Postankündigung 2

Wir haben vor einiger Zeit eine Reihe von Vorträgen zu verschiedenen Themen gehört. Dazu haben die Gruppen jeweils auch Handouts erstellt, die uns aber, aus welchen Gründen auch immer, bis heute nicht ausgeteilt wurden. Aus diesem Grund finden sich zu diesen Themen auf meinem Blog bisher keine Einträge, die werden aber natürlich folgen, sobald ich die Handouts habe.

SMTP/POP3

Kommunikationsprotokolle 

SMTP ist ein Kommunikationsprotokoll. Dieses Protokoll ist eine Vereinbarung, die die Datenübertragung zwischen mindestens zwei „Parteien“ im digitalen Datenverkehr regelt. Es Handelt sich um eine Art Regelbuch zu entscheidenden Elementen wie:·       Syntax (Reihenfolge)
·       Semantik (Bedeutung)
·       Synchronisation
 Es gibt eine riesige Anzahl an Kommunikationsprotokollen, zu den bekanntesten gehören das Internet Protocol (IP), sowie das Transmission Control Protocol (TCP). Häufig werden, vor allem in Netzwerken, Protokolle mit einander kombiniert, das nennt man dann Protokollstapel. 

SMTP 

SMTP steht für Simple Mail Transfer Protocol und ist ein textbasiertes Kommunikationsprotokoll. Es ist ein zentraler Bestandteil für die Übertragung von E-Mails. Mit SMTP können E-Mails entgegengenommen und weitergeleitet werden. Über SMTP wird eine Kommunikation zwischen einem E-Mail Client und einem SMTP-Server, oder zwischen zwei SMTP-Servern hergestellt. Das endgültige zustellen einer E-Mail ist mit SMTP aber nicht möglich, dafür kommt ein anderes Kommunikationsprotokoll zum Einsatz. 

Ablauf

 Mit SMTP werden wie bereits bekannt, E-Mails vom E-Mail Client, also dem Benutzer, zu einem Ziel-SMTP-Server geleitet. Der Genaue Ablauf beim Verschicken einer E-Mail sieht folgendermaßen aus: Vom E-Mail Client wird die Mail an einen SMTP-Server weitergeleitet. Dieser startet mit den in der E-Mail gegeben Empfängeradresse eine Anfrage an einen DNS-Server, um eine genaue Zieladresse zu bekommen. Sobald die Antwort vom DNS-Server da ist, wird die Mail über eine Zahl von Servern bis zum letztendlichen Ziel-SMTP-Server weitergeleitet. Dort liegt sie nun wie in einem Briefkasten und wartet darauf, durch ein anderes Protokoll abgeholt zu werden. Am Beginn des Prozesses herrscht eine rege Kommunikation zwischen dem E-Mail Client und dem SMTP-Server, da der Client den Server zuerst auffordern muss, seine E-Mail anzunehmen. Diese Kommunikation erfolgt durch drei-stellige Zahlencodes, so steht z.B. 250 für „Server bestätigt“. 

POP3 Ähnlich wie SMTP ist POP3 ein Übertragunsprotokoll. Es ist dafür zuständig, die E-Mails, die zuvor über SMTP bis zum „Briefkasten“ transportiert wurden, an den jeweiligen Empfänger zuzustellen. Der Nachteil von POP3 sind allerdings die stark eingeschränkten Fähigkeiten, so ist es nur möglich, E-Mails abzuholen, aufzulisten und zu löschen. Das alternative Übertragunsprotokoll IMAP biete weitaus mehr Möglichkeiten.  

Vigenère Verschlüsselung

Eine weitere Verschlüsselungstechnik ist die Vigenère Verschlüsselung, benannt nach dem frnzösischen Diplomat Laise de Vigenère. Diese Verschlüsselung ist anders als die Caesar Verschlüsselung keine monoalphabetische, sonder eine polyalphabetische. Das bedeutet, dass die Grundlage der Chiffrierung nicht nur eins, sonder mehrere, in diesem Fall 26 Alphabete sind. Diese Verschlüsselung gilt als deutlich sicherer, ist aber trotzdem nicht unknackbar. Die Grundlage bildet Das Vigenère Quadrat.

