c’t Dossier: Unsere liebsten Aprilscherze

Wir haben in der Redaktion gefragt, welcher Aprilscherz aus den ersten 30 Jahren der c't am besten gefallen hat und die Favoriten gesammelt. Sie decken die gesamte Zeitspanne ab und behandeln neben Uralt-Prozessoren hochaktuelle Überlegungen zu sozialen Netzwerken. In diesem E-Book sollen sie nun auch Neugier machen, auf das was die Leser in den kommenden Jahren erwartet. So leicht werden sie dann aber nicht mehr zu erkennen sein.

Impressum

c’t Dossier: Unsere liebsten Aprilscherze
Heise Zeitschriften Verlag
Chefredakteur: Detlef Grell
Konzeption: Martin Holland
Redaktion: Harald Bögeholz, Gerald Himmelein, Martin Holland, Andreas Meyer, Anders Skämt, Volker Trumpf, Christof Windeck, Dr. Volker Zota

ISBN

Copyright © 2013 Heise Zeitschriften Verlag GmbH & Co KG, Hannover

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Heise Zeitschriften Verlag GmbH & Co. KG
Karl-Wiechert-Allee 10
30625 Hannover

c't 1989, Heft 4

Andreas Meyer

Chip Secrets

Nichtdokumentierter Befehl der 80x86-Prozessoren aufgedeckt

Diejenigen, die noch mit 6502 und Z80 groß geworden sind, werden sie noch kennen: die 'verbotenen' Opcodes, die in keinem Handbuch zu finden waren, aber trotzdem reproduzierbare Ergebnisse lieferten. Waren nichtdokumentierte Befehle bei den Achtbittern noch eher ein Zufallsprodukt der dort verwendeten Random-Gatter-Logik, schienen sie durch die Mikroprogramm-Architektur moderner Prozessoren so gut wie ausgestorben. Nach aktuellen Untersuchungen gibt es sie aber wieder - freilich mit anders gelagerter Intention...

Das Steuer- und Rechenwerk der ersten kommerziell genutzten Mikroprozessoren, wie dem 8080, dem Z80 oder dem 6502, wurde noch mit einer Unzahl Gatterfunktionen in kombinatorischer Logik aufgebaut, der sogenannten random logic. Das englische Adjektiv 'random' bedeutet nicht nur 'zufällig' (Prozessoren mit Random-Logik funktionierten damit ja ganz tadellos), sondern sollte hier eher mit 'wahllos, aufs Geratewohl, blindlings' übersetzt werden. Kennzeichnend für eine Random-Logik ist ihre irreguläre, komplizierte Struktur und ihr großer Platzbedarf, aber auch ihre Schnelligkeit, die praktisch nur von der Gatterlaufzeit abhängt. So realisierte der Entwickler Chuck Peddle praktisch jeden Maschinenbefehl des 6502 durch eine eigene Gatterschaltung. Um Gatter zu sparen, wurden deren Logik-Terme so weit wie möglich minimiert.

Abfallprodukt

Dies führte zu dem anfangs kaum beachteten Effekt, daß der Prozessor auch Bytes als Befehle interpretierte, die im Manual gar nicht verzeichnet waren, beispielsweise Kombinationen von Lade- und Sprungbefehlen. Verschiedene Software-Entwickler kannten diese Nebeneffekte und nutzten sie in Programmen, um sie kompakter zu machen oder das Entschlüsseln mittels Disassembler zu erschweren. Wer dann einen überarbeiteten CMOS-Prozessor mit Mikrokodierung in den Rechner steckte, wunderte sich oft darüber, daß nun solch 'unsaubere' Software den Dienst verweigerte oder unmotiviert abschmierte.

Moderne Prozessoren behandeln Opcodes, die nicht dokumentiert und damit nicht implementiert sind, als 'Illegal Opcode Exception' oder ignorieren sie einfach. Oder besser gesagt: sie sollten – denn wie aus gut unterrichteten Kreisen verlautete, scheinen auf Drängen der Software-Lobby bei neueren Prozessoren der Intel-80x86- Serie einige interessante Features dem normalsterblichen Anwender und Programmierer absichtlich vorenthalten worden zu sein. Den uns vorliegenden Informationen ist zu entnehmen, daß die hier enthüllten Eigenschaften mit den Maskenrevisionen Mitte 1987 eingeführt worden sind. Ob auch die NEC-Chips der V-Reihe davon betroffen sind, konnten wir noch nicht in Erfahrung bringen; wegen der sonst zu befürchtenden Inkompatibilität ist dies aber anzunehmen.

Verschleierungstaktik

Der Grund für dieses beabsichtigte Informationsdefizit mag in der (nicht unbegründeten) Angst vor der Softwarepiraterie liegen; allerdings macht man sich hier weniger um die nie auszurottenden Kopierer aus Leidenschaft, sondern vielmehr um den Ideen- und Know-how-Klau Gedanken. Wer heute leidlich mit einem Dis- oder Reassembler umgehen kann und etwas Geduld und detektivischen Scharfsinn mitbringt, kann praktisch jede mit konventionellen Mitteln geschützte Software knacken und ihre Funktion und Wirkungweise verstehen lernen.

Was passiert aber, wenn der Disassembler oder Tracer auf einen Befehl stößt, den der Prozessor zwar ausführen kann, der aber weder im Datenblatt noch sonstwo erwähnt ist? Solche Bytes werden üblicherweise als Daten interpretiert oder bekommen die Kennzeichnung 'illegal Opcode'. Die Funktionsweise einer Routine läßt sich mit wenigen solchen Befehlen völlig verschleiern, vor allem, wenn der im folgenden vorgestellte besonders raffinierte Vertreter dieser Spezies verwendet wird.

Opcode rückwärts

Gemeint ist der 80x86-Befehl JMPR SHORT mit dem Opcode F1h xx, ein unbedingter Sprung mit dem Offset xx. Im Gegensatz zu seinem dokumentierten 'Kollegen' JMP SHORT (EBh xx) wird das PC-Register (program counter) ab der Zieladresse PC ± xx nicht mehr inkrementiert, sondern dekrementiert(!), die Opcodes werden demzufolge in absteigender Reihenfolge (rückwärts) abgearbeitet. Trifft der Prozessor jetzt erneut auf einen JMPR SHORT (nun logischerweise mit dem Opcode xx Flh), wird die Abarbeitungsrichtung wieder umgekehrt und an der Zieladresse PC ± xx normal fortgesetzt.

Eine Besonderheit ist dabei das AX-Register. Hier wird bei jedem JMPR die Maskenversion (Stepping und Revision) der CPU eingetragen, wie man sie bislang nur beim 80386 unmittelbar nach einem Reset erhielt. Mit dem JMPR-Befehl kann sich nun jede Software über die aktuelle CPU-Version Klarheit verschaffen.

Die neueste MASM-Version 5.1.4 von Microsoft soll diesen Befehl bereits implementiert haben. Der Reverse-Modus wurde allerdings aus verständlichen Gründen nicht im Handbuch erwähnt und ist normalerweise abgeschaltet; Sie können ihn aber mit der Option 'MASM / rv' verfügbar machen. Die genaue Befehlssyntax lautet:

JMPR SHORT < label >

Wenn Sie nur eine frühere MASM-Version besitzen, können Sie mit dem hier abgedruckten Programm nachprüfen, ob in Ihrem Rechner ein JMPR-fähiger Prozessor werkelt. Es benutzt anstelle des JMPR-Befehls DefByte-Pseudo-Opcodes, die auch mit MASM 4.0 assembliert werden können:

masm f1_test;

link f1_test;

Exe2bin f1_test, f1_test.com

Nach dem Assemblieren und Linken können Sie das Programm mit f1_test aufrufen. Es sollte nun eine Meldung erscheinen, ob die bei Ihnen installierte Prozessorversion den JMPR-Befehl richtig interpretiert.

(cm, st)

Dieses kurze Testprogramm überprüft den Prozessor auf seine F1-Tauglichkeit und gibt das Datum der Maskenrevision aus. Probieren Sie mal, es mit einem Debugger zu 'tracen' - der landet immer im Fehlerweg...

c't 1994, Heft 4

Anders Skämt

Muntere Matten

Dreizehn Maus-Pads im Vergleich

Alle möglichen Peripheriegeräte wurden immer wieder in c't und anderswo ausgiebig getestet, nur eines blieb bislang völlig zu Unrecht außen vor: das Maus-Pad. Entscheidet doch dieses wichtige Utensil maßgeblich mit über Wohl und Wehe von GUIs und CAD-Systemen. c't hat wesentliche Vertreter dieser rechnerübergreifenden Nutzgattung auf ihre ergonomischen, ökologischen und phänomenomorphen Eigenschaften hin einem kritischen Vergleich unterworfen.

Unterthema: Mausmatten-Chemie
Unterthema: Maus-Pad-Substanzen
Unterthema: Ergebnisse

Angeregt von Ergonomiestudien aus Schweden [1], haben die EG-Behörden in Brüssel einen länderübergreifenden Normentwurf ausgearbeitet, der in Deutschland in DIN EN010494 aufgenommen wurde. Wie EG-üblich, beschränkt sich die Norm aber auf eher oberflächliche Faktoren wie die wichtigen Reibungskoeffizienten für Tischhaftreibung µHT und Mauskugelgleitreibung µGLM, die Abmessungen sowie den Klickdämpfungsfaktor kG.

Aus gutem Grunde geht c't darüber hinaus auch auf wichtige ökologische und ästhetische Faktoren ein (Recycling, Brennbarkeit, giftige Emissionen, Abnutzung et cetera). Doch zunächst ein paar Worte zu den DIN-gerechten Meßverfahren.

Reibung und Rauhigkeit

Klar, daß die Arbeitsfreude getrübt wird, wenn man die Maus bewegt und statt der gewünschten Reaktion auf dem Bildschirm nur eine Verschiebung des Maus-Pads bewirkt: die Tischhaftreibung hat versagt. Das ist natürlich insbesondere dann dramatisch, wenn schnelle Reaktionen vonnöten sind, zum Beispiel, wenn sich irgendein abzuschießendes Monster in böser Absicht dem nun wehrlosen User unerbittlich nähert.

Der Haftreibungskoeffizient zwischen Pad-Unterseite und Tisch sollte also möglichst groß sein, um ein Verrutschen zu vermeiden, aber nicht so groß, daß sich das Pad überhaupt nicht mehr vom Tisch lösen läßt.

Ähnlich destruktiv wirkt es sich aus, wenn die Pad-Oberfläche zu glatt ist, die Mauskugel also ins Rutschen kommt, was gerade bei hektischen Bewegungen leicht der Fall sein kann (schleudertraumatischer Effekt). Andererseits darf die Oberfläche auch nicht zu rauh sein, da sonst die Maus holpert und Ungenauigkeiten in der Positionierung auftreten. Zudem wird bei sehr hohen Roll- und Gleitreibungswerten die Maus unerträglich schwergängig und der Abrieb hoch. Auch die mitgleitende Hand empfindet zu hohe Rauhigkeit als unangenehm.

Für die Oberflächenqualität eines Pads sind insgesamt drei Werte entscheidend: Haft- und Gleitreibungskoeffizient sowie die Rauhigkeit; die schwierig zu messende Rollreibung kann man vernachlässigen, jedenfalls wenn die Pads nicht gerade sandpapierähnliche Struktur haben. Aus diesen Werten lassen sich alle weiteren charakteristischen Werte ableiten, etwa der mittlere Schlupfkoeffizient.

Die Reibungswerte sind zudem auch abhängig von den Oberflächeneigenschaften von Mauskugel und Gleitflächen. Hierzu hat DIN EN eine Normmauskugel von 28,35 g Gewicht, 1,27 cm Radius und spezieller Polyäthylenoberfläche spezifiziert.

Die Haftreibung wird nach klassischer physikalischer Methode über den Winkel einer schiefen Schreibtischebene gemessen, bei welcher sich das Pad unter Eigengewicht gerade in Bewegung setzt. Auf ähnliche Weise läßt sich auch die Gleitreibung bestimmen.

Die Rauhigkeit ist demgegenüber wesentlich aufwendiger zu messen. Unter Mithilfe des Instituts für Meßtechnik im Maschinenbau der Universität Hannover haben wir mit dem optischen Präzisions-Rauhigkeitsmeßgerät RM600 der Firma Rodenstock die Oberfläche der Probanden abgetastet. Als Maß wird die mittlere Rauhtiefe nach DIN 4768 bestimmt. Praxistests, die in obige Pad-Norm eingeflossen sind, ergaben ein Optimum von 10 bis 20 µm.

Klickdämpfung

Ein oft unterschätzter Faktor in der Pad-Qualität ist die Klickdämpfung der Matten. Schließlich ist es für die Ergonomie (und den Klick-Lärm) wichtig, wie elastisch Mausklicks abgefedert werden. Zur Messung wird aus 1 m Höhe eine Normmauskugel auf das Pad fallengelassen und die Pad-Reaktion mit einem Beschleunigungsaufnehmer über die Zeit vermessen. Man bekommt dann eine Kurve geliefert, die ähnlich der eines Seismographen bei einem Erdstoß das Beben und das Nachschwingverhalten wiedergibt.

Den Dämpfungsfaktor auf der nach oben offenen Klickskala erhält man aus dem Verhältnis der maximalen Elongation zu einem normierten Vergleichsausschlag. Das nebenstehende Bild zeigt ein Pad (Genius) mit kaum vorhandener Dämpfungsqualität (Faktor 0,14).

Größe

Für die Praxis ist natürlich auch die Maus-Pad-Größe von Bedeutung. Wohl jeder hatte schon das Problem, daß die Maus ausgerechnet dann am Mattenrand angelangt ist, wenn man unbedingt den Scrollbar noch weiter ziehen will. Dieser arbeitshemmende Mißstand tritt bei kleineren Pads öfter auf; andererseits haben sich Riesen-Pads als recht unpraktisch erwiesen, weil sie dann eh nur als Unterlage für diverse Kaffeetassen, Zeitschriften und andere Maus-Hindernisse dienen.

Ein dreidimensionaler Plot gibt Aufschluß über die Mikro-Struktur der Oberfläche und die Rauhtiefe nach DIN 4768 (hier das Meßergebnis des Pads der Firma Hirsch).

Die seismographische Messung der Klickdämpfung (hier das fast ungedämpfte Genius-Pad)

Mit einem optischem Rauhigkeitsmeßgerät fühlten wir den Pads auf den Zahn.

Außerdem haben statistische Analysen von Brown, Murphy et al. nachgewiesen, daß weitgehend unabhängig von der Pad-Größe die Zahl der Randwertprobleme proportional zur Relevanz der Mausereignisse ansteigt.

Genauere wissenschaftliche Aussagen über die optimale Pad-Größe fehlen derzeit noch, neben den persönlichen Gepflogenheiten fließt hier auch die verwendete grafische Oberfläche, die Bildschirmgröße und nichtlineares Verhalten des Maustreibers ein. DIN hält sich an den `goldenen Schnitt´ und erlaubt einen Bereich zwischen dem Mini-Pad (A5) von 20,9 × 14,8 und dem Maxi-Pad von 29,7 × 20,9 cm (A4). Bis auf ATI haben sich alle Hersteller an diese Normvorgaben gehalten.

