Die Thematik ist komplex und die Zeitreserven der Studenten ändern sich im Laufe des Semesters.52 Der Ablaufplan der Lehrveranstaltung wird in zwei Phasen ge-gliedert: Vorlesungen und Projektarbeit. Für Veranstaltung stehen 16 Wochen zur Verfügung. Es wird davon abgesehen, Projektarbeit und Vorlesungen parallel laufen zu lassen, da so kompaktere Arbeitszeiten implementierbar sind.
3.2.1 Vorlesungen
Die Vorlesungen nden zu Beginn des Semesters statt. Insgesamt wurden vier Vorle-sungen à zwei Stunden gehalten. Die VorleVorle-sungen geben den Studenten einen Über-blick über die wichtigsten Verschlüsselungsverfahren vom Altertum bis in die Moder-ne. Die Veranstaltung wird dabei thematisch in sieben Teilabschnitte gegliedert. Die Details zu jeder Veranstaltung können dem Foliensatz entnommen werden [Brä06b].
51Die Grak wurde dem Vorlesungsskript von Professor von Schubert für Personalwirtschaft von Seite 63 entnommen.
52siehe Abschnitt 1.3 auf Seite 15
Die Mathematik wird anhand der Beispiele nach und nach erläutert. Alle Materialien bis auf den Quellcode des Kryptographiespielplatz sind online verfügbar.
Aufbau der Vorlesungsveranstaltungen:
1. Veranstaltung:
Inhalt: Einleitung, Steganographie, Tauschalgorithmen, monoalphabetische Chiren
Mathematik: Mengenlehre, Abbildungen, Abbildungsvorschriften, binäre Zahlen, weitere Zahlensysteme
Materialien: Foliensatz, Kryptographiespielplatz Hausaufgaben: Rätselserie 1, Selbststudium
2. Veranstaltung
Inhalt: Einstieg in die Kryptoanalyse, polyalphabetische Chiren bis Brechen der
Vigenére-Chire/Friedman-Test
Mathematik: Häugkeitsanalyse, Verteilungsfunktionen, Primzahlen, Teilerfremde, A-Priori-Regeln, Schlüsselräume,
Modulo-Rechenoperator, Koinzidenz
Materialien: Foliensatz, Kryptographiespielplatz, CrypTool, MS-Excel-Beispiel Bigrammanalyse
Hausaufgaben: Rätselserie 2, Selbststudium 3. Veranstaltung
Inhalt: Prinzipien der Kryptographie, Kryptoanalyseverfahren, Koniktfeld Kryptographie/Kryptoanalyse, Enigma und andere Rotormaschinen, Digraph-Chiren Mathematik: Univariate und multivariate Datenanalyse Materialien: Foliensatz, Kryptographiespielplatz, CrypTool Hausaufgaben: Rätselserie 3, Selbststudium
4. Veranstaltung
Inhalt: Moderne Verfahren, Hash- und Einwegfunktionen, Hill-Verfahren, Feistelnetze, S-Box-Design, DES / AES, RSA
Mathematik: Modulo, algebraische Strukturen (Ringe, Körper, ...), Rechenoperationen mit sehr groÿen Zahlen,
Matrixinversion
Materialien: Foliensatz, MS-Excel-Beispiele für Hill und RSA Hausaufgaben: Projektinteresse und -partner bestimmen,
Selbststudium
3.2.2 Projektarbeit
3.2.2.1 Anforderungen an die Projekte
Das Ziel ist, den vorliegenden Kryptographiespielplatz mit den Ergebnissen der Pro-jektarbeiten auszubauen. Der Kryptographiespielplatz ist so konzipiert, dass zu je-dem Algorithmus eine Beschreibung mit historischem Hintergrund und gegebenen-falls eine anschauliche Abhandlung zu den theoretischen und mathematischen Hin-tergründen vorliegt. Alle genannten Elemente haben den Anspruch, leicht verständ-lich zu sein. Die implementierten Projekte sind in solch einer Form zu erstellen, dass die Algorithmen mit geringem Aufwand in den Kryptographiespielplatz übernom-men werden können. Zu diesem Zweck wurde ein einfaches Entwickler-Framework mit den notwendigen Schnittstellen erstellt und an die Projektgruppen ausgegeben.
Der wissenschaftliche Anspruch an die Projekte wird durch die Erstellung einer Hausarbeit gewährleistet. Von jeder Projektgruppe ist eine Projektdokumentation zum gewählten Thema als Bestandteil der Hausarbeit einzureichen. In regelmäÿigen Abständen soll das Projekttagebuch in StudIP aktualisiert werden, um den Fort-schritt verfolgen zu können. Es ist dabei wünschenswert, dass zusätzlich Zwischen-stände veröentlicht werden, damit die Projektgruppen vom jeweiligen Wissenszu-wachs protieren können. Es soll keine Konkurrenzsituation entstehen, sondern ein oener Wissensaustausch initiiert werden.