Es lässt sich klar erkennen, dass sich jeder Buchstabe aus dem Alphabet einmal zu Beginn einer Zeile befindet. Beim Verschlüsseln geht man nun so vor, dass man jeweils einen original Text und ein beliebig langes Codewort hat. Nun Nimmt man den ersten Buchstaben aus dem original Text und den ersten Buchstaben aus der Code Wort. Man sucht jeweils außen am Vigenère Quadrat die entsprechenden Buchstaben, dort wo sich die Zeile und die Spalte treffen steht der verschlüsselte Buchstabe. An dem Beispielbild sieht man, dass der Buchstabe G mit dem Buchstaben M verschlüsselt wurde, heraus kommt S. Für die nächsten Buchstaben geht man genau so vor. Leerzeichen werden weggelassen. Wichtig ist, dass das Codewort einfach wieder von Vorne beginnt, wenn es kürzer als das Original ist. Dieses muss natürlich auch zum Empfänger gelangen, damit dieser die Nachricht wieder entschlüsseln kann. 

In BlueJ sieht das Prinzip der Verschlüsselung in etwa so aus:

(ORIGINAL (Als ASCII Zahl) - 65) + (Entsprechender CODEBUCHSTABE -65) %26 +65

Das Prinzip ist dem der Caesar Verschlüsselung also sehr ähnlich, trotzdem ist sie um einiges sicherer. In den nächsten Stunden werden wir weiter daran arbeiten, auch die Vigenère Verschlüsselung in BlueJ umzusetzten, der entsprechende Post wird dann folgen.

Ver- und Entschlüsselung mit Caesar

Verschlüsselung von Nachrichten gab es schon zu Zeiten der Römer. Sinn einer Verschlüsselung ist es z.B. geheime Informationen auch beim Übermitteln zu schützen, so dass ein Feind, die originale Nachricht nicht mehr entziffern kann. Auch heut zu Tage spielt Verschlüsselung in der Informatik eine wichtige Rolle. Einerseits werden inzwischen auch wichtige politische und geheimdienstliche Informationen mit Hilfe des Internets übermittelt, andererseits finden vor allem viele Online Bezahlvorgänge statt. In beiden Fällen, ist es wichtig, dass die Informationen nicht ungeschützt in World wide web geschickt werden. Deshalb gibt es eine Vielzahl an Verschlüsselungsmethoden, mit denen wir uns in diesem Semester beschäftigen werden.

Um mit der einfachsten anzufangen, haben als erstes die Caesar Verschlüsselung behandelt. Diese ist eine sogenannte monoalphabetische, symmetrische Verschlüsselung, die schon die Römer benutzten. Diese Chiffrierung ist deshalb so einfach, weil man ganz normal von unserem Alphabet mit 26 Buchstaben ausgeht, dann ein zweites darüber legt und dies um eine gewisse Anzahl verschiebt. So ergibt sich für jeden originalen Buchstaben ein neuer, bei der Verschlüsselung wird einfach jeder Buchstabe mit dem neuen ersetzt. Um die Verschiebung festzulegen, definiert man zuerst einen Schlüssel in Buchstabenform. Dieser Schlüsselbuchstabe gilt dann im neuen Alphabet als A.

Wenn man nun also das Wort HALLO mit dem Schlüssel C verschlüsselt sieht das ganze so aus:


Schlüssel C --> C D E  F G H I  J K L M N O P Q  R S T U V W X Y  Z A B
                          A B C D E F G H I  J  K L M N O P Q R S  T U  V W X Y Z

                                             H --> J   A--> C   L --> N  O --> Q
  
                                                                 = JCNNQ

Es wird schnell klar, warum diese Verschlüsselung so simpel ist. Unsere Aufgabe war es nun, in BlueJ ein Programm zu schreiben, mit dem man beliebige Wörter mit der Caesar Verschlüsselung verschlüsseln kann.

Das Prinzip hinter solch einem Programm ist recht simpel, trotzdem haben wir einige Zeit gebraucht, bis wir es hin bekommen haben. Man braucht Methoden zur Eingabe des Originaltextes, zur Eingabe des Schlüssels, zum Chiffrieren, sowie zur Ausgabe des Verschlüsselten Textes.
Das Prinzip beim Chiffrieren ist sehr einfach: Man nimmt den jeweiligen Buchstaben mit seiner ASCII-Code Zahl, subtrahiert 65 um die normalen Alphabet-Zahlen zu haben (0=A, 25=Z) rechnet dann den jeweiligen Schlüssel dazu und addiert wieder 65. Weil das Alphabet ja nach Z wieder bei A beginnt, muss man sein Ergebnis vor der Addition von 65 durch 26 teilen, der Rest ist dann der verschlüsselte Buchstabe. Die Rechenweise dafür heißt Modulo und wird durch ein Prozentzeichen dargestellt.

Nun zur Programmierung:

Ganz zu Beginn wird die Klasse beschrieben, anschließend werden die Variablen definiert. Dann folgt die erste Methode "setzeOriginal". Mit dieser Methode gibt man den originalen, unverschlüsselten Text als String ein, der automatisch in reine Großbuchstaben umgewandelt wird. 