Ökologie

Die ökologischen Aspekte der getesteten Pads liegen leider noch ganz im argen. Keines der Produkte war mit Kennummern fürs Kunststoff-Recycling versehen. Kein Hersteller hat eine Rücknahmegarantie vorgesehen. Angaben über die Brandschutz- und Emissionsklasse muß man ebenso vermissen wie etwa GS-Prüfvermerke über maximale statische Aufladungen oder kontaktallergene Risikofaktoren.

Um uns ein Bild über die Chemie von Mausmatten machen zu können, haben wir eine repräsentative Pad-Auswahl auf ihre Zusammensetzung beziehungsweise Ausdünstung hin untersuchen lassen (siehe Kasten). Um Einflußnahmen von EG-Behörden, BKA und BGA auszuschließen, wurde die Messung, wie in solchen Fällen üblich, von einem neutralen, eidgenössischen Institut durchgeführt.

Langweilig

Insgesamt 13 Matten nahmen an dem Test teil, darunter viele, die als kostenloses Zubehör anderen Produkten beigelegt waren. So die ersten drei Kandidaten, die aus dem Umfeld der Betriebssysteme Windows, OS/2 und Nextstep kommen.

Das Pad von IBM (International Business Mice) hatte zuweilen unter seamless Windows unvorhersehbare Aussetzer. Inwieweit das von letzterer Firma seit kurzem erhältliche mitdenkende `Thinkpad´ hier bessere Resultate liefert, konnten wir wegen fehlender Teststellung leider nicht überprüfen. Beim Tischhaftfaktor zeigte sich das IBM-Pad klar den Microsoft- und Next-Kollegen überlegen, andererseits war das Windows-Pad besser in der Oberflächenreibung. Die Klickdämpfung der ersten beiden ist in etwa gleich, das Next-Pad ist härter gefedert. Alle haben ein aus einem langweiligen Logo bestehendes Design, welches längere Auffindphasen auf vulkanmäßig orientierten Schreibtischen nach sich zieht.

Augenfällig

Optisch wesentlich ansprechender präsentieren sich Pads, die von eher grafisch orientierten Firmen geliefert werden. Da ist zuvorderst das Pad von miro zu benennen, das ganz im Stil eines nach der Firma benannten Künstlers wunderschön illustriert ist. Aber der Anwender muß der Schönheit Tribut zollen: die Oberfläche ist eindeutig zu glatt. Da nützt auch die hervorragende Tischhaftreibung und eine gute Klickdämpfung nix.

Ebenfalls schön anzuschauen ist die Matte von Adobe. Da die `Adobis´ dank Photoshop wohl immense Zeit mausschiebend vor großen Bildschirmen verbrachten, haben sie die Reibungseigenschaften ihres Pads hochgradig optimiert. Ein unglaublich guter Tischhaftfaktor sorgt dafür, daß schon unter geringer Mauslast keinerlei Chance besteht, das Pad auf dem Tisch auch nur einen Millimeter zu verschieben. Die Oberfläche hat eine sehr hohe körnige Rauhigkeit (> 50 µm), vielleicht etwas zu hoch, so daß die Maus relativ schwergängig (und geräuschvoll) läuft und auch die aufliegende Hand spürbar unter der Rauhigkeit leidet. Positionierungenauigkeiten waren jedoch zumindest beim Photoshop in 1024 × 768-Auflösung nicht zu verzeichnen.

Einfallsreich präsentiert sich auch die Dschungellandschaft des taiwanischen Mainboard-Herstellers J-bond. Das Pad haftet sehr gut am Tisch; die weiche, textile Oberfläche ist ähnlich körnig wie beim Adobe-Pad, dämpft aber Klicks deutlich besser ab (Faktor 2,5). Die hohe Rauhigkeit ist allerdings für die Hand recht unangenehm und führt, wie J-bond auch zugibt, fast immer zu einer vorauseilenden Positionierung `just always a step ahead´. Weiterhin steht zu befürchten, daß der Abrieb auf der textilen Oberfläche hoch ist, so daß eine kleine MTBF (Mean Time Between Failures) die Lebensdauer auf etwa einen Mainboard-Zyklus reduziert.

Weniger ansprechend hat der Grafikkartenspezialist ATI sein Winz-Pad gestaltet; es erfüllt nicht einmal die DIN-A5-Mindestnorm. Die Tischhaftreibung ist ohne Mangel, die Oberfläche allerdings etwas zu glatt und zu unelastisch. Hinzu kommt die mangelnde Pad-Stärke (1,8 mm), so daß die Klickdämpfung nur bei 0,15 liegt.

Für Abwechslung sorgt das Pad von After Dark. Es ist mit einer durchsichtigen Klappe versehen, unter die der Benutzer nach Wahl Motivkarten schieben kann. Die mitgelieferten Bildschirmschoner-Motive sind zwar durchweg uninteressant, aber man kann hier ja eigene, ansprechendere Bilder einlegen, etwa von der Freundin oder von Bundeskanzler Kohl; letzterer weist ja bekanntlich zusätzlich einen hohen Haftreibungsfaktor auf. Derjenige des Pads ist ebenfalls tadellos, die leicht aufgerauhte Plastikoberfläche hat jedoch eine etwas zu geringe Gleitreibung, und wegen ihrer Steifheit dämpft sie Klicks nur mäßig.

Zwei Pads, die sich betriebssystemabhängig gebärden

J-bonds textile Dschungellandschaft positioniert immer `a step ahead´.

Miro glänzt mit dem schönsten, aber auch dem glattesten Pad im Test.

Von Cardinal sind Pads mit beliebigen unterlegten Fotos erhältlich (hier ein besonders ansprechendes Unikat).

Vielfältig

Von Cardinal Computer aus Darmstadt sind Mausmatten mit einer Fülle unterlegter Foto-Motive erhältlich. Das hier abgebildete ansprechende Motiv einer bekannten Fachzeitschrift ist allerdings ein Unikat, welches nicht erhältlich ist. Während an der Tischhaftreibung und der Klickdämpfung nichts auszusetzen ist, zeigt die Oberfläche ein merkwürdiges Verhalten: ungewöhnlich hohe Haftreibung bei nur mäßiger Gleitreibung. Das liegt an einer gewissen `Klebrigkeit´ der Oberfläche, die für die Hand nicht sonderlich angenehm ist. Das gewählte Motiv hat den Nachteil, daß die Pad-Auffindwahrscheinlichkeit gegen Null tendiert, da es zu leicht mit der dargestellten Fachzeitschrift verwechselt werden kann.

Rutschig

Das Logo einer anderen verbreiteten Fachzeitschrift prangt auf einem Pad aus dem Hause Ziff. Es tritt unter dem Motto `Hier saust die Maus´ an, tatsächlich saust eher das Mauspad. Der Haftreibungskoeffizient der Schaumgummi-Unterseite ist nämlich arg bescheiden und wird nur noch vom Genius-Pad unterboten. An der Oberfläche hingegen reibt´s ordentlich, nicht zu viel und nicht zu wenig; im 3D-Plot der Rauhheitsmessung ist die schön gleichmäßig aufgerauhte Mikrostruktur zu erkennen. Klicks werden dank der weichen Unterseite gut abgefedert. Ob das Pad allerdings angesichts des schwammigen, nicht rutschfesten Unterbaus die kühne Zusicherung `das Ende aller Zweifel´ einlösen kann, muß zumindest für den professionellen Einsatz bezweifelt werden.

Wie schon angeklungen, trägt das Genius Mouse/Cutting Pad in der Bodenhaftung die `rote Laterne´. Es gibt weder Ober- noch Unterseite, beide Seiten des Hartplastik-Pads sind gleich rutschig. Immerhin ist aber die mausseitige Gleitreibung positiv zu bewerten. Von Klickdämpfung ist, wie obiger Meßplot zeigt, bei dem `Brett´ nichts zu spüren. Die Rückseite (als Cutting Pad) macht sich mit Zentimeter- und Inch-Maßen nützlich. Zur Ehrenrettung von Genius sei hinzugefügt, daß das Pad schon einige Jahre Redaktionserfahrung auf dem Buckel hat, und inzwischen neue, geänderte Pads von Genius erhältlich sind.

Duftig

Zwei Pads, die beide aus den benachbarten Alpenrepubliken zu uns kamen, fallen durch besondere Eigenschaften ganz aus dem Rahmen. Von Hirsch aus Klagenfurt kommen Pads, die mit einer eigenen Geruchsnote glänzen. Über 40 Odeurs von Apfel über Braten- oder Weihnachtsduft bis Zitrone stehen zur Auswahl, bei Bedarf sind auch individuelle Duftnoten sowie freie Motivwahl möglich. Uns erreichte ein intensiv nach Apfel riechendes Pad, das sich zusätzlich durch seine ovale Form von den anderen abhebt. Das Reibungsverhalten beider Seiten ist ohne Tadel, die Mikrokörnung der Oberseite könnte noch etwas gleichmäßiger sein. Das Pad ist extra flach, daher dämpft es Klicks nur schwach. Es ist speziell für den harten Büroeinsatz gedacht und somit alkohol- und fettfest. Bei nicht-verschnupfter Nase ist die Auffindwahrscheinlich motivunabhängig auch auf Vulkan-Schreibtischen ausgesprochen hoch.

Außergewöhnlich ist auch das Pad namens Cheese, das von der Firma HP/Run-Time-Lib aus dem schweizerischen Emmental zu uns kam. Neben seiner ebenfalls sehr eindringlichen Duftnote und den unregelmäßigen Maßen fällt es durch eine hohe Anisotropie auf, die beim Positionieren zu mehr oder weniger großen `Mauselöchern´ führt. Etliche Punkte auf dem Bildschirm lassen sich somit gar nicht ansteuern. Unter Windows sorgt jedoch ein spezieller Treiber dafür, daß sich an den Lochstellen nichts Ansteuerungswürdiges befindet.

Die Tischhaftreibung ist hochgradig temperaturabhängig. Sie steigt von gering im kalten Zustand bis zu extrem bei Temperaturen jenseits von 50 Grad. Reibungswerte, die sich auf die Maus beziehen, lassen sich wegen der Anisotropie und hoher Temperaturabhängigkeit gar nicht angeben. Ebenso ist der Klickdämpfungsfaktor davon abhängig, ob die Normmauskugel auf ein Loch fällt oder nicht. Der Abrieb ist hoch, die Lebensdauer daher gering. Als Vorteil gibt der Hersteller die volle biologische Abbaubarkeit des Cheese-Pads an, die sonst niemand im Testfeld aufweisen kann.

Fazit

Dieser repräsentative Überblick über die Maus-Pads zeigt, daß es immense Unterschiede gibt, die teils im Geschmack, teils im Geruch und teils im taktilen Bereich liegen. Allen Mäusefreunden ist daher anzuraten, vor Kauf eines Pads eine ausgiebige Testphase einzulegen, damit man vor Überraschungen sicher ist. (as)

Literatur

[1] Mycket Nöje, Ursäkta jag tala inte svenska, Uppsala 1993

[2] Persönliche Mitteilung von Prof. Dr. Krüger, Institut für Arbeitsphysiologie und Hygiene, ETH Zürich

Eindringlicher Duft, starke Anisotropien, hohe Temperaturabhängigkeit und biologische Abbaubarkeit weisen das `Cheese´-Maus-Pad von HP/RTL aus.

Rund und ruchbar: die Duft-Pads von Hirsch

Die Maus läuft auf der Oberseite des Genius-Pads zwar gut, doch fehlende Haftreibung zum Tisch macht das Arbeiten damit sehr mühselig.

Kasten 1

Mausmatten-Chemie

Dr. Klaus W. Mandelatz

Maus-Pads sind typische Gebrauchsgüter. Bei ihrer Produktion kommt eine Vielzahl von Hilfsstoffen zum Einsatz. Kunststoffe setzen sich aus Monomeren zusammen, chlorierte und nicht-chlorierte Kohlenwasserstoffe werden als Lösungsmittel zur Herstellung, beim Aufschäumen, beim Bedrucken oder bei der Reinigung von Oberflächen verwendet. Weichmacher halten Kunststoffe flexibel, Antistatika vermeiden die elektrostatische Aufladung.

Viele dieser Hilfsstoffe sollten allerdings im Endprodukt entweder nicht mehr enthalten oder zumindest in den Materialien fest gebunden sein. Bis heute liegen nur wenige frei zugängliche Studien über Emissionen von synthetischen Hilfsstoffen aus Gebrauchsgütern vor [1]. Neben den Emissionen im Normalfall spielt die Chemie natürlich im Brandfall eine elementare Rolle - wer will schon mit einer Dioxin-Vergiftung ins Krankenhaus, nur weil eine Zigarettenkippe aufs Maus-Pad gefallen ist.

Emissionen

Mausmatten sind mehr oder weniger stark der direkten Sonneneinstrahlung ausgesetzt. Daher sind ihre Emissionen in Abhängigkeit von der Temperatur zu analysieren. Bei steigender Temperatur entweichen im allgemeinen mehr flüchtige Stoffe, manche werden bei hohen Temperaturen auch abgebaut. Im vorliegenden Test wurden die Mausmatten in einem verschlossenen Probenraum bei verschiedenen Temperaturen von 20 bis 80 Grad `bebrütet´ und die Emissionen vermessen.

Damit Sie zu Hause mit Ihrem Pad die Messung nachvollziehen können, hier ein paar Worte zur Meßtechnik.

Mit einem Gasprobennehmer zieht man in verschiedenen zeitlichen Intervallen Innenluft durch ein Sammelröhrchen. Die flüchtigen Komponenten werden dabei auf einer TENAX-Phase angereichert. Die beladenen Sammelröhrchen kommen in einen Tekmar Aero Trap 6000, wo die flüchtigen Komponenten mittels Wärme desorbiert werden. In verschiedenen, mit flüssigem Stickstoff gekühlten Fallen schließt man Luftfeuchtigkeit, Sauerstoff und Stickstoff aus. Die Analyse erfolgte dann einfach mit Hilfe der gekoppelten GC/MS-Technik. Durch eine beheizte Transferline führt man die Verbindungen direkt auf eine GC-Kapillarsäule und detektiert sie in üblicher Weise mit der massenselektiven Spektrometrie. Schließlich identifiziert man anhand einer Spektrenbibliothek die Bestandteile und quantifiziert sie approximativ durch einen Vergleich mit Kalibrationslösungen (Styrol, DOP).

Bei den Test-Pads ließen sich verschiedene Lösungsmittel, Monomere von Kunststoffen und Substanzen wie Weichmacher identifizieren. Kein Wert ging dabei über die für chemische Emission zulässigen Grenzen (`maximale Arbeitsplatzkonzentration´) hinaus.