Im Rahmen der Projektarbeit ist von jeder Gruppe eines der vorbereiteten Projek-te zu wählen. Die ProjekProjek-te sind (Tabelle 3.2 auf der nächsProjek-ten SeiProjek-te) grob gemäÿ Schwierigkeitsgrad und Umfang eingestuft:
Projekt Beschreibung Schwierigkeit Umfang 1 Analysetool des
Kryptographiespielplatzes erweitern *** ***
2 Binärkodierungen (CCITT-2, ASCII.
Binomialkodierungen, UUE, ...) * ***
3 Spaltentauschchire (das Verfahren aus Rätselserie 1 Aufgabe 3 und mindestens eine Variante, z.B.
8 Homophone Chire Pollux ** *
9 erweiterte Vigenérechiren (Gronsfeld,
Larrabee, ...) ** **
10 einfache Rotormaschine aus der
Vorlesung *** *
11 Enigma M3 *** **
12 Recherche zu europäischen Alphabeten
(Verwandschaft, Kennzahlen) * ***
13 Hill-Chire (mindestens
2x2-Schlüsselmatrix, Betrachtung zu den Schlüsselräumen)
*** *
14 RSA (eine einfache Demo für den Gebrauch im Kryptographiespielplatz, Betrachtung zu sehr groÿen Integer)
*** **
Tabelle 3.2: Projekte der Kryptographie-Veranstaltung
3.2.2.2 Ablauf der Projektphase
In der ersten Woche werden zunächst die Projekte aus der Tabelle 3.2 ausgewählt und Projektteams gebildet. Die Studenten werden anhand der Projektteamleistung bewertet. Individualleistungen können nicht kontrolliert werden und werden daher auch nicht berücksichtigt.
Danach wird eine Reihe von Einweisungen vorgenommen. Hierzu zählen:
eine Einweisung in PHP5: Das Softwareprojekt ist in PHP5 umgesetzt und als Webanwendung ausgelegt,
eine Einweisung in die verwendete Middlewarestruktur (Apache, PHP5, MyS-QL),
einige Programmbeispiele zu Datenverwaltung, Datenstrukturen, Dateizugrif-fe, Rechnen, Ausgabe, Datenübergabe, Objektorientierung unter PHP5, eine LATEX-Einweisung für diejenigen, die dies wünschen.
Weiterhin werden einige Hilfmittel ausgegeben:
ein vorbereitetes Serverpaket namens phpDev53, welches einen vorkongurier-ten Apache-Webserver mit PHP5 und MySQL-Server enthält,
ein Entwickler-Framework (eine einfache Oberäche mit allen Schnittstellen, in das nur noch der jeweilige Algorithmus zum Ver-/Entschlüsseln eingefügt werden muss),
die Algorithmen-Bibliotheken mit dem Hinweis, diese, soweit gegeben, zu ver-wenden.
In der zweiten Woche ist ein Pichtenheft gemäÿ [Bal99, S.464] durch die einzelnen Projektteams zu erstellen und einzureichen. Hierbei ist es den Projektteams möglich, Einuss auf die Aufgabenstellung zu nehmen. Da die Pichtenhefte eine verbindli-che Selbstverpichtung darstellen, werden sie zur Bewertung des Projektergebnisses herangezogen.
Die folgenden sechs Wochen stehen zur Ausführung des Projektes zur Verfügung. Es werden mehrere Sprechzeiten für Projektkonsultationen angeboten, die aber nicht in Anspruch genommen werden müssen. Verbindlich ist jedoch die Erstellung eines Projekttagebuches und die Anfertigung von zwei Zwischenberichten. Diese müssen im StudIP hinterlegt werden. Die Projekttagebücher dienen hierbei der Selbstkon-trolle der Projektteams und als Feedback für den Lehrenden. Das Veröentlichen der Berichte und Tagebücher soll den Austausch zwischen den Teams fördern.
3.2.2.3 Projektdokumentation
Die Projekttagebücher sind zusammen mit den Projektdokumentationen abzugeben.
Es soll nachvollziehbar sein, wie die Projektteams vorgegangen sind und ob sie dabei Dritte zur Unterstützung herangezogen haben. Fremdleistungen müssen daher do-kumentiert werden. Codesharing und Ideenaustausch sind ausdrücklich erwünscht, müssen aber angezeigt werden. Es ist für die Bewertung unerheblich, zu welchem Anteil die Implementierung in Eigenleistung erstellt wurde.
53phpDev-Webseite, http://www.mbraetz.de/home/index.php?topic=top_phpdev, (01.04.2007)
Die Projektdokumentation besteht aus:
der Aufgabenanalyse und der Darstellung der Rechercheergebnisse, dem Pichtenheft,
dem Projekttagebuch,
und der Programmdokumentation (z.B. Datenussdiagramm, Schnittstellen-beschreibung, Funktionsbeschreibung)
3.2.2.4 Projektabgabe
Nach Ablauf der sechs Wochen sind die fertigen Projekte beim Lehrenden einzurei-chen und zusammen mit der Projektdokumentation in der Veranstaltung im StudIP zu hinterlegen. Dieser Termin ist für alle Projektteams verbindlich. Bei Projekten, die nicht rechtzeitig abgegeben werden, gilt die Leistung als nicht erbracht und das Fach als nicht bestanden.
3.2.2.5 Projektpräsentationen
Etwa zwei Wochen nach Abgabe aller Projekte nden die Projektverteidigungen statt. Zu diesem Termin sind alle Projektteams anwesend und stellen die Ergebnisse ihrer Recherche und ihre Projektarbeiten vor. Es ist ein Vortrag mit einer Dauer von 20 Minuten zu gestalten. Dieser soll Folgendes umfassen:
Aufgabenstellung,
geschichtlicher Hintergrund, Algorithmen,
Implementierung, Vorführung,
anschlieÿende Diskussion von Erkenntnissen.
Die Teams können ein Plakat entwerfen, welches das Projekt illustriert.