In der nächsten Methode setzt man nach dem gleichen Prinzip den Schlüssel, allerdings als Einzelbuchstabe, also Char. 

Dannach folgt das gleiche für die Eingabe des Verschlüsselten Textes, denn diesem Programm kann sowahl ver- als auch entschlüsseln.

Die erste Methode hier zeigt den verschlüsselten Text an, darauf folgende den entschlüsselten. 

Die dritte Methode funktioniert ähnlich wie die letze, die beiden sind zum umwandeln der Buchstaben jeweils von original zu verschlüsselt und andersrum da. Dabei wird genau so vorgegangen, wie ich es oben bereits beschrieben habe.

Mit diesen zwei Methoden werden mit Hilfe von Schleifen jeweils die ganze Worte chiffriert bzw dechiffriert. Buchstabe für Buchstabe wird mit der Methode aus dem vorherigen Bild "umgewandelt" und dann wieder an das Wort gehängt.

Will man nun mit diesem Programm einen Text verschlüsseln:

1. gibt man seinen Text mit der Methode setzeOriginal ein

2. setzt dann den Schlüssel mit der Methode setzeSchlüssel

3. chiffiert anschließend mit der Methode chiffriere

4. und lässt sich zuletzt den verschlüsselten Text mit der Methode gibVerschluesseltes anzeigen.

Eine Nachricht in Computersprache

In den letzten Stunden haben wir uns in verschiedenen Gruppen mit Themen wie Bits, Bytes, ASCII und Binär-Code beschäftigt und sollten dann schlussendlich die Nachricht "HAPPY EASTER 1234" so umwandeln, wie sie ein Computer verschicken würde. Dazu ist ein generelles Verständnis der oben genannten Themen die Voraussetzung, genauere Beschreibungen gibt es jetzt in meinem Glossar.

Ein Computer übermittelt alle denkbaren Befehle mit Hilfe des Binärcodes, in dem es die Zahlen 0 und 1 gibt. Möchte man nun eine Textnachricht wie den Beispielsatz in Binär-Code umwandeln, sind einige Schritte nötig.

Zuerst braucht man den sogenannten ASCII Code, in dem für jeden Buchstaben und sämtliche Sonderzeichen eine Dezimalzahl steht.

Am Beispiel des Buchstaben A werde ich kurz erklären, wie die gesamte Umwandlung funktioniert:

1. Dezimalzahl zu gewünschtem Zeichen im ASCII Code suchen: A=65

2. Dezimalzahl in Hexadezimalzahl umrechnen:             65:16= 4 Rest 1

                                                                                           4:16= 0 Rest 4

                                                                                 

                                                                                       Rest zusammenschreiben: 41

                                                                                       65 in Hexadezimal=41

3. Hexadezimalzahl in Binärcode umrechnen:             4 = 0100   1 = 0001     = 01000001

Der Buchstabe A ist in Binärcode dargestellt also 01000001. So macht man es mit jedem anderen Buchstaben und Satzzeichen auch. Man kann rein theoretisch bei niedrigen Dezimalzahlen auch die Umrechnung in eine Hexadezimalzahl weglassen und versuchen sie direkt in Binärcode darzustellen, einfacher ist es aber wie beschrieben. Natürlich sind Nachrichten in der Binärschreibweise für uns deutlich länger, für den Computer ist das Umgehen mit lediglich zwei Zahlen aber wesentlich einfacher. Der Satz: "Informatik macht Spaß !" lautet in Binärcode: 

01010110011011110110110001101100001000000110010001110010011000010111010101100110001000000111001001100101011010010110111001100111011001010110011001100001011011000110110001100101011011100000000000101100001000000111001001101001011000110110100001110100011010010110011101100101001000000100110011110110011100110111010101101110011001110010000001100111011000010110111001111010001000000111010101101110011101000110010101101110001000000011101100101001

PS:

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Post Ankündigung

Mein Post zu den Schülervorträgen und den Protokollen, sowie zu Bits, Bytes, ASCII, Binär usw. kommt leider erst spätestens Donnerstag Nachmittag. Das liegt daran, dass wir bis jetzt noch keine Handouts zu den Schülervorträgen bekommen haben und ich nicht alles aus dem Kopf weiß. Bits, Bytes, ASCII usw. ist gerade in Arbeit, weil wir erst heute Ergebnisse verglichen haben.

