CryptoScratch：基于积木式编程工具扩展 Scratch 以开展 K-12 密码学教育开发与评估
密码学与安全
2023-03-10 v1
摘要
本文介绍了一个称为 CryptoScratch 的新框架的设计、实现与评估，该框架将现代密码算法（如 AES、RSA、SHA-256）实现为可视化积木块，从而扩展 Scratch 编程环境。利用 CryptoScratch 的简洁界面，K-12 学生可学习如何将密码算法用于机密性、认证和完整性保护等服务；随后使用这些积木构建复杂的现代密码方案（如 Pretty Good Privacy、数字签名）。此外，我们提出并实现了一种任务积木（Task Block），为学生提供各类密码学问题的指导并验证其已成功完成问题。该任务积木还生成反馈，引导学生为密码学问题实现更安全的解决方案。我们针对 16 名中学生开展了初步可用性研究，先向学生讲授基础密码概念，再要求利用这些概念完成任务。在掌握多种基础密码算法后，要求学生运用这些算法实现如 Pretty Good Privacy 和数字签名等复杂密码方案。借助 Scratch 中密码积木与任务积木的成功实现，初步测试表明约 60% 的学生能快速掌握并利用 CryptoScratch 实现复杂密码概念，而约 90% 的学生对密码概念与用例表现出熟悉。基于初步测试的积极结果，正在开展更大规模的学生研究，以考察其在不同社会经济群体中的有效性。
引用
@article{arxiv.2302.11606,
title = {CryptoScratch: Developing and evaluating a block-based programming tool for teaching K-12 cryptography education using Scratch},
author = {Nathan Percival and Pranathi Rayavaram and Sashank Narain and Claire Seungeun Lee},
journal= {arXiv preprint arXiv:2302.11606},
year = {2023}
}