Diese sogenannten MAK-Werte gelten aber jeweils nur für eine einzelne Substanz. Über den Summeneffekt gibt es in der Wissenschaft bislang keine definierten, begründet nachvollziehbaren Regeln [1]. Es ist allerdings unbestritten, daß eine Vielzahl von Substanzen mit Einzelkonzentrationen unterhalb des jeweiligen MAK-Wertes dennoch eine Beeinträchtigung hervorrufen können.

Kasten 2

Maus-Pad-Substanzen

Lineare und verzweigte Alkane:

Pentan, Hexan, Heptan, Octan, Nonan, Decan, Undecan, Tridecan, Tetradecan; Methylnonan, Dimethyloctan, Methylpropan, Methyldecan, Trimethylhexan, Methylundecan, Theologiedekan, Ethylhexan

Aromatische Kohlenwasserstoffe:

Methylbenzol (Toluol), Ethylbenzol, Dimethylbenzol, Propylbenzol, Ethylmethylbenzol, Trimethylbenzol, Benzylmethanol, Tetramethylbenzol, Ethylnaphtalin, Methylnaphtalin, Trimethylnaphtalin

Andere Lösungsmittel: Cyclohexan, Ethylacetat, Methylcyclohexan, Heptanon, Butoxyethanol, Cyclodecan

Monomere: Styrol, Vinyl

Weichmacher: Dioctylphtalat (DOP), verschiedene andere Komponenten aus der Gruppe der Phtalsäureester

Duftstoffe: a-Pinen, [DELTA]-Caren, Limonen, Camphor, Junipene

Kasten 3

Ergebnisse

Firma        Maße             Haftreibung   Gleitreibung  Rauhtiefe     Klickdämpfung
             BxHxD [mm]       Rück/         Vor
Adobe        232 x 190 x 3,0  74%           38%           20%           63µ           0,63
After-Dark   255 x 213 x 4,5  72%           29%           5%            20µ           0,50
ATI          204 x 172 x 1,8  73%           28%           15%           22µ           0,14
Cardinal     203 x 238 x 6,0  66%           41%           15%           15µ           1,25
Genius       230 x 190 x 3,0  29%           29%           15%           10µ           0,13
Hirsch       256 x 216 x 2,5  65%           33%           8%            40µ           0,26
HP/RTL       diverse          20..[INFINITE]         20..[INFINITE]         k. A.         k. A.         0,0 .. 5,0
IBM          232 x 197 x 7,5  63%           28%           8%            25µ           1,43
J-bond       255 x 218 x 5,0  71%           30%           20%           100µ          2,50
Microsoft    183 x 210 x 6,0  51%           27%           20%           25µ           1,11
miro         248 x 210 x 3,5  72%           28%           3%            12µ           1,43
Next         237 x 198 x 3,0  53%           28%           5%            15µ           0,67
Ziff         280 x 200 x 5,0  49%           29%           20%           18µ           1,67

c't 1995, Heft 4

Harald Bögeholz

Datenvernichter

Datenmüll fachgerecht entsorgt

Überflüssige Copyright-Meldungen, lästige Hilfetexte, belanglose Mails, veraltete News-Artikel ... immer mehr redundante Daten fallen heute bei der täglichen Arbeit mit dem Computer an und müssen vernichtet werden. So gut wie jedes Betriebssystem hat zu diesem Zweck eine spezielle Einrichtung, das Nulldevice.

Unterthema: Meßergebnisse

Wer kennt das Problem nicht - ein Programm besteht partout darauf, den gesamten Bildschirm mit seiner Copyright-Meldung zu füllen. Ein anderes Programm möchte unbedingt einen Dateinamen haben, um eine just in diesem Fall absolut unerwünschte Ausgabedatei zu schreiben. Für diese und viele weitere Fälle gibt es schon seit langem in den meisten Betriebssystemen ein spezielles Device, dessen Namen man anstelle eines Dateinamens einsetzen kann. Es nimmt die unerwünschten Daten entgegen und sorgt für ihre umweltverträgliche Entsorgung - schnell, sauber und sorgfältig.

Unter DOS und dessen Nachfolge-Betriebssystemen OS/2, Windows NT und demnächst auch Windows 95 heißt das Nulldevice schlicht NUL. Wenig bekannt ist, daß es unter OS/2 auch unter dem Namen \DEV\NUL ansprechbar ist, eine halbherzige Anlehnung an Unix-Abkömmlinge wie Linux, AIX, NextStep und Co., wo es /dev/null heißt. Aufgrund der Möglichkeiten des Unix-Dateisystems kann es sich aber auch hinter beliebig vielen weiteren Namen verbergen.

In der Praxis nutzt man das Nulldevice meist, um die Standardausgabe eines Programms dorthin umzuleiten und so überflüssige Ausgaben loszuwerden. Unter DOS unterdrückt beispielsweise der Befehl

COPY a:Datei c: >nul

die lästige Nachricht `1 Datei(en) kopiert´, ein beliebter Trick, der gern in einfachen Installationsroutinen Anwendung findet.

Auch unnötig lange Copyright-Meldungen von Programmen geltungsbedürftiger Shareware-Autoren sind auf diese Weise elegant zu entsorgen. Vorsicht ist allerdings geboten, soll diese Methode beim Laden von TSR-Programmen unter DOS zum Einsatz kommen. Das Nulldevice wird nämlich bei der Ausgabeumleitung wie eine Datei geöffnet und erhält dabei ein Handle. Da das Programm jedoch resident bleibt, wird das kostbare Handle nicht mehr freigegeben und steht so anderen Programmen nicht mehr zur Verfügung. Näheres hierzu findet sich in [1], nebst einem Programm zur Wiederverwendung solchermaßen brachliegender Ressourcen.

Poor Man´s Benchmark

Gerne wird das Nulldevice auch herangezogen, um zu überprüfen, ob die Dateien auf einer Diskette auch tatsächlich alle lesbar sind. Zu diesem Zweck kopiert man sie einfach ins Nulldevice, und wenn dabei kein Fehler auftritt, sind immerhin alle Dateien lesbar. Über den korrekten Inhalt der Dateien sagt dies natürlich nichts aus.

Diese Vorgehensweise eignet sich auch als Primitiv-Benchmark, um die Datenübertragungsrate von Disketten, CD-ROMs, aber auch von nicht allzu schnellen Festplatten zu messen. Dazu kopiert man einige möglichst große Dateien von dem zu testenden Gerät ins Nulldevice und ermittelt mit einer konventionellen Stoppuhr die dafür benötigte Zeit. Um aussagekräftige Ergebnisse zu erhalten, sind einige Stolperfallen zu beachten. Zunächst ist es wichtig, große Dateien zu benutzen, damit die benötigte Zeit mindestens einige Sekunden beträgt, so daß die Messung per Stoppuhr halbwegs genau ist. Außerdem muß die kopierte Datenmenge so groß sein, daß der Einfluß eventueller Caches ausgeschaltet ist. Es ist auch nicht ratsam, zum Test viele kleine Dateien zu verwenden, da sonst die Zugriffszeit der Platte zu stark in das Meßergebnis eingeht. Eine einzige große Datei mit einigen Megabytes liefert die zuverlässigsten Resultate.

Völlig unbeachtet bleibt bei solchen Messungen allerdings die Geschwindigkeit des Nulldevice. Das mag bei langsamen CD-ROMs oder gar Disketten noch angehen, moderne Festplatten stoßen jedoch hinsichtlich der Datenübertragunsrate durchaus in Geschwindigkeitsbereiche vor, wo diese nicht mehr vernachlässigt werden kann. Es hat sich gezeigt, daß die Datenvernichtungsrate des Nulldevice sehr stark vom verwendeten Betriebssystem abhängt. Aber auch andere Einflüsse spielen eine Rolle, wie zum Beispiel die beim Schreiben verwendete Blockgröße und die Zeit, die zum Auffinden und Öffnen des Nulldevice benötigt wird. Da das Nulldevice nicht nur Performance-Messungen dient, sondern auch im Zuge fortschreitender Vernetzung bei der täglichen Arbeit zunehmend an Bedeutung gewinnt, lohnt es sich, es einmal genauer unter die Lupe zu nehmen.

Wir haben auf einem Testrechner die vier gängigsten PC-Betriebssysteme DOS, OS/2, Windows NT und Linux installiert, um die Nulldevice dieser Systeme unter gleichen Hardwarebedingungen vergleichen zu können. Eine Beta-Version von Windows 95 lief auf einer anderen Hardware außer Konkurrenz mit, dazu später mehr. Zum Einsatz kam ein 486er VL-Board, das mit einem Intel DX4-100 bestückt war. Als Benchmark diente ein in ANSI C geschriebenes Programm, das unter dem jeweiligen Betriebssystem mit dem dort üblichen Compiler übersetzt wurde. Da auch unter DOS zunehmend 32-Bit-Programme zum Einsatz kommen (unter Zuhilfenahme eines DOS-Extenders), haben wir DOS sowohl mit einer 16-Bit-Version (Borland C++), als auch mit einer 32-Bit-Version (GNU C/emx) unseres Benchmarks unter die Lupe genommen.

Performance-Messungen

Da die erzielbare Datenvernichtungsrate von der Art des Zugriffs auf das Nulldevice abhängt, haben wir die Messungen mit drei verschiedenen Zugriffsmustern durchgeführt. Variiert wurden die Anzahl der zu schreibenden Datenblöcke, die Blockgröße und die Anzahl der Durchläufe. Das Produkt dieser drei Werte ergibt die Gesamtmenge der vernichteten Daten, die Anzahl der Durchläufe gibt an, wie oft das Device geöffnet und geschlossen wurde. Keinen Einfluß auf die Datenvernichtungsrate hat die Struktur der Daten: Ob Zufallszahlen oder lauter gleiche Werte vernichtet werden, spielt bei keinem der getesteten Betriebssysteme eine Rolle. Offensichtlich kommt hier also noch kein Komprimierungsverfahren zum Einsatz.

Bei der Datenvernichtungsrate bestehen zwischen den Betriebssystemen erhebliche Unterschiede.

Die erste Testreihe bestand aus 10 Durchläufen, bei denen 10 000 Blöcke à 80 Byte geschrieben wurden. Dieser Test ist der Vernichtung von Textdateien nachempfunden, bei denen die Zeilenlänge in der Regel in der Nähe von 80 Zeichen liegt. Als nächstes vernichteten wir dieselbe Datenmenge in 1000 Durchläufen zu je 100 Blöcken. Dabei wurde das Nulldevice 1000mal geöffnet und wieder geschlossen, in das Ergebnis fließt also die Zeit für das Auffinden des Nulldevice stärker mit ein. Erwartungsgemäß ist daher bei allen Betriebssystemen die Datenvernichtungsrate in diesem Test etwas niedriger. Um schließlich das volle Vernichtungspotential des Nulldevice auszuloten, erhöhten wir die Blockgröße auf 8000 Bytes, also die hundertfache Datenmenge. Erfreulicherweise ließ sich hierbei bei allen Betriebssystemen die Datenvernichtungsrate fast auf das hundertfache steigern. Lediglich in der 32bittigen DOS-Version unseres Benchmarks war hier ein Einbruch zu verzeichnen, wobei die Schuld wohl dem DOS-Extender und nicht DOS selbst zufällt.

Schnellschlucker

Spitzenreiter unter den Datenvernichtern war Linux, wenn man von dem außer Konkurrenz laufenden Windows 95 absieht. Mit Spitzenwerten von 356 Megabyte pro Sekunde ließ es die anderen Betriebssysteme weit hinter sich. Gerade unter Unix fallen besonders viele überflüssige Daten an. Daher ist es nicht verwunderlich, daß die Linux-Entwickler besonderen Wert auf eine gute Performance des Nulldevice legten.

Mit einem erfreulichen Höchstwert von 193 MByte pro Sekunde belegt Windows NT 3.5 den zweiten Platz. Bei der Implementierung des Nulldevice hat Microsoft ganze Arbeit geleistet. Obwohl Windows NT die Daten besonders gründlich vernichten muß, um den strengen Sicherheitsanforderungen des C2-Standards zu genügen, erreicht es durch die konsequente 32-Bit-Implementierung immer noch eine etwas höhere Performance als das betagte DOS.

Unter DOS zeigt sich wieder einmal, daß breiter nicht unbedingt gleich schneller ist. So erreicht die 32-Bit-Version unseres Benchmarks eine deutlich geringere Datenvernichtungsrate als die 16-Bit-Version. Der Grund hierfür liegt darin, daß der DOS-Extender bei jedem Schreibvorgang auf das Nulldevice vom 32-Bit-Modus in den 16-Bit-Modus zurückschalten muß, um DOS aufzurufen. Als korrekter Maßstab für die Geschwindigkeit des Nulldevice unter DOS muß daher die 16-Bit-Version herangezogen werden.

Fragmentiertes Nichts

Als einziges Betriebssystem im Test zeigte DOS unerwartete Schwankungen in den Meßwerten. Bei wiederholten Messungen mit denselben Parametern ermittelte unser Testprogramm im Laufe der Zeit immer niedrigere Datenvernichtungsraten. Dieser Effekt war besonders deutlich, wenn mit kleinen Blockgrößen gearbeitet wurde. Hier sank die Rate bei mehrfachen Messungen bis auf ein Viertel der ursprünglichen Werte ab. Als Ursache entpuppte sich die antiquierte Speicherverwaltung von DOS, die beim Schreiben vieler kleiner Blöcke zu einer Fragmentierung der Daten im Nulldevice führt. Um zuverlässige Meßergebnisse zu erhalten, haben wir daher DOS vor jeder Messung neu gebootet.

Die Utility-Hersteller haben dieses Problem offenbar bisher nicht erkannt oder nicht ernstgenommen. Einzig die Norton Utilities werden wohl in der kommenden Version 9.0 mit entsprechenden Hilfsprogrammen aufwarten können. Eine uns vorliegende Beta-Version von 0DEFRAG, einem Programm zur Defragmentierung des Nulldevice, brachte eine deutliche Performance-Verbesserung bei der Vernichtung kleiner Blöcke. Das UNNUL-Utility zum Zurückholen versehentlich ins Nulldevice kopierter Daten hinterließ hingegen keinen guten Eindruck: Die Beta-Version lieferte bei unseren Tests meist keine oder nur unvollständige Resultate.

Das Schlußlicht unter den Datenvernichtern bildet OS/2. Zwar ist es mit einem Spitzenwert von 58 Megabyte pro Sekunde immer noch schneller als derzeit erschwingliche Festplatten, daß es jedoch vom 16bittigen DOS um den Faktor 3 überrundet wird, wirft kein gutes Licht auf die vielzitierte 32-Bit-Power. Der Grund für die schlappe Leistung ist ein ähnlicher wie bei der 32-Bit-Version des DOS-Benchmarks: der Devicetreiber für das Nulldevice ist unter OS/2 Warp immer noch 16bittig ausgeführt. So quält sich dann ein zu vernichtender Datenblock durch das Filesystem in den Kernel, wo er für den 16-Bit-Treiber in handliche Stückchen mit weniger als 64 KByte zerhackt wird, bis er endlich den Treiber erreicht. Eigentlich sollte es für IBM ein leichtes sein, auch dieses Relikt aus der 16-Bit-Zeit durch eine 32bittige Neukonstruktion zu ersetzen. Solange dies noch nicht geschehen ist, läßt sich eventuell eine Performance-Steigerung erzielen, indem die Daten komprimiert werden, bevor man sie zum Nulldevice schickt. Geeignete Komprimierer wie zum Beispiel gzip, die sich in einer Pipe verwenden lassen, sind frei verfügbar.