Netzwerke mit Filius

Wie bereits im letzten Post erwähnt, haben wir begonnen, mit dem Programm Filius zu arbeiten. Nach dem ich im letzten Post die Grundlagen erklärt habe möchte ich nun einmal den gesamten Prozess vorführen, den man durchläuft, wenn man mehr oder weniger jedes Feature in Filius benutzt. 

Im letzten Post war ein Bild zu sehen, auf dem zwei Rechner mit einem Kabel direkt verbunden waren. Um weiter arbeiten zu können, muss man diese Verbindung zunächst einmal wieder löschen und einen sogenannten Switch zu den Rechner ziehen. Dieser Switch erlaubt es einem, mehr als zwei Rechner mit einander zu verbinden. An diesen Switch kann man nun per Kabel beliebig viele Rechner anschließen, bei einem Ping-Test wird deutlich, dass die Verbindung zwischen den einzelnen Rechnern nach wie vor funktioniert

Um nun ein zweites Netzwerk zu simulieren, erstellt man zuerst genau das gleiche wie oben beschrieben noch einmal. Hierbei ist wichtig, dass die IP-Adresse des zweiten Netzwerks eine andere vor letzte Ziffer hat. Wenn also das erste Netzwerk wie in meinem Beispiel die IP-Adresse 192.168.0.1X hat, bietet es sich an, dem zweiten die IP 192.168.1.1X zuzuweisen. Nun hat man zwei eigenständige Netzwerke, die allerdings noch nicht miteinander in Verbindung stehen. Das erreicht man durch einen sogenannten Vermittlungsrechner, auch Router genannt. Diesen platziert man zwischen die beiden Netzwerke und stellt durch Kabel jeweils eine Verbindung zu den Switches her. 

Zwei einzelne Netzwerke miteinander verbunden

Nun gilt es, am Router selber zu überprüfen, ob auf die IP-Adressen der beiden Netzwerke richtig eingegeben sind. Zuletzt muss nun bei jedem einzelnen Rechner ein sogenannter Gateway eingegeben werden, der sicher stellt, dass eine Nachricht auch weiß wo sie hin muss, sobald sie das Netzwerk verlässt. Dieser Gateway ist die IP-Adresse des jeweiligen Netzwerkes, jedoch mit lediglich einen Stelle hinter dem letzten Punkt, so z.B. 192.168.0.1 für das erste Netzwerk. 

Hat man all das erledigt sollten die beiden Netzwerke nun Verbunden sein. Man kann dies wie immer über ein kurzes an-pingen überprüfen. 

Website

Der nächste Schritt ist es, auf einem Server eine eigene Internet Seite zu erstellen, die im Anschluss von überall zugänglich sein soll. Dazu sollte man idealerweise einen Server hinzufügen. Darauf muss man einen Texteditor und ein Server Programm installieren. Es liegt bereits eine Vorlage für eine Internetseite im HTML Format vor, diese kann man ganz einfach verändern und somit personalisieren. Anschließend speichert man sie unter Index.html ab und starten den Web-Server.

Nun muss man noch auf einem beliebigen Rechner im Netzwerk den Webbrowser installieren. Man startet diesen und gibt in die Adresszeile die IP-Adresse des Servers ein, auf dem die Website gespeichert wurde, und schon befindet man sich auf der Website.

Meine Bespielseite, auf der man Drogen kaufen kann, verfügt auch über eine Weiterleitung zur Produktauswahl

Um das ganze noch etwas angenehmer zu gestalten, kann man jetzt noch einen DNS-Server hinzufügen. Diesen verbindet man, wie es auf dem Bild zu sehen ist, direkt mit dem Verbindungsrechner. Nun installiert man das Programm DNS-Server und fügt für die IP-Adresse des Servers mit der Website eine entsprechende Internetadresse hinzu, die man sich frei ausdenken kann. Ab jetzt kann die Internetseite auch über diese Adresse erreicht werden, die man sich natürlich deutlich leichter merken kann als eine unübersichtliche IP-Adresse. Außerdem simuliert Filius dieses Feature natürlich, weil auch im echten Internet den verschiedenen IP-Adressen der Webseiten Namen zugeordnet sind, die beim DNS-Server abgefragt werden können.

                              

Neben einer Website, ist es in Filius auch möglich Mailverkehr zu simulieren. Da ich bis jetzt, selbst nach mehrmaligem ausprobieren, am Ende immer Fehlermeldungen bekommen habe, kann ich dies leider hier noch nicht vorstellen.

Wie man sieht, simuliert Filius echte Netzwerke ziemlich gut auf eine stark vereinfachte Weise. Es werden aber trotzdem alle wichtigen Punkte abgedeckt, so war der Einstieg in unsere neues Thema Netzwerke sehr einfach und intuitiv gewesen.