind. Welcher Begriff passt zu den 22 °C? 1 P

c) Erkläre, was die Klimaanlage zu einer Regelung macht. (3 sind richtig) 3 P

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Erwartungshorizont: a) Steuerung, da keine Rückmeldung (1 P). b) Sollwert (1 P). c) Rückkopplung: Istwert messen, mit Sollwert vergleichen, erneut messen (je 1 P; falsche Kreuze heben Treffer auf).

Ein Modell für Pilze

AFB II 5 Punkte

a) Ein Modell soll essbare und giftige Pilze unterscheiden. Von 50 neuen Pilzfotos ordnet es 46 richtig ein. Werte den Test aus: Wie hoch ist die Trefferquote? 2 P

Trefferquote = %

b) Beim Nächste-Nachbarn-Verfahren mit k = 3 sind die drei nächsten Nachbarn „essbar“, „giftig“, „giftig“. Welche Vorhersage liefert das Modell? 1 P

c) Interpretiere das Ergebnis aus a). (2 sind richtig) 2 P

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Erwartungshorizont: a) 46 : 50 = 0,92 = 92 % (2 P). b) Mehrheit 2 : 1 → giftig (1 P). c) Vorhersage nur Schätzung; Fehler hätten hier schwere Folgen (je 1 P; falsche Kreuze heben Treffer auf).

Der Bewerbungsfilter

AFB III 6 Punkte

a) Eine Firma trainiert einen Bewerbungsfilter mit alten Einstellungsentscheidungen, bei denen Frauen seltener eingestellt wurden. Bewerte die Folgen. (3 sind richtig) 3 P

b) Ein Bewerber wird rein maschinell abgelehnt. Welches Recht hat er? 1 P

c) Nimm Stellung: Was hilft wirklich gegen die Verzerrung? (2 sind richtig) 2 P

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Erwartungshorizont: a) Bias aus alten Daten; Stellvertreter-Merkmal; Hochrisiko mit menschlicher Aufsicht (je 1 P; falsche Kreuze heben Treffer auf). b) Art. 22 DSGVO: Prüfung durch einen Menschen (1 P). c) ausgewogene Daten prüfen; Erklärbarkeit und Aufsicht (je 1 P).

A10

Mix: Das smarte Türschloss

AFB III 6 Punkte

a) Familie Berg kauft ein smartes Türschloss, das per App öffnet. Diskutiere die Risiken und wähle alle zutreffenden Aussagen. (3 sind richtig) 3 P

b) Das Werkspasswort ist eine 4-stellige PIN aus Ziffern. Ein Programm probiert 10 PINs pro Sekunde. Wie viele Sekunden braucht es höchstens? 2 P

Dauer = s

c) Welche Maßnahme schützt auch dann noch, wenn das Passwort geleakt ist? 1 P

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Erwartungshorizont: a) Standardpasswort, Abhängigkeit von der Cloud, fehlende Updates (je 1 P; falsche Kreuze heben Treffer auf). b) 10⁴ : 10 = 1 000 s, also unter 17 Minuten (2 P). c) zweiter Faktor aus anderer Kategorie (1 P).

Ergebnis

Erreicht

0 / 50

Prozent

0 %

Note

—

Aufgabe	Thema	Punkte

Punkteverteilung

Aufgabe	Thema	Teil	AFB	Punkte
A1	Grundbegriffe	Teil A	AFB I	4
A2	Cäsar und Vigenère	Teil A	AFB II	5
A3	Symmetrisch, asymmetrisch, Hash	Teil A	AFB I	4
A4	Ein Vertrag für Ben	Teil A	AFB II	5
A5	Die neue Passwortregel	Teil A	AFB III	6
A6	Bauteile im Smart Home	Teil B	AFB I	4
A7	Licht und Klima	Teil B	AFB II	5
A8	Ein Modell für Pilze	Teil B	AFB II	5
A9	Der Bewerbungsfilter	Teil B	AFB III	6
A10	Mix: Das smarte Türschloss	Teil B	AFB III	6
Summe (AFB I: 12 P · AFB II: 20 P · AFB III: 18 P)				50

Notenschema

Punkte	Note	Beurteilung
46 – 50 P	1	sehr gut
40 – 45 P	2	gut
30 – 39 P	3	befriedigend
22 – 29 P	4	ausreichend
12 – 21 P	5	mangelhaft
0 – 11 P	6	ungenügend