Und Lesen?

Mancher wird vielleicht in den Meßwerten die Übertragungsrate beim Lesen vom Nulldevice vermissen. Dies hat einen einfachen Grund: liest man vom Nulldevice, so erhält man sofort EOF, also ein Dateiende. Performance-Messungen für das Lesen des Nulldevice würden sich also praktisch auf das Öffnen und Schließen beschränken, und diese Zeit ist bereits in der Schreibmessung durch die hohe Anzahl der Durchläufe eingeflossen. Dennoch gibt es für das Lesen vom Nulldevice eine sinnvolle Anwendung. Programme, die partout auf der Eingabe eines Dateinamens zum Lesen bestehen (TeX ist so ein Beispiel) lassen sich mit dem Nulldevice bestens abspeisen.

Als einziges Betriebssystem erkennt bisher Windows 95 den neuen Chip. Das waschechte Plug&Play-Device ist über den Device Manager konfigurierbar.

Eine interessante Neuentwicklung aus deutschen Landen erreichte uns aus der Hardware-Schmiede von Hypertronics in Nihilsen. Das PCI486-ENUL sieht auf den ersten Blick wie ein gewöhnliches 486er PCI-Board aus. Bei genauerem Hinsehen entdeckt man jedoch einen neuartigen Chip, in dem die wohl erste Hardware-Implementierung des Nulldevice realisiert ist. Zu erkennen ist dieser Chip an einer runden Abdeckung aus Epoxydharz, die in etwa so groß ist wie das Glasfenster bei einem EPROM. Leider ist sie nicht transparent, und es war ein wenig Gewalt erforderlich, um das Geheimnis des ENUL-Chips zu lüften.

Das PCI486-ENUL von Hypertronics mit Enhanced Nulldevice. Zu erkennen ist der ENUL-Chip an der runden Abdeckung in der Mitte.

Das Nulldevice in Aktion: das Glimmen deutet auf eine hohe Datenvernichtungsrate hin.

Nach Entfernen der Haube offenbart sich das Innenleben des Chips. Technisch ist ENUL wohl eine Abwandlung eines Optokopplers, bei dem die Daten in optische Signale umgewandelt und durch die schwarze Abdeckung absorbiert werden. Ohne diese ist daher je nach der gerade vernichteten Datenmenge ein mehr oder weniger helles Glimmen zu erkennen. Im normalen Betrieb bleibt der Chip natürlich dunkel, einzig unser Benchmark ließ ihn hell erstrahlen. Von einer Nachahmung sei an dieser Stelle ausdrücklich abgeraten, den Deckel sollten Sie tunlichst an seinem Platz lassen. Unser erstes Testboard gab nach einigen wenigen Benchmark-Läufen ohne Abdeckung den Geist auf, was wohl auf die Oxydation des normalerweise versiegelten Chips zurückzuführen ist.

Plug & Dump

Das Enhanced Nulldevice ist ein waschechtes Plug&Play-Device. Als solches wird es bisher einzig von der aktuellen Beta-Version (M7) von Windows 95 erkannt. Der erste Versuch, Windows 95 auf dem PCI486-ENUL zu installieren, schlug jedoch fehl. Windows 95 erkannte den ENUL-Chip zwar einwandfrei, versuchte jedoch fälschlicherweise, ihn als Cache zu nutzen, und stürzte sofort ab. Erst eine manuelle Korrektur in der Registrierdatenbank ermöglichte den störungsfreien Betrieb.

Obwohl die Benchmark-Ergebnisse aufgrund der unterschiedlichen Hardware nicht vergleichbar sind, haben wir sie außer Konkurrenz mit aufgeführt. Der Test läßt erkennen, daß durch die Hardware-Implementierung des Nulldevice nochmals eine deutliche Performance-Steigerung gegenüber einer reinen Softwarelösung zu erzielen ist. Sein volles Potential entfaltet ENUL jedoch erst mit einem schnelleren Prozessor. Versuche mit einem Intel Overdrive ließen erahnen, welche traumhaften Datenvernichtungsraten mit ENUL möglich sind. Echte Pentium-PCI-Boards mit ENUL sind von verschiedenen Herstellern zur CeBIT angekündigt.

Entwicklern, die den ENUL-Chip mit eigener Software direkt nutzen wollen, bietet Hypertronics zum Preis von 142 Mark ein Entwickler-Kit an. Das NDDK umfaßt Beispiel-Quellen in Assembler für den Real- und den Protected-Mode, die lizenzfrei in eigene Software eingebaut werden dürfen. (bo)

Literatur

[1] Handles im Griff, DOS-Handles - und wie sie `geklaut´ werden, Andreas Stiller, c't 4/90, S. 390

[2] 82C997 ENUL - Enhanced Null Device Hardware Reference Manual, Hypertronics, Order-Nr. 82 997-001

[3] 82C997 ENUL - Enhanced Null Device Programming Guide, Hypertronics, Order-Nr. 82 997-002

Kasten 1

Meßergebnisse

Durchläufe | 10 | 1000 | 1000
Blockgröße | 80 | 80 | 8000
Anzahl Blöcke | 10 000 | 100 | 100
Windows 95* | 34,8 | 33,8 | 3376,1
Linux | 4,2 | 3,6 | 356,5
NT | 2,6 | 1,9 | 193,1
DOS-16 | 2,1 | 1,9 | 186,1
DOS-32 | 0,8 | 0,8 | 14,1
OS/2 | 0,7 | 0,6 | 57,8

Alle Werte in MByte pro Sekunde

* Die Meßergebnisse für Windows 95 wurden auf einer anderen Hardware ermittelt und sind daher mit den übrigen Werten nicht direkt vergleichbar.

c't 1996, Heft 4

Volker Trumpf

Codename `Gizeh´

Erste Vorabversion von Windows 97

Kurz vor Redaktionsschluß gelang es uns, erste Blicke auf eine frühe Testversion von Windows 97 zu erhaschen. Die Technik des Windows-Nachfolgers rangiert zwischen heutigem Windows 95 und zukünftigem NT 4.0 - sieht man von der vollständig renovierten Oberfläche ab.

Natürlich kann sich bis zur endgültigen Fertigstellung des Produkts durch Microsoft noch allerhand ändern, doch die Marschrichtung ist klar: der Windows-Nachfolger wird erstmals eine 3D-Bedienoberfläche aufweisen, so wie es Bill Gates schon auf Konferenzen und öffentlichen Auftritten verlauten ließ. Daß ein Termin für die Markteinführung schon feststeht, dürfte wohl niemand ernsthaft erwarten.

Schon heute strickt Microsoft eifrig an 3D-Komponenten für Windows. Insider konnten sich unlängst auf Entwicklerkonferenzen mit einem SDK für die DirectX-Programmierschnittstelle versorgen lassen, gegen Unterzeichnung einer Vertraulichkeitsvereinbarung (NDA), versteht sich. Die neue Bedienoberfläche macht sich diese Technik bereits zunutze und kann so mit bestechenden Animationen glänzen.

Für alle, die nur über eine Zweitastenmaus verfügen, stellt der Einstieg in die 3D-Welt eine schlechte Nachricht dar. Sie müssen ein Update vornehmen. Der mittleren Maustaste kommt eine zentrale Bedeutung zu: Sie dient als eine Art Saugnapf, mit dem die nunmehr dreidimensionalen Elemente der Oberfläche erst bedienbar werden. Die Icons heißen nun Tricons. Sie bilden eine virtuelle Pyramide (Tetraeder), mit deren Seitenflächen es eine besondere Bewandtnis hat. Der Saugnapf respektive die mittlere Maustaste dreht die Tricons. So kann man die Seitenflächen einsehen und darüber zum Beispiel Eigenschaften abfragen, Daten im Netz freigeben und bei MSDOS-Tricons nähere Emulationseinstellungen vornehmen. Die Standfläche übrigens erreicht man über den Saugnapf nicht; ihre Bedeutung bleibt bis auf weiteres undokumentiert.

Task-Toblerone

Selbst vorm Taskbar haben die einschneidenden Veränderungen nicht halt gemacht. Er ist um die Längsachse `rollbar´ und wie ein zu lang geratenes Prisma aufgebaut. Zwei Flächen dienen der besseren Information: Die nach dem Systemstart angezeigte Seite zeigt die Vordergrundprozesse. Auf einen mittleren Mausklick hin rotiert der Taskbar um eine Dritteldrehung und zeigt die Hintergrundtasks an. Die dritte Seitenfläche schließlich bleibt für Bandenwerbung vorbehalten. Angesichts wachsender Bildschirmdiagonalen hat Microsoft auf eine Auto-Hide-Funktion beim Taskbar verzichtet.

Statt dessen blendet die neue Bedienoberfläche nach einer gewissen Zeit der Untätigkeit automatisch Werbespots auf der animierbaren Fläche des Taskbar ein. Zur Zeit aber erneuert das System die Spots noch nicht automatisch online aus dem Microsoft-Netzwerk (MSN), sondern man muß mit wechselnden Losungen (nein, kein Jägerlatein) von Bill Gates vorliebnehmen. Ab wann für interessierte Werbekunden erste Mediadaten verfügbar sein werden, konnte Microsoft auf Anfrage noch nicht mitteilen.

Ansonsten bleibt das System im Gegensatz zum Online-Dienst MSN angenehm werbefrei. Es verwöhnt den Anwender mit einer Fülle von Annehmlichkeiten - es paßt sich quasi automatisch an seine Bedürfnisse an und bildet so eine Art Anwenderprofil: Auf nahezu jedem Konfigurationsdialog findet sich neuerdings ein DWIM-Button, der, ohne weitere dumme Fragen zu stellen, die häufigst ausgewählte Aktion veranlaßt.

Die `Do what I mean´-Technologie hat sich Microsoft schon als Warenzeichen eintragen lassen. Sie steht im krassen Gegensatz zum bei IBM anzutreffenden Do-what-we-like-Mechanismus, der als Standardantwort auf kryptische Dialog-Fenster immer die am wenigsten sinnvolle Aktion einleitet. In der Praxis hat sich Microsofts DWIM-Mechanismus bewährt. Nur in der Anfangszeit ist mit vereinzelter Fehlfunktion zu rechnen.

Überhaupt überrascht Windows 97 mit Trialogen, einer Weiterentwicklung der herkömmlichen Dialoge. Neben dem DWIM-Button zeichnen sich Trialoge vor allem durch einen `Do as usual´-Button, kurz DAU, aus. Dahinter steckt ein höchst komplexer Mikrozensus, der online erfolgt. Windows 97 wendet dann die darüber ermittelte Standardreaktion einer repräsentativen Benutzergruppe an.

Die Online-Hilfe werkelt nun präkognitiv, trägt demnach individuellen Lernschwächen Rechnung. Je hartnäckiger der Anwender nachfragt, desto ausführlicher geraten die Erklärungen. Angeblich haben diesen sich ergänzenden Lernprozeß Untersuchungen nahegelegt, die Microsoft in den Usability-Labs angestellt hat. Während bei Windows 95 vornehmlich Windows-unbelastete Erwachsene als Versuchskaninchen fungierten, setzte man bei Windows 97 auf Kleinkinder, deren intuitives Agieren der Sache eher gerecht wird.

Bill, Donald & Co.

Nach Bill Gates´ milliardenschwerer Investition für die Rechte an Goofy, Dagobert & Co griff die Microsoft-Mannschaft auf Ressourcen der Disney-Studios zurück. Die Disney-Experten zeichnen vor allem für das neue Oberflächendesign veranwortlich. Insgesamt gibt sich Windows 97 so viel gefälliger: Trialoge treten wesentlich flächiger in Erscheinung. Farbverläufe liefern Einstiege in wichtige Eingabefelder, und kleine Donalds tragen Handlungsanweisungen in Form von `Don´t care´- und `Stay tuned´-Wimpeln.

Die 3D-Oberfläche amtiert gleichzeitig als Web-Browser. Unterschiede zwischen dem Begehen der lokalen Dateninfrastruktur und dem Betreten des World Wide Web lassen sich nicht mehr ausmachen. Beim Verschieben des Mauscursors auf einen Hypertextlink oder eine Verknüpfung verfärbt sich deren Beschriftung blau, ähnlich wie heute Links in einem Web-Browser gekennzeichnet sind. Gelegentlich errötet der Mauscursor: Microsoft hat also der Kindersicherheit Bedeutung zugemessen ...

Der in der Bedienoberfläche von Windows 95 noch wenig plausible Mechanismus, der für das Speichern von Icon- und Fensterpositionen einschließlich Layout sorgen soll, wird im 97er Jahrgang visuell unterstützt: Häufig aufgeschlagene Fenster bekommen Eselsohren, selten benutzte vergilben. Der Benutzer weiß also stets, wie es um sein Oberflächenarrangement bestellt ist. Auf eine direkte Einflußnahme des Benutzers auf die Speicherung konnte Microsoft so weiter verzichten.

Dank OLE3 kommt Windows 97 ohne Dateiassoziationen aus. Dokumente sind statt dessen nunmehr adaptiv. Die Anwendungssoftware (zum Lieferumfang gehört eine einfache Tabellenkalkulation in 64-Bit-Technologie, damit sie das Gatessche Vermögen überhaupt noch bewältigen kann) mutiert automatisch für den jeweiligen Anwendungszweck. Diejenigen, die das Betriebssystem abonnieren, erhalten gratis dazu notwendige Module über Online-Dienste.

Ein damit in das System integrierter Virenchecker garantiert, daß solcherart über das Netz geladene Module frei von etwaigen Eindringlingen sind. In den mitgelieferten Applikationen findet sich darüber hinaus die eine oder andere wegweisende Technologie: Minorword weist etwa einen Think-ahead-Buffer auf, den der Anwender mittels Type-ahead-Key beanspruchen kann; natürlich erstreckt sich diese Technik auch auf geschlossene OLE3-Objekte (Automorph).

Selbst OLE3-Objekte profitieren von der dritten Dimension. Bei Drag & Drop mittels mittlerem Mausknopf zeigen sie zu Beginn des Ziehens an, wie viele Ressourcen der Vorgang zusätzlich braucht. Mit zurückgelegter Distanz ergänzt Microsoft die Daten um die Angabe, wieviele Systemressourcen durch diesen Vorgang auf der Strecke bleiben. Bricht der Anwender einen Drag&Drop-Vorgang ab, kreist das Objekt-Tricon zunächst mehrfach um seinen Aufbewahrungsort, um sich dort dann erneut niederzulassen.

Für das Wiedererlangen verlorener Ressourcen steht nun ein Ressourcenassistent zur Seite. Er gewährt in der momentanen Fassung allerdings nur Einblick in die verwaisten Systemdaten. Für nahezu unbeschränkten Speicher soll später einmal ISMS garantieren. An der Internet Shared Memory Specification stricken Lotus, Microsoft, Intel und Disney derzeit allerdings noch. Assistentenhilfe soll der Anwender bei Windows 97 auch bei der Konfiguration der Emulationsqualitäten erfahren. Die Vorabversion läßt aber auch diesbezüglich nur Ansätze erahnen.

Als direkte Reaktion Microsofts auf IBMs Ankündigung in Merlin, dem kommenden OS/2-Warp-Nachfolger, Spracheingabe zu realisieren, kann insbesondere eine Fähigkeit gelten: Windows 97 soll, geeignete Hardware zum Anschluß einer Kamera vorausgesetzt, nicht nur natürlichsprachliche Eingaben meistern, sondern sogar der Auswertung von Körpersprache mächtig sein. Verfinstert Frust das Gesicht das Anwenders, so spielt das System (in einer Werbepause) eine hübsche Animation ein; im Falle einer Drohgebärde schaltet es sich vorsichtshalber ab.

Innere Werte

Soweit sich das erkennen ließ, arbeitet Windows 97 intern schon mit 64-Bit-Technologie. Die geweitete interne Verarbeitungsbreite zeigt sich den neuen Animationsmechanismen erst richtig gewachsen. Das System selbst scheint zwar noch einige Anleihen bei Windows 95 zu machen, doch weist es andererseits bereits viele Züge auf, die eine enge Verwandtschaft mit NT nahelegen.

Die im Lieferumfang der Vorabversion enthaltenen Treiber arbeiten schon nicht mehr direkt an der Hardware, sondern basieren auf einem Hardware Abstraction Layer (HAL), wie er in [1] beschrieben ist. Damit entwächst das System endlich dem `PC-Standard´. Einer Unterstützung von Laufwerken, die Floppies selbständig auswerfen, beliebig kombinierbaren Tastaturen und Mäusen nach dem USB-Standard (Universal Serial Bus) und einer flexiblen Unterstützung verschiedener Monitorformate steht damit nichts mehr im Wege.

In den Release-Notes finden sich gar Hinweise für grundlegende Multiprozessorergänzungen. Allerdings stützt sich dies jedoch auf spezielle Boarddesigns, die sich in der Kürze der Zeit leider nicht auftreiben ließen: Offenbar handelt es sich um einen speziellen Mehrprozeßbetrieb. Ein Prozessor namens d´Artagnon hält die Fäden zusammen, andere übernehmen jeweils spezielle Aufgaben. Athos kümmert sich um Animationen, Aramis ums Rendern, und Porthos widmet sich Systemdiensten.

Sofern als Prozessoragenten nicht spezialisierte RISC-Exemplare zum Einsatz kommen, kann Windows 97 der `herkömmlichen´ Intel-Ware beim Betrieb mehrerer DOS-Boxen jeweils eine Box aufbürden. Das Advanced Power Management (APM) mit Auto-Wake-ups (AWUs) sorgt dafür, daß sich auch beim gleichzeitigen Einsatz `zu weniger´ DOS-Boxen kein Prozessor langweilt. Zur Not kann der Anwender auf einem der Prozessoren auch schon mal einen Reboot einleiten, damit stets ein frisches Windows 97 bereitsteht.

Wann Interessierte hierzulande mit einer ersten Betaversion rechnen können, konnte Microsoft nicht mitteilen. Klar scheint in jedem Fall, daß man diesmal nach neuen Distributionskanälen einer vorab erhältlichen Version suchen wird. Erste Vorverhandlungen mit Großkinobesitzern, dies im Rahmen von Disney-Film-Premieren auch hierzulande durchzuziehen, sind vorerst gescheitert. Unserer Meinung nach wird es wohl erst Ende März 1997 soweit sein. (ps)

Literatur

[1] Microsoft Technology Brief, Win32 Driver Model for Windows Operating Systems

Vorne hui, hinten pfui: Selten benutzte und vernachlässigte Fenster sollte man bei Präsentationen möglichst weit in den Hintergrund stellen.

c't 2002, Heft 7

Gerald Himmelein, Dr. Volker Zota

Komprimierte Charakterköpfe

DivX-Hack halbiert Platzbedarf von Moviez

Aktuelle Video-Codecs dampfen Filme bei hohen Kompressionsgraden bereits mit beeindruckender Qualität ein: Die bei TV-Sendungen üblicherweise übertragenen 22 MByte/s schrumpfen ohne sichtbare Verluste auf ein bis zwei MBit/s. Jetzt reduziert der Einsatz so genannter ‘Facelets’ in bestimmten Fällen die Video-Bitrate nochmals auf wenig mehr als die Hälfte.

Schon seit geraumer Zeit existieren Videokompressionsverfahren, die ganze Spielfilme in erstaunlicher Qualität auf nur einen CD-Rohling quetschen können. Dennoch versuchen Film-Freaks, ihre Videos in immer kleineren Paketen zu verschnüren.

Vor gut zwei Jahren revolutionierte DivX 3.1 die Raubkopierszene, nun tritt DivX 5.0 Pro die Thronfolge an - und hat durchaus das Zeug dazu, den Vorgänger weit in den Schatten zu stellen. Nur Tage nach der Veröffentlichung der neuen Version stießen wir beim Filesharing-Dienst eDonkey 2000 auf DivX-5-kodierte Moviez, die gerade einmal halb so groß waren wie übliche DVD-Rips: ‘Notting Hill’ mit Julia Roberts und Hugh Grant kommt beispielsweise als 270 MByte ‘kleine’ Datei daher - trotz üblicher Auflösung von 720 x 304 Bildpunkten und standesgemäßer DivX-Qualität.

Da stutzten wir dann doch: Zwar versprechen in DivX 5.0 Pro eingeführte Optimierungen wie etwa ‘Bidirectional Frames’ bis zu 30 Prozent effizientere Kodierung, eine Platzersparnis jenseits von 50 Prozent schien uns jedoch völlig utopisch. Der Grund für die scheinbar enorm effiziente Kompression fand sich bei der Wiedergabe des Videos: Julia Roberts ist im wahrsten Sinne des Wortes nur ein Schatten ihrer selbst, auch von Hugh Grant ist nichts zu sehen. Anstelle der Hollywood-Prominenz bekommt der Betrachter lediglich eine Silhouette zu Gesicht. Alle anderen Darsteller erschienen dagegen erwartungsgemäß im Bild.

It’s a feature

Eine Recherche in einschlägigen DivX-Foren brachte Licht ins Dunkel. In den ersten überhitzten Postings argwöhnten empörte Anwender noch, die werbefinanzierte DivX-5-Version schwärze Teile des Videos, um die Nutzer zum Kauf der 30 US-Dollar teuren Pro-Version zu zwingen. Des Rätsels Lösung ist aber weitaus interessanter: Hinter den Schattenspielen stecken weder ‘geldgeile’ Entwickler, Programmier-Unfähigkeit noch ein neuer DVD-Kopierschutz. Es handelt sich vielmehr um ein revolutionäres Feature: Neben der eigentlichen Videodatei benötigt man so genannte ‘Facelet’-Bibliotheken der beiden Hauptdarsteller, die man separat herunterladen muss.

Die Bibliothek mit Julia Roberts (julia_roberts.m4f) ist etwa 50 MByte groß; die von Hugh Grant (hugh_grant.m4f) zehn MByte größer. Der Clou daran: Die Datei von Julia Roberts enthält nicht nur die Figur ‘Anna Scott’ aus Notting Hill, sondern auch ihre Paraderolle ‘Vivian Ward’ aus Pretty Woman sowie das Wonderbra-Wunder ‘Erin Brockovich’ aus dem gleichnamigen Film. Damit spart der DivX-Gucker pro Movie-Download 50 MByte. In der Facelet-Datei von Hugh Grant stecken noch die Bilder dreier weiterer Rollen - das erklärt den größeren Download.

Zu verdanken ist die Ersparnis der weitgehenden MPEG-4-Kompatibilität des jüngsten DivX-Sprosses. Findige Hacker griffen dazu auf dessen ursprünglich freie Code-Basis zurück. Dieser zunächst beim Project Mayo (www.projectmayo.com) für OpenDivX eingesetzte Code stammt direkt aus der MPEG-4-Referenzimplementierung des MoMuSys-Projekts [1]. Im Unterschied zu MPEG-2 kann MPEG-4 mehrere Bildelemente übereinander legen - ähnlich wie die Ebenen eines Bildbearbeitungsprogramms. Dazu verwendet das Format ‘Video Object Layers’ (VOL). Diese VOLs werden wiederum zu Video Object Planes zusammengefasst - analog zu den aus MPEG-1 und -2 bekannten Group Of Pictures (GOP).

Konzipiert wurde das Verfahren für ressourcenschonendes Streaming bei niedrigen Bandbreiten. Dazu werden Charakter und Hintergrund voneinander getrennt (MPEG-4 nennt dies ‘Spatial Segmentation’) und separaten VOLs zugeordnet. Als Hintergrund versteht MPEG-4 alle Objekte eines Videostroms, die konstant bleiben beziehungsweise durch einfache Translation ineinander überführt werden können - etwa bei Kameraschwenks. Im Idealfall muss der Hintergrund also nur einmal in einem I-VOL hinterlegt werden. Zum Hintergrund zählen dabei auch Nebendarsteller und andere bewegte Objekte, die der Algorithmus mit den bekannten MPEG-Techniken bearbeitet.

Der Hauptdarsteller wird separat behandelt - der MPEG-4-Jargon bezeichnet ihn als ‘Sprite’ oder plastischer als Facelet. Die Facelet-Datei enthält die Mimik und Gesichtszüge eines Charakters; je nach Ausdrucksstärke des Darstellers fallen dabei unterschiedlich viele Daten an. Die Bezeichnung ‘Facelet’ orientiert sich übrigens an ‘Wavelet’ - mit Wavelet-Transformationen arbeiten unter anderem LuraWave, JPEG2000 und auch MPEG-4 [2].

Mimikmuffel

Die meisten Schauspieler sind wenig wandlungsfähig. Gleich in welchem Film sie mitspielen: Die Gesichtszüge, Gebärden und Grimassen verändern sich nur selten - sonst würde man sie ja auch nicht wieder erkennen. Im Kompressions-Slang nennt man das einen ‘hohen Redundanzgrad’ - die Charakterköpfe werden durch Triangulierung und Shape Adaptive Discrete Cosine Transformation (SA-DCT) des Advanced Coding Efficiency Profile (ACE) erfasst, ihre Differenzen bestimmt und in einer m4f-Bibliothek (m4f: MPEG-4 Facelet) hochkomprimiert gespeichert.

Ein Mimikmuffel wie Tom Cruise lässt sich besonders Platz sparend zu Sprites verarbeiten - schließlich decken vier Gesichtsausdrücke sein gesamtes emotionales Spektrum ab. Den ‘Ethan Hunt’ der beiden ‘Mission Impossible’-Filme unterscheiden nur der Dreitagebart, die Frisur und die Narbe im Gesicht - sie lassen sich einfach als zusätzliche Textur auf das Sprite anwenden.

Arnold Schwarzenegger ist ebenfalls ein dankbares Kompressionsopfer: In Terminator 1 und 2 behält er beispielsweise stets den gleichen emotionslosen Gesichtsausdruck und ermöglicht dadurch maximale Kompression. Das Metall-Exoskelett des T-800 landet in einer separaten Datei und kommt damit ebenfalls bei der Eröffnungssequenz der Sequel zum Einsatz.

Auch wenn wir aus Zeitgründen noch keine diesbezüglichen Versuche anstellen konnten, dürften deutsche Produktionen besonders von der Facelet-Kompression profitieren: Hier tritt schließlich ein deutlich kleinerer Artisten-Pool immer wieder vor die Kamera. Die Bibliotheken für Til Schweiger, Götz George und Katja Riemann dürften bereits die Hälfte der deutschen Produktionen der letzten fünf Jahre abdecken.

In der Praxis zeigt die Facelet-Kompression allerdings noch ihre Tücken. So können Übertragungsfehler dazu führen, dass bestimmte Variablen in einem Facelet-komprimierten DivX-Video umkippen und das Codec plötzlich den falschen Bereich aus der Bibliothek lädt. Dies war beispielsweise bei einem DVD-Rip von ‘The Fifth Element’ zu sehen, in dem Bruce Willis plötzlich als ‘John McClane’ aus ‘Stirb langsam’ auftauchte.

Praktische Schwächen

Ein unschönes Problem tritt bei Video-Dateien auf, in denen die Breitbild-Balken mitkodiert wurden: Hier ragt der Körper des eingebundenen Akteurs ständig in die schwarzen Balken hinein, was doch sehr störend wirkt.

Kinderkrankheit: Bei einem Video mit mitkomprimierten schwarzen Balken fällt das eingebundene Sprite aus dem Rahmen.

Zu den amüsanteren Bugs gehört hingegen, was ein findiger Anwender im DivX-Forum publizierte: Der DivX 5-Codec validiert den Inhalt der eingebundenen Facelet-Bibliotheken nicht. So genügt es beispielsweise, die Facelet-Datei von Julia Roberts in arnold_schwarzenegger.m4f umzubenennen, damit plötzlich die Actrice durch Terminator 2 stakst. Das Vergnügen hält aber nur kurz an: Da Frau Roberts deutlich schmaler und anders proportioniert ist als die steirische Eiche, verdeckt sie die Aussparung vor dem Hintergrund natürlich nicht vollständig. Aber die Technologie steckt ja noch in den Kinderschuhen.

Zum Erzeugen der benötigten Facelet-Bibliothek muss man DivX 5 Pro veranlassen, ein DivX-MP4 zu schreiben. Zusätzlich müssen die undokumentierten Kommandozeilenparameter `-lm m4f -add´ übergeben werden.

Eines wird aus der Verfahrensweise bereits klar: Je actionreicher der jeweilige Film, desto weniger Ersparnis lässt sich durch den Einsatz von Facelets erzielen. Umgekehrt eignen sich das ‘Heute Journal’ oder die ‘Tagesthemen’ hervorragend zur Facelet-Zerlegung, zumal auch die Hintergründe des virtuellen Studios gut in I-VOLs Platz finden. Bei Action-Krachern macht sich der Kompressionsgewinn von Facelets nur dann bemerkbar, wenn sie beispielsweise viele Nahaufnahmen enthalten.

Dennoch hat das Facelet-Verfahren einige wesentliche Vorteile: Durch die Trennung von Vordergrund-Sprites wie Schauspielern und anderen beweglichen Objekten vom Hintergrund entstehen weniger Artefakte. Ansonsten bekommen sowohl MPEG-2 als auch MPEG-4 häufig Probleme bei der Bewegungsvorhersage (Motion Estimation), wenn Teile des zunächst verdeckten Hintergrunds ins Bild kommen. Das Back-/Foreground-Mosaicing des Facelet-Verfahrens vermeidet diesen Effekt.

Soll der [en]VOGUE Encoder mehr als ein Sprite gleichzeitig aus dem Hintergrund lösen,...

... kann es bei der Wiedergabe zu bizarren Artefakten kommen

Bei der MoMuSys-Referenzimplementierung diente das in Java implementierte Programmpaket VOGUE (Video Object Generation Tool with User Environment [3]) zur Analyse der Videosequenzen. VOGUE zerlegte die Videobilder halbautomatisch in Video-Objekte, wobei der Anwender die Objekte per Hand den gewünschten VOLs zuordnen musste.

[en]VOGUE

Derzeit kursiert im Internet eine Weiterentwicklung, die diesen Job nach einmaligem Markieren der Hauptperson vollständig automatisch erledigt - die Hacker haben sie sinnigerweise [en]VOGUE getauft (siehe Soft-Link). Die Ergebnisse konnten zwar beeindrucken, doch benötigt das Tool auch bei einem schnellen Prozessor extrem viel Zeit für die aufwendigen Berechnungen. Allein für die Analyse der Anna Scott in Notting Hill benötigte unser Testrechner, ein 1,4-GHz-Athlon mit 512 MByte Arbeitsspeicher, über acht Stunden.

Bei näherer Betrachtung der Arbeitsweise von [en]VOGUE verwundert das auch nicht: Die Analyse findet in mehreren aufwendigen Phasen statt. Zunächst muss der Anwender dem Programm anhand ausgewählter Einzelbilder grafisch definieren, welche Elemente zum Vordergrund gehören sollen und welche zum Hintergrund. Hier kommt die bereits erwähnte ‘Spatial Segmentation’ zum Einsatz, die Figuren und Hintergrund trennt. Im Idealfall muss man den Filmhelden nur einmal markieren, den Rest übernimmt der [en]VOGUE-Algorithmus.

Kinderkrankheiten

[en]VOGUE analysiert aufeinander folgende Frames (‘Temporal Segmentation’) mittels eines Tracking-Algorithmus auf Kamerabewegungen, Hinter- sowie Vordergrundobjekte und verpackt alle Bestandteile fein säuberlich in eigene Video Object Layer. Grundsätzlich arbei-tet das Programm überaus robust, doch traten im Test noch zwei Probleme auf. So schlug [en]VOGUE einmal Alarm, als es den zu isolierenden Charakter zweimal im Bild fand - in der fraglichen Szene stand Julia Roberts vor einem Spiegel. Das Problem ließ sich jedoch durch eine kurze Bestätigung per Mausklick beseitigen.

Laut Dokumentation kann das Programm in einem Durchlauf auch mehr als einen Charakter aus dem Film herauslösen. Bei unseren Experimenten kam es dabei aber zu dramatischen Erkennungsfehlern: Beim Versuch, die Protagonisten von Notting Hill gleichzeitig in Bibliotheken zu ‘rippen’, entstanden bizarre Verwechselungen - bei der Wiedergabe erschienen Blöcke aus dem Gesicht der einen Figur im anderen (siehe Bild). Auf Anfrage bestätigte einer der Hacker von ‘@F73RM@RCh’, der für [en]VOGUE verantwortlichen Hackergruppe, das Problem und kündigte an, den Bug in der nächsten Alpha zu beseitigen. Bis der Fehler entfernt ist, sollte man also immer nur einen Charakter auf einmal herauslösen.

Kleine Gaudi: Benennt man eine Facelet-Bibliothek um, importiert der DivX-Player die falsche Figur in den Film.

Die fertig berechneten Video Object Layer übergibt man anschließend dem DivX-Codec, der daraus MPEG-4-Videos generiert. Damit DivX 5 Pro den markierten Schauspieler in eine Facelet-Bibliothek überträgt, muss man einige undokumentierte Parameter in die Kommandozeile der Bedienoberfläche eingeben. Die Option ‘-lm m4f’ aktiviert den Library Mode; ein nachgestelltes ‘-new’ legt eine neue Datei an. Um eine bereits bestehende m4f-Bibliothek zu ergänzen, ersetzt man ‘-new’ durch ‘-add’.

Die Hacker von [en]VOGUE gaben uns kurz vor Redaktionsschluss noch den Tipp, dass zusätzlicher Arbeitsspeicher die Bearbeitungszeit des Tools deutlich reduzieren könne. Aufgrund seiner Arbeitsweise benötigt die Software offenbar sehr viel Speicher und lagert diesen notfalls in eine Swap-Datei aus. Bei einem Gigabyte RAM solle die Bearbeitungszeit auf ein Drittel schrumpfen - leider fehlte uns die Zeit, dies auszuprobieren.

Fazit

Bei den Hollywood-Studios dürfte die Facelet-Technologie für heiße Köpfe sorgen - und das nicht nur, weil die kreativen Impulse in Sachen Video-Komprimierung wieder mal aus der Raubkopierer-Ecke kommen.

Grundsätzlich erleichtern Facelets optimal die Verbreitung von Filmen und Fernsehserien im Internet: So könnte das Studio die für eine Serie benötigten Facelet-Bibliotheken gratis auf CDs verteilen und die Episoden mit der entsprechend kleineren Dateigröße zum kostenpflichtigen Download anbieten.

Bei digital produzierten Filmen und Serien sollte es ein Leichtes sein, Vorder- und Hintergrund bereits während der Dreharbeiten zu trennen. Professionell erzeugte Bibliotheken dürften eine noch bessere Qualität erzielen als die derzeit möglichen Ergebnisse - beim heutigen Stand der Technik entgleisen den Facelet-Akteuren ab und zu noch für Sekundenbruchteile die Gesichtszüge, wenn der Codec in der Bibliothek ‘danebengreift’.

Die Darsteller dürften sich andererseits überhaupt nicht über die neuen Bibliotheken mit ihren Gesichtern und Gesten freuen - zumal sich schnell die Frage nach der Rechtslage stellt: Gehört eine Facelet-Bibliothek dem darin abgebildeten Star oder dem Studio, das den Film produziert hat? Wie sieht das bei den Bibliotheken von Schauspielern aus, die für mehrere Studios vor den Kameras stehen?

Aus Kostengründen könnte Hollywood gar auf die Idee kommen, neue Filme von vornherein mit ‘Face Doubles’ der bekannten Darsteller zu drehen. Dabei würde das kassenträchtige Gesicht erst nachträglich aus einer Facelet-Bibliothek eingespielt, wofür der Darsteller bestenfalls eine Verwertungspauschale erhält. Dies ist durchaus keine Zukunftsmusik: Das Filmstudio New Line musste damit bereits 1994 Erfahrungen sammeln - wenn auch vor tragischem Hintergrund. Bei den Dreharbeiten zum Film ‘The Crow’ verstarb damals der Hauptdarsteller Brandon Lee an den Folgen eines Unfalls. Den restlichen Part übernahm ein Double, dessen Gesichtszüge im abschließenden Compositing durch die des verstorbenen Schauspielers ersetzt wurden.

Man sollte auch die kreative Energie der Hacker nicht unterschätzen: Der oben geschilderte Validierungsfehler öffnet allen möglichen Manipulationsmöglichkeiten Tür und Tor. Es ist nicht auszudenken, welche Folgen es für das Ansehen eines Darstellers haben könnte, wenn ein ‘Nude Patch’ im Netz auftauchen sollte - so seinerzeit für Lara Croft geschehen, die Polygonheldin des Action-Spiels ‘Tomb Raider’. (vza)

Literatur

[1] MoMuSys-Homepage

[2] Dr. Wilhelm Berghorn, Tobias Boskamp, Steven Schönfeld, Prof. Dr. Hans-Georg Stark: Winzig mit Wavelets, c't 26/99, S. 186

[3] VOGUE-Homepage

www.ct.de/0207090

c't 2003, Heft 7

Harald Bögeholz

Pfadfinder

Trägheitsnavigation mittels Festplatten

Die Konstrukteure von Notebook-Festplatten haben raffinierte Verfahren entwickelt, um die Köpfe auch bei Erschütterungen und Vibrationen auf der richtigen Bahn zu halten. Dadurch lassen sich Festplatten als hochsensible Beschleunigungssensoren zweckentfremden und für die Trägheitsnavigation einsetzen. Auch die im stationären PC eingebaute Platte liefert interessante Messwerte.

Festplatten speichern ihre Daten bekanntlich auf rotierenden Magnetscheiben in konzentrischen Spuren (englisch Tracks). Um immer mehr Daten auf einer Scheibe unterzubringen, haben die Konstrukteure im Laufe der Jahre immer mehr Spuren darauf gequetscht. Aktuelle Notebook-Festplatten erzielen eine Spurdichte von mehr als 65 000 TPI (Tracks per Inch), das sind 2500 Spuren pro Millimeter. Eine einzelne Spur ist also nur noch 0,4 µm breit.

Angesichts dieser Dimensionen ist es eine technische Herausforderung, die Köpfe auf der Spur zu halten, insbesondere unter äußeren Störeinflüssen wie Stößen oder Vibrationen. Der Kopfarm einer Festplatte wird dazu stufenlos von einem Linearmotor bewegt. Da er sehr reibungsarm gelagert ist, setzt er sich schon bei der geringsten Erschütterung in Bewegung. Damit die Köpfe eine bestimmte Spur halten, regelt die Laufwerkselektronik ihre Position daher ständig nach. Dazu muss sie wissen, wo sich die Köpfe gerade befinden beziehungsweise um wie viel ihre Lage von der Sollposition abweicht. Dieses so genannte Position Error Signal (PES) gewinnt die Platte durch die Auswertung von Servoinformationen, die in regelmäßigen Abständen zwischen den Nutzdaten aufgezeichnet sind (embedded servo).

Die Plattenhersteller werten das PES für Diagnosezwecke aus, um etwa Lagerschäden oder Verschiebungen im Plattenstapel durch Stöße nachzuweisen [1]. Sie haben daher Spezialkommandos implementiert, um die PES-Daten auszulesen. Unter dem Siegel der Verschwiegenheit haben uns einige Hersteller in die Geheimnisse dieser Kommandos eingeweiht. Was wir damit machen dürfen, haben sie uns nicht gesagt - wieso also nicht die Festplatte in einen hochempfindlichen Beschleunigungssensor umfunktionieren?

Damit könnte man die Festplatte als preisgünstiges, weil im Notebook sowieso vorhandenes Navigationsinstrument nutzen. Die Beschleunigung ist ja bekanntlich die Ableitung der Geschwindigkeit und diese wiederum die Ableitung des Orts. Indem man also zweifach über die gemessenen Beschleunigungswerte integriert, erhält man eine (relative) Positionsangabe. Wir haben dazu das Programm ctHDNav entwickelt (siehe Soft-Link).

Messplatte

Mit dem PES allein könnte man allerdings nur Beschleunigungen in einer Raumrichtung messen, nämlich im rechten Winkel zum Kopfarm. Um auch die andere Raumrichtung zu erfassen, bedient sich ctHDNav eines Tricks: Es positioniert die Köpfe im schnellen Wechsel ganz innen und ganz außen auf der Platte. Dadurch misst es zwei verschiedene Komponenten des Beschleunigungsvektors und kann diesen daraus errechnen (siehe Abbildung).

Eine Kraft F beeinflusst die Köpfe unterschiedlich stark, je nachdem, ob sich diese am inneren (Fi) oder äußeren Rand der Platte befinden (Fa).

Beschleunigungskräfte zu erfassen nützt allerdings nur etwas, wenn man auch weiß, in welche Richtung sie wirken. Professionelle Trägheitsnavigationssysteme haben aufwendige Kreisel, um die Orientierung im Raum zu erfassen. Dieser Luxus steht im Notebook nicht zur Verfügung, sodass man Wege finden muss, eine Änderung der räumlichen Orientierung zu erfassen.

Dazu macht sich ctHDNav die Tatsache zunutze, dass Notebook-Platten waagerecht eingebaut sind, ihre Drehachse also senkrecht zur Erdoberfläche steht. Dreht man nun das Notebook in Rotationsrichtung der Festplatte, so sinkt die Drehzahl aus Sicht der Laufwerkselektronik kurzzeitig ein bisschen. Umgekehrt steigt sie für einen Moment, wenn man das Notebook andersherum dreht.

Um solche winzigen Drehzahländerungen zu erfassen, setzt die Laufwerkselektronik auf die adaptive Puls-Rückkopplung im Lesekanal. Vereinfacht ausgedrückt weiß die Platte beim Lesen immer im Voraus, wann sie mit dem nächsten Datenbit zu rechnen hat. Indem man diesen Erwartungswert in die PLL des PRML-Decoders einkoppelt, erhält man eine Phasendifferenz, in der sich auch kleinste Drehzahländerungen niederschlagen. Im Normalbetrieb nutzt die Platte dieses Rotational Error Signal (RES), um die Drehzahl zu regeln. Es lässt sich aber wie das PES zu Diagnosezwecken auslesen und für die Navigation zweckentfremden.

Eine Drehung der Festplatte zeigt sich in Form winziger Ausschläge im Rotational Error Signal.

PES und RES zusammen liefern genügend Informationen für eine zweidimensionale Ortsbestimmung. Die dritte Raumrichtung lässt sich leider nicht erfassen; dazu bräuchte man eine weitere Festplatte, die senkrecht zur ersten steht. Auch die Genauigkeit ist noch verbesserungswürdig, jedoch könnte sie schon jetzt für die Navigation im Auto genügen, wenn man Kartendaten hinzuzieht und von der Arbeitshypothese ausgeht, dass sich ein Auto nur auf Straßen bewegt (womit sich auch gleich die Frage nach der dritten Dimension erübrigt).

Rechts- oder linksdrehend

Wenn Sie ein Notebook besitzen, können Sie sich mit ctHDNav selbst ein Bild von der Genauigkeit der Festplattennavigation machen. Dazu müssen Sie zunächst angeben, ob Ihre Festplatte links- oder rechtsherum dreht. Da dies nicht so leicht herauszufinden ist - es hängt sowohl vom Typ als auch von der Einbaulage der Festplatte ab -, probiert man am besten einfach beide Einstellungen aus. Als Nächstes muss die Software kalibriert werden. Dazu sind mit dem Notebook einige genau definierte Bewegungen durchzuführen. Je penibler Sie dabei den Anweisungen des Programms folgen, desto präziser später das Ergebnis.

Im Tracking Mode plottet ctHDNav nach erfolgreicher Kalibrierung die zurückgelegten Wege. Um das im Auto auszuprobieren, stellen Sie das Notebook am besten im Fußraum auf den Boden, damit die Platte möglichst waagerecht liegt. Aus Gründen der Verkehrssicherheit sollten Sie die Bedienung des Programms unbedingt einem Beifahrer überlassen. Eine optische Maus auf dem Schoß hat sich dazu bewährt.

Die Positionsangaben werden im Laufe der Zeit immer unzuverlässiger, da sich die Messfehler immer weiter aufschaukeln. Eine bessere Genauigkeit erreichen Sie, wenn Sie beim Anhalten jeweils den Geschwindigkeitsvektor manuell auf Null setzen. Trotz dieser Nachhilfe haben wir bei Testfahrten in der Umgebung von Hannover ein merkwürdiges Phänomen beobachtet: Die Abweichungen tendierten auf Dauer stets in Fahrtrichtung gesehen nach rechts. Ein Testfahrer im sonnigen Spanien dagegen verzeichnete wesentlich geringere Fehler - obwohl die Straßen dort eigentlich keinen so viel besseren Eindruck machten.

Mess-Mysterien

Auf der Suche nach einer Erklärung wandten wir uns an das Bundesamt für Geodäsie und ihre Abweichungen. Dort kennt man sich mit Messfehlern bestens aus und konnte unsere Erfahrungen nicht nur nachvollziehen, sondern auch erklären: schuld ist die Corioliskraft. Dabei handelt es sich um eine Scheinkraft, die durch die Erdrotation entsteht und bewegte Teilchen - relativ zur Erdoberfläche betrachtet - nach rechts ablenkt (auf der Südhalbkugel nach links). Sie bewirkt unter anderem, dass die Luft nicht geradeaus vom Hoch- ins Tiefdruckgebiet strömt, sondern dies in einer Spiralbewegung tut, wie man tagtäglich auf der Wetterkarte sehen kann.

Die Corioliskraft wirkt auch auf die schnell im Kreis herumwirbelnde Luft im Inneren des Festplattengehäuses. Da diese seitlich abgelenkt wird, übt sie eine - wenn auch sehr schwache - einseitige Kraft auf die Köpfe aus. Die Schwankungen des PES, die durch Ungenauigkeiten des Lagers und äußere Einflüsse entstehen, werden also von einer ganz geringen Tendenz nach rechts überlagert.

Wir haben daher ctHDNav um eine Langzeitmessung erweitert, die dieses Phänomen gezielt aufspürt. Um die maximal mögliche Genauigkeit zu erreichen, sollte man sie bei stillstehendem PC eine Erdumdrehung lang laufen lassen, also 24 Stunden. Die Corioliskraft ist am Pol am stärksten, während sie am Äquator nicht auftritt (genau genommen senkrecht zur Erdoberfläche wirkt). ctHDNav kann dadurch die geographische Breite des Standorts ermitteln.

In einer Langzeitmessung ermittelt ctHDNav den Breitengrad des Standorts.

Damit das klappt, ist es entscheidend, dass Sie die Drehrichtung der Festplatte korrekt angeben (Leser auf der Südhalbkugel stellen sie bitte genau andersherum ein). Zur Maximierung der Amplitude müssen Sie den Rechner so aufstellen, dass die IDE-Schnittstelle der Festplatte nach Südosten zeigt (Südhalbkugel: Nordwesten). Um die Messung nicht zu beeinträchtigen, sollten Sie währenddessen möglichst wenig am PC arbeiten. ctHDNav unterbricht zwar bei Festplattenzugriffen seine Arbeit, aber je mehr Messdaten es erhält, desto genauer das Ergebnis. In unseren Versuchen konnten wir bisher eine Genauigkeit von etwa 50 Kilometern erzielen; das genügt immerhin, um Hamburg von Hannover zu unterscheiden. Um ctHDNav weiter zu verbessern, sind wir auf Ihre Hilfe angewiesen: Teilen Sie uns Ihre Messergebnisse unter Angabe des Festplattentyps und Ihres Wohnorts mit tatsächlichem Breitengrad per E-Mail an hdnav@ctmagazin.de mit. Wir werden sie statistisch auswerten und in einer der nächsten Ausgaben vorstellen.

Ausblick

Weitere Anwendungen des hier gezeigten Messprinzips werden zurzeit von der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe erforscht. Sie betreibt in staatlichem Auftrag ein nationales seismologisches Datenzentrum, unter anderem, um über die Einhaltung des Kernwaffen-Teststopp-Abkommens zu wachen [2]. Mit seinen mehr als 150 seismischen Stationen in Deutschland trägt es seinen Teil zum IMS, dem International Monitoring System bei.

Dort denkt man nun darüber nach, statt teurer dedizierter Stationen ein Mitmach-Projekt à la seti@home ins Leben zu rufen, bei dem eine möglichst große Anzahl von Freiwilligen die Messsoftware im Hintergrund auf ihrem PC laufen lässt. Da sie relativ wenig Rechenleistung benötigt, würde sie die normale Arbeit kaum beeinträchtigen. Allerdings ist eine ständige Verbindung mit dem Internet erforderlich. Ereignisse wie die Druckwelle, die die Concorde erzeugt, wenn sie auf dem Rückflug aus New York in den Unterschallbereich wechselt, könnten von einem weltweiten verteilten seismischen Netzwerk präzise vom Ort ihrer Entstehung an verfolgt werden, statt wie heute erst mit einstündiger Verzögerung von der Infraschall-Messstation IS26 im Bayerischen Wald wahrgenommen zu werden.

Unsere Erfahrungen mit ctHDNav in stationären PCs haben zwar gezeigt, dass eine Fülle von Störeinflüssen die Genauigkeit beeinträchtigt - wer etwa neben einer Bahnlinie wohnt, hat kaum eine Chance auf verlässliche Ergebnisse. Aber indem man viele Messdaten über ein großes Gebiet verteilt erfasst, kann man diese Störeinflüsse herausrechnen und hochgenaue Daten erhalten. Wer weiß - vielleicht wird man die Stärke von Erdbeben eines Tages auf der nach oben offenen Seagate-Skala messen. (bo)

Literatur

[1] Lars Bremer, Platten-Karussell, Zusammenfassung: 307 Festplatten im Vergleich, c't 5/03, S. 122

[2] Homepage des Seismic Data Analysis Center

www.ct.de/0307210

c't 2004, Heft 7

Christof Windeck

Drahtlose Kollekte

RFID-Tags überwachen den Autoverkehr

TÜV-Plaketten mit drahtlos auslesbaren Identifikationschips ermöglichen nicht nur die Maut-Abrechnung, sondern auch flächendeckende Geschwindigkeitsüberwachung.

Weitgehend unbemerkt von der Öffentlichkeit erobern drahtlose digitale Kennzeichen unser tägliches Leben. Radio Frequency Identification (RFID) löst nicht nur die Strichcodes auf Verpackungen ab [1], sondern lässt sich auch unsichtbar in Produkte, Tiere und Menschen einbauen. Passende Lesegeräte erfassen die winzigen Smart Tags unbemerkt auch auf größere Entfernung - im Supermarkt der Zukunft braucht man die Waren an der Kasse gar nicht mehr aus dem Einkaufswagen (oder der Manteltasche) zu nehmen, und die Kasse erkennt die Rabattkarte mit RFID-Chip auch, wenn der Kunde sie im Portemonnaie stecken lässt. Die RFID-Technik ist standardisiert und kommt weltweit zum Einsatz, sodass Lesegeräte bald sehr preiswert zu haben sein dürften.

Eher zufällig stießen wir auf eine offenbar schon vor Monaten eingeführte RFID-Anwendung. Dank rigoroser Geheimhaltung lief unbehelligt von Kritikern und Datenschützern ein sorgfältig vorbereitetes Überwachungsprogramm an, ob dessen Umfangs man kaum noch von einem „Feldversuch“ sprechen kann. Arglose Autobesitzer stellen dabei die Versuchskaninchenschar, ohne das Geringste davon zu ahnen. Schlimmer noch: Die Zeichen deuten darauf hin, dass die Karnickel demnächst zur Jagd freigegeben werden.

Reporter Zufall

Während eines Tests von Navigationssystemen wunderten sich die c't-Redakteure über sporadische Knacksgeräusche des billigen PMR446-Handfunkgeräts, die reproduzierbar vor allem in der Nähe des Fahrzeughecks auftraten. Ein EMV-Messgerät aus dem c't-Labor entlarvte dann Unglaubliches: Ein in der TÜV-Plakette verborgener RFID-Chip war die Störquelle. Für die Smart Tags ist in Europa neben 13,56 MHz und 2,446 GHz auch der Bereich um 435 MHz (ISM SRD) vorgesehen; dieser liegt nur 2,5 Prozent unter dem PMR446-Band, die zweite Oberwelle kommt nahe an 890 MHz heran, die untere Grenzfrequenz für D-Netz-Handys. Offenbar antwortet die Auto-Wanze auf starke Hochfrequenzfelder, wenn diese in der Nähe der eigenen Frequenz liegen, und die Antwortsignale wiederum scheinen die Empfänger zu verwirren.

Beim vorsichtigen Abziehen entlarvt sich die unscheinbare TÜV-Plakette als Funk-Wanze.

Doch wie kommt der Funk-Chip in die TÜV-Plakette - und was hat er dort zu suchen? Eine Internet-Recherche liefert erste Hinweise. Die mittlerweile liquidierte Nemesys GmbH aus Essen, eine Tochterfirma der RWTÜV AG [2], erhielt bereits 1996 ein europäisches Patent [3] auf ein automatisiertes System zur Geschwindigkeitsüberwachung auf Basis von Lasermessung und Fahrzeugidentifikation per Digitalkamera. Das Funktionsprinzip ließe sich viel einfacher mit RFID-Chips realisieren, denn über den Doppler-Effekt ist die Geschwindigkeit eines mit einem Sender versehenen Fahrzeugs sehr präzise messbar - daran arbeitet unter anderem die TU Clausthal [4]. Dient als HF-Sender ein RFID-Etikett, bekommt man die automatische Identifikation als Dreingabe dazu.

Nicht mit mir: Ein HF-Kondensator hinter dem Nummernschild verstimmt die Antenne des RFID-Chips.

Die nötigen Funk-Chips für den automobilen Einsatz sind indes längst verfügbar. Der Autoschilder-Spezialist Utsch [5] hat in Kooperation mit Schreiner ProSecure [6] und Infineon den IL-Tag entwickelt, eine serienreife RFID-Kennzeichnung für Kraftfahrzeuge. Dieselbe Firma Schreiner ProSecure stellt auch TÜV-Plaketten her - kann das alles Zufall sein?

Speed Correct

Es gibt natürlich keine Beweise für den Einstieg der genannten Firmen in die flächendeckende Verwanzung deutscher Autos. Der Einsatz dieser Technik liegt aber auf der Hand. Drahtlos auszulesende Fahrzeugkennzeichen ermöglichen eine simple und preiswerte Mauterfassung; das ist in Frankreich [7] und den USA [8, 9] gängige Praxis. Smart Tags wären also eine Alternative für die geplante LKW-Maut, falls das technisch aufwendige und teure Toll-Collect-System endgültig scheitert. Auch die Maut für Autos und Motorräder - von Insidern längst erwartet - ließe sich mit kleinen RFID-Plaketten leicht und preiswert einführen. Die bereits von Toll Collect [10] entlang deutscher Autobahnen aufgebauten Mautbrücken könnte man leicht mit RFID-Lesern nachrüsten. Auch andere Infrastruktur ließe sich weiternutzen, etwa das im Raum Hannover zur Expo 2000 installierte Move-System zur Verkehrsbeeinflussung [11].

Bild: VITRONIC
Toll-Collect-Mautbrücke: bald Basis für Speed Correct?

Zur flächendeckenden Erfassung ist eine große Zahl von Lesestationen nötig, aber diese sind billig und eröffnen gerade durch ihre große Anzahl völlig neue Möglichkeiten für die Verkehrsüberwachung und Strafverfolgung, etwa die Entlarvung chronischer Raser. Dazu reicht es, die Zeit zu messen, in der ein Fahrzeug einen bestimmten Streckenabschnitt zwischen zwei Mautbrücken zurücklegt. Anschließend vergleicht man das Ergebnis mit der kürzest möglichen Fahrtdauer, die sich unter Beachtung der entlang der gefahrenen Strecke geltenden Geschwindigkeitsbeschränkungen erzielen lässt. Kam das Fahrzeug schneller an der zweiten Messstation an, als es die Polizei erlaubt, erhält der Halter automatisch eine Verwarnung. Bürgerrechtsorganisationen schienen den Braten bereits gerochen zu haben und forderten schon im Februar den unverzüglichen Abbau der Mautbrücken. Doch anscheinend ist das Kind bereits in den Brunnen gefallen.

Totale Kontrolle

Anders als in den USA oder in Frankreich, wo Maut-Autobahnen in privater Hand sind, hätten deutsche Behörden unmittelbaren Zugang zu RFID-Daten. Und selbst wenn Datenschützer die Maut-Abrechnung vor direktem Polizeizugriff schützen: Über die große Zahl alltäglicher Erfassungsvorgänge und durch die Einbeziehung anderer Daten aus polizeilichen Routinekontrollen oder der in einigen Bundesländern „erprobten“ automatischen Kennzeichenerfassung per Videokamera [12] (übrigens erleichtert durch den merkwürdigen Schriftschnitt der neuen Kennzeichenlettern) wird die Zuordnung des Funk-Etiketts zum Fahrzeughalter per Data-Mining eine leichte Übung.

Die billige Handgurke dient als Anti-Spionage-Waffe.

Durch zwangsweise Verwanzung mit strahlenden TÜV-Plaketten wären alle in Deutschland zugelassenen Autos innerhalb kürzester Zeit drahtlos zu orten. Autobahnauffahrten und Innenstadt-Kreuzungen ließen sich schnell mit Lesegeräten ausstatten. RFID-Handys ermöglichen mobilen Greiftrupps Geschwindigkeitsmessung und Fahrzeugidentifikation gleichzeitig. Per UMTS-Anbindung ist auch die Halterfeststellung am Tatort kein Problem.

Bürgerwehr

Doch die drahtlose Fahrspaß-Bremse lässt sich aushebeln. Der enttarnte RFID-Chip versteckt sich in einer aufgenieteten TÜV-Plakette; anscheinend sind unauffällig verwanzte Klebe-Etiketten noch nicht serienreif. Nach einigen Versuchen konnten wir den Transponder kaltstellen, ohne die Plakette zu zerstören.

Ein übliches Nummernschild mit seinen 52 cm Länge bildet einen exakt abgestimmten 3/4-Lambda-Strahler für das 435-MHz-Signal (70 cm Wellenlänge!); nur durch Einsatz dieser Hilfsantenne kann der RFID-Chip die geforderten Reichweiten zur Fahrzeugerfassung überbrücken. Belastet man die exakt abgestimmte Antenne - also das Nummernschild - an geeigneter Stelle kapazitiv mit einem Lambda-Achtel-Kondensator, bricht der Antennengewinn um mehr als 10 dBµV zusammen, und aus ists mit dem Lauschangriff.

Das hört sich kompliziert an, ist aber sehr einfach zu realisieren: Sie benötigen ein auf 86,1 Millimeter Kantenlänge zugeschnittenes Quadrat aus Aluminiumfolie, das als Gegenelektrode dient. Als Dielektrikum und Klebstoff reicht Kerzen-Paraffin (relative Dielektrizitätszahl 2,2). Die Paraffinschicht muss möglichst dünn und gleichmäßig ausfallen, das Folienquadrat pappt man rückwärtig dort aufs Nummernschild, wo vorne der Speed-Correct-Sender, sprich die Plakette, sitzt. Noch ist das nicht verboten, aber zur Not geht es auch rückstandsfrei wieder ab.

Zur Erfolgskontrolle lässt sich hervorragend ein bezüglich EMV-Konformität noch „undichtes“ D-Netz-Handy der ersten Generationen verwenden: Kommt eine damit in der Nähe des Nummernschildes versendete SMS verstümmelt an, hat das RFID-Tag dazwischengefunkt. Die Störungen werden umso wahrscheinlicher, je länger die SMS ist und je höher die Buchstaben im ASCII-Alphabet angesiedelt sind; hoch geeignet erscheint uns eine SMS aus 143 großen Üs, die man an sich selbst sendet. Zur Komplettierung unserer geografischen Verbreitungsübersicht freuen wir uns über Positiv- und Negativmeldungen an die eigens dafür eingerichtete E-Mail-Adresse rfidtuev@ctmagazin.de - eine anonyme Mitteilung mit Angabe der Postleitzahl und des Handy-Typs genügt.

Stand-Ort Deutschland

Es ist absehbar, dass Vater Staat seine Big-Brother-Anwandlungen mit hehren Zielen verbrämen wird. Als Vorwand zur Gängelung freier Bürger dürften wieder einmal die Absenkung der Unfallzahlen und der Umweltschutz herhalten, wobei man aber den RFID-Elektrosmog geflissentlich übersieht. Genau wie Microsoft sein Trusted-Computing-Konzept zur Beschneidung von Nutzer-Rechten als Sicherheitssystem zum Schutz privater Daten und vor Viren verkaufen will, wird man den Autobesitzern die Funk-Kennzeichnung als Diebstahls- und Missbrauchschutz andrehen wollen. Dazu ist direkter staatlicher Druck gar nicht nötig: Es reicht, wenn die Versicherungen unmarkierte Fahrzeuge nicht mehr akzeptieren - wie bei der Wegfahrsperre. Deutschland ist auf dem besten Wege zum buchstäblichen Stand-Ort. (ciw)

Literatur

[1] Jürgen Kuri, Angela Meyer, Peter Schüler, Im Fadenkreuz, Verbindungsdatenspeicherung, Biometrie, DRM, RFID: die Aushöhlung des Datenschutzes, c't 6/04, S. 138

[2] RWTÜV AG

[3] Digitale Geschwindigkeitsmessung mit Lasern der Firma Nemesys: Europäisches Patent EP 0 741 377 von 1996, www.depatisnet.de

[4] Geschwindigkeitsmessung mit aktivem Transponder

[5] Schreiner Group (ProSecure, LogiData)

[6] IL-Tag der Utsch AG

[7] Liber-T, drahtlose Mauterfassung in Frankreich (Télépéage)

[8] Automatische Mauterfassung in Virginia

[9] Automatische Mauterfassung in New Jersey

[10] Detlef Borchers, Verursacherbedingt verspätet, Das „fortschrittlichste Mautsystem der Welt“ und die Realität, c't 22/03, S. 92

[11] move GmbH

[12] Kennzeichen-Erfassung in Thüringen und an der bayerischen Grenze

c't 2013, Heft 8

Martin Holland

Volks-Facebook

Berlin plant Staatsnetzwerk für alle

Die Bundesregierung geht in die Offensive und richtet ein staatliches soziales Netzwerk für alle Deutschen ein. Darin sollen ihre Daten sicherer sein als bei Facebook und Co.

Äußerst ungewöhnlich beginnt ein ganz besonderes Gespräch an der c't-Hotline Mitte Februar: „Ich habe ein Problem, das ist nicht zu lösen. Aber mein Auftraggeber glaubt mir nicht. Bitte erklären Sie ihm doch, dass ich Recht habe und seine Bitte unmöglich erfüllen kann.“

Der Anrufer ist ein Web-Entwickler aus dem Bundesministerium für Verbraucherschutz, der gerade aus einem mehrstündigen Meeting kommt. Nach dem intensiven Streit mit seinem Vorgesetzten fällt dem c't-Leser Marc M. (Name von der Redaktion geändert) nichts anderes mehr ein, als uns um Hilfe zu bitten.

Seit mittlerweile mehr als zwei Jahren arbeitet M. an einem Großprojekt der aktuellen Bundesregierung. Es ist ein soziales Netzwerk, in dem der Datenschutz oberste Priorität hat, erläutert er schließlich. Darin gibt es alles, was die Nutzer an ihren Favoriten wie Facebook und Google+ zu schätzen wissen. Jeder Bürger hat ein Profil, man kann sich mit Freunden oder Kollegen vernetzen, Dinge mit ihnen teilen, einfach gesagt: in Kontakt bleiben. Sämtliche Daten sind dabei sicher vor unerwünschten Zugriffen, liegen sie doch auf Regierungsservern.

An der Entwicklung haben sich fast alle Bundesministerien mit eigenen Vorschlägen beteiligt. M. erzählt dann auch nicht nur von den technischen Einzelheiten, sondern gibt uns einen Einblick in die wechselvolle Geschichte des Projekts. Mit unüberhörbarem Stolz ermöglicht er uns auch den Zugang zur Vorabversion. Und noch am selben Tag loggen wir uns in das offizielle soziale Netzwerk der Bundesrepublik ein.

Die Startseite des staatlichen sozialen Netzwerks ist bereits online. Jeder volljährige Bundesbürger kann hier überprüfen, ob sein Konto schon angelegt ist. Anmelden können sich nur aus-gewählte Beta-tester.

Agenda digital

Es soll ein Befreiungsschlag werden in der Debatte um den Datenschutz. Außerdem ein Signal Richtung Piraten und Rot-Grün, dass man nicht von gestern ist. Und wenn man schon einmal dabei ist, warum nicht auch gleich noch eine Plattform für das E-Government, auf der in nicht allzu ferner Zukunft sogar das Wählen möglich sein soll. So stellt es sich die schwarz-gelbe Bundesregierung vor.

Bereits wenige Monate nach Ilse Aigners medienwirksamem Austritt aus Facebook hatte ihr Ministerium die Technik eines anderen großen sozialen Netzwerks gekauft: StudiVZ. Darauf sollte das BürgerVZ21 aufgebaut werden: ein deutsches Vorzeigeprojekt, im Stile von Stuttgart 21. Im Netz nicht immer nur hinterherlaufen, sondern endlich einmal vorangehen: Das war das Ziel, wie es hinter verschlossenen Türen vorgegeben wurde. Nicht nur infrastrukturell, sondern auch virtuell würde die Bundesrepublik im 21. Jahrhundert ankommen.

Ein kleines Entwicklerteam wurde mit der Arbeit beauftragt und bekam zehn Monate Zeit. Aber die Initiative wurde in der Koalition immer bekannter. Von den verschiedensten Ministerien der Regierungskoalition kamen bald Vorschläge, ob man diesen oder jenen Dienst nicht auch gleich noch integrieren könne. Das Entwicklerteam wurde jedoch nicht vergrößert, und so arbeiten weiter ganze fünf Techniker an der Plattform.

Als der Abstieg der VZ-Netzwerke absehbar wurde, fiel auch das „VZ“ im Namen. Parallel zu den Geschehnissen in Stuttgart verlor auch die „21“ an Strahlkraft und verschwand schließlich ebenso. Als SPD und Grüne von dem nun schlicht Bürgernetz genannten Projekt Wind bekamen, wurden sie zumindest teilweise einbezogen. Sie bestanden auf dem Binnen-I und der Name BürgerInnennetz war geboren. Lediglich Baden-Württembergs Landesregierung reichte das nicht. Sie lässt selbst ein Online-Bürgerportal entwickeln, das mit einigen Funktionen aus dem BürgerInnennetz noch vor diesem öffnen soll.

Daten beim Staat = Datenschutz

Während bei den existierenden Netzwerken die Informationen von den Nutzern selbst eingepflegt werden müssen, läuft das beim BürgerInnennetz anders. Der Staat fügt erhobene Daten aller Deutschen selbst ein. Zur Eröffnung wird das Netzwerk deswegen sofort das größte soziale Netzwerk Deutschlands. Die Nutzer können nur wenige Daten selbst ändern. Anonym kann es gar nicht genutzt werden, um zu verhindern, dass „sich ein rechtsfreier Raum entwickelt“, wie es aus dem Innenministerium geheißen habe.

Die Nutzerdatenbank hat schon im Testbetrieb beinahe ihre endgültige Größe erreicht. Dutzende Millionen Konten wurden präventiv angelegt. Dabei handelt es sich offensichtlich um Daten, die die GEZ in den vergangenen Jahren erhoben hat. Darauf deutet zumindest das Profil eines fiktiven Hannoveraners namens Fridolin Frohgemut-Fröhlichkeit hin. Ihn hatten c't-Kollegen einst für einen Bericht in die GEZ-Datenbank einschmuggeln können. Wer wissen möchte, ob sein Datensatz dazugehört, kann unter Berufung auf das Informationsfreiheitsgesetz bereits einen Antrag auf dessen Herausgabe stellen (siehe c't-Link).

Ist das BürgerInnennetz erst einmal geöffnet (planmäßig ab Mai), wird jeder Bundesbürger beim ersten Anmelden sein ausführliches Profil vorfinden. Nach dem Einloggen mit dem standardmäßigen Passwort (Nachname plus Geburtstag) sollte das aus Sicherheitsgründen unbedingt sofort geändert werden. Auf der Plattform werden die BürgerInnen nicht nur die Inhalte anderer Einzelpersonen vorfinden, auch staatliche Stellen werden bereits warten. Möglichst bald soll dann alle Behördenkommunikation über das Netzwerk laufen. Öffentlich-rechtlichen Rundfunkanstalten wird von Politikern dringend geraten werden, von Facebook und Google+ ins BürgerInnennetz umzuziehen.

Nutzer dürfen ihren eigenen Nutzernamen wegen der Klarnamenpflicht nicht ändern. Über die Einwohnermeldeämter werden Nachnamen nach einer Heirat automatisch geändert. Mehr als fünf Namensänderungen sind aber nicht möglich, da die Technik unter der Haube nicht überarbeitet wurde. Diese Beschränkung, wie sie andere soziale Netzwerke auch kennen, sollte Nutzer ursprünglich vom Namenswechsel abhalten, stellt das System aber bei mehr als fünf Eheschließungen vor schwere Probleme. Sollte jemand tatsächlich auf diese Anzahl kommen, würde er automatisch als Betrüger eingestuft. Einige Unionspolitiker hätten sogar gewünscht, diese Grenze auf eine Namensänderung herunterzusetzen, erklärt M. uns hörbar belustigt.

Bild: Deutsche Post
Die Telekom wird im Rahmen ihres Hotspot-Programms auch Terminals für das BürgerInnennetz aufstellen. Bei der Deutschen Post bekommt man Ausdrucke der eigenen Pinnwand, wenn man zu Hause keinen Computer hat.

Bürger, die noch keine oder nur wenige Erfahrungen mit dem Internet gesammelt haben, sollen sich im BürgerInnennetz genauso heimisch fühlen wie die Digital Natives. In Einwohnermeldeämtern, Postfilialen und Telefonzellen sind Automaten geplant, über die sich Nutzer ohne Internetzugang einloggen können. Darüber können sie ihr Profil pflegen, Kontakte bestätigen, Behördenkommunikation erledigen und andere Mitglieder kontaktieren. Status-Updates der Freunde und wichtige Informationen können sie außerdem per Post abonnieren und sich gesammelt einmal pro Woche zuschicken lassen. Damit keine Zusatzkosten entstehen, darf darin auf Druck der FDP auch Werbung verschickt werden. Die Daten für derart personalisierte Werbung erhalten aber nur „vertrauenswürdige“ Unternehmen aus der EU.

An die Plattform soll in Zukunft auch das Verkehrszentralregister angebunden werden. Erhält ein Bürger etwa Punkte „in Flensburg“, werden die auf der Pinnwand seiner Seite geteilt. Das soll Verkehrssünder zusätzlich abschrecken. Wird jemand beim Rasen geblitzt, bekommt er das Foto in Zukunft außerdem nicht mehr per Post, sondern nur noch über das Netzwerk zugestellt. Damit soll die papierlose Verwaltung vorbereitet werden.

Die BürgerInnenApps, die sich derzeit in der Entwicklung befinden, kämpfen noch mit einigen technischen Schwierigkeiten: Derzeit laufen sie auf Android nahezu störungsfrei, aber auf iOS ist ein Jailbreak notwendig. Da sich dies auch nicht mehr ändern wird, arbeitet man derzeit an einer Anleitung, die jedem Interessierten erklärt, wie ein iOS-Gerät derart befreit werden kann. Apple soll künftig auch dazu verpflichtet werden, die iPhones und iPads hierzulande bereits mit vorgenommenem Jailbreak zu verkaufen.

Altlasten machen Probleme

In unserem Gespräch gesteht M. auch vorhandene Fehler ein, die zur geplanten Eröffnung des Netzwerks zum Problem werden könnten. Wir konnten beispielsweise nachvollziehen, dass private Fotoalben angesehen werden können, wenn die Adresse lediglich eines Bildes bekannt ist. Spätestens hier zeigt sich ein Erbe von StudiVZ. Außerdem sei die Standardabfrage zur Passwortwiederherstellung die nach dem Geburtsnamen der Mutter. Wer diesen wisse, könne damit das Konto übernehmen. Richtig sicher sei es dagegen, wenn man die Authentifizierung mit dem neuen elektronischen Personalausweis nutzt. Dazu braucht man lediglich ein zertifiziertes Lesegerät. Diese Technik soll auch zum Einsatz kommen, wenn über die Plattform erst Abstimmungen und später auch Wahlen abgewickelt werden.

Weil alle Bundesbürger im BürgerInnennetz vertreten sind, können die Kommunen dort auch Bußgeldbescheide zustellen. Die automatische Bilderkennung stellt fest, wer denn nun am Steuer saß.

Dagegen mutet die Auseinandersetzung, die M. ursprünglich zu uns brachte, regelrecht banal und bizarr an: Mitte Februar wurde ein Unionspolitiker darauf aufmerksam, dass das „i“ im Plattformnamen in der Adresszeile der meisten Browser als Kleinbuchstabe angezeigt wird. In einem Krisenmeeting forderte er von den Entwicklern, den Großbuchstaben in der angezeigten URL zu ermöglichen. Schließlich könne man es von keinem männlichen Nutzer erwarten, sich in einem Bürgerinnennetz anzumelden. Als beschlossen wurde, externen Rat einzuholen, wandte sich M. schließlich an uns.

Nachdem wir uns einen ausführlichen Eindruck von der Plattform gemacht hatten und die Erklärungen von M. bestätigt sahen, haben wir Thilo Weichert um seine Einschätzung gebeten. Der schleswig-holsteinische Datenschutzbeauftragte weist als einer der bekanntesten Facebook-Kritiker immer wieder auf die Datenschutzproblematik des US-Netzwerks hin. Weichert zeigte sich schockiert über die Ausmaße des Projekts und das völlig falsche Verständnis von Datenschutz: „Sollte das BürgerInnennetz so eingeführt werden, wäre das nicht nur in Bezug auf den Datenschutz eine Katastrophe. Dann könnte ich wohl jedem nur noch Facebook empfehlen.“ (mho)

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