Wie Geheimschriften Daten verstecken

Es ist gar nicht so leicht, eine wichtige Information zu verbergen. Denn die anderen sind ja auch nicht dumm. Einfache Geheimschriften lassen sich schnell enträtseln. Deswegen benutzt man heute mathematische Verfahren, um Daten zu schützen. Primzahlen spielen dabei eine große Rolle.
Das alte griechische Wort »Kryptographie« lässt sich in zwei Teile spalten. um einen in »Krypto«, das heißt »geheim« oder »verbergen« und zum anderen in »graphie«, das heißt »schreiben«. Kryptographie ist also die Wissenschaft von Geheimschriften oder von der Verschlüsselung und Entschlüsselung von Informationen.
Schon im Mittelalter versuchte man, Texte in Büchern zu verstecken, z. B. mit der Technik, dass nur jeder dritte Buchstabe gelesen wird.

Geheim und geheimer

Es gibt zwei Verfahren bei der Kryptographie, das symmetrische und das asymmetrische. Bei symmetrischen Verfahren benutzen beide Parteien denselben Schlüssel. Mit diesem kann man ent- und verschlüsseln. Beim symmetrischen Verfahren muss der Empfänger den Schlüssel kennen, aber vor anderen geheim halten.
Bei asymmetrischen Verfahren gibt es zwei Schlüssel, die sich im Prinzip wie Schlüssel und Schloss ergänzen. Der Schlüssel zum Verschlüsseln ist öffentlich, der zum Entschlüsseln geheim.

Symmetrisch - asymmetrisch: so geht's!

Mit dem symmetrischen Geheimcode von Julius Cäsar z. B. wird jeder Buchstabe im Klaralphabet durch den Buchstaben ersetzt, der im Alphabet drei Stellen weiter rechts liegt. Aus CAESAR wird so FDHVDU.
Für einen asymmetrischen Code nutzt man Einwegfunktionen. Das sind mathematische Verfahren, die in der einen Richtung einfach, in der anderen Richtung / der Umkehrung jedoch extrem schwierig sind. Es ist relativ einfach, zwei beliebige große Primzahlen zu multiplizieren. Für die Umkehrung, nämlich das Zerlegen eines solchen Produkts in seine beiden Primfaktoren, findet man die Lösung im Grunde nur durch Ausprobieren. Der rechtmäßige Empfänger muss dieses mathematisch schwere Problem nicht lösen, da er den passenden geheimen Schlüssel besitzt.

Text von Carina Rabe , 7. Klasse, Girls'Day-Reporterin 2007.

LoCON

Auf dem Flugvorfeld eines Flughafens herrscht reges Treiben. Mitarbeiter fahren Gepäcktransporter an die Maschine, verladen Luftfrachtcontainer und betanken das Flugzeug. Putzkolonnen müssen das Flugzeug säubern, bevor neue Passagiere eintreffen.

Das Sicherheitspersonal überwacht das Gelände: welche Personen, welche Fahrzeuge und welche Objekte bewegen sich auf dem Flugvorfeld? Dürfen all die Menschen überhaupt dort sein? Geraten Menschen in gefährliche Situationen? Es ist sehr schwer, den Überblick zu behalten.

LocON weiß, wo etwas läuft

Das System LocON hilft den Sicherheitsleuten. Es ortet alle Personen und Objekte mit Funk. »Auf einem großen Bildschirm überblickt das Sicherheitspersonal das gesamte Flugfeld und Flughafengebäude«, erklärt René Dünkler vom Fraunhofer IIS. »Das System erkennt alles, was sich darauf bewegt und auch, ob jemand sich dort aufhalten darf.«

Dazu tragen alle Mitarbeiter einen elektronischen Ausweis, der ein Funksignal und damit eine Ortsangabe und Identifikation abschickt. Auch Fahrzeuge, Luftfrachtcontainer und andere Objekte sind mit einem funkenden Chip, dem RFID-Tag, versehen.

LocON wird zur Zeit an portugiesischen Flughäfen installiert.

• Hier geht's weiter!

mp3 und noch viel besser!

Kilian, Jana, Linda, Hannah und Martin erforschen die Audiocodierung

Was ist Audiocodierung?

Domink (li.) und Thomas arbeiten in der Audio-Abteilung des Fraunhofer IIS.

 

Die Schülerreporter treffen sich mit IIS-Mitarbeitern im Schalllabor.

Linda kann Latein und weiß: »Audio« kommt von lateinisch audire – hören – und heißt »ich höre«!

Kilian und Martin erklären: »Codierung« bedeutet, dass die Töne so umgewandelt werden, dass ein Computer sie »verstehen« und wiedergeben kann.
Da ein Computer nur Zahlen versteht, müssen die Töne dafür in Zahlen umgewandelt, d.h. digitalisiert werden. Das Digitalisieren ergibt eine Riesenmenge Zahlen.

So wird die Musik geschrumpft

mp3 macht Musikstücke so klitzeklein, dass sie sehr schnell und in großer Zahl z. B. im Internet übertragen werden können. Die geniale Idee dabei war, dass mp3 einfach Töne weglässt, die das Ohr sowieso nicht hört. Dadurch schrumpfen die Datenmengen enorm.

Zukunftsmusik

Der mp3-Nachfolger HE-AAC braucht nur 2 % der Datenmenge, und Du hörst Deine Lieblingsmusik immer noch gleich gut!
Inzwischen gibt es noch andere Verfahren, wie die fortgeschrittene Audiocodierung AAC, Advanced Audio Coding, und das Hören mit Rundumklang, MPEG Surround.
Auch das Telefonieren mit dem Handy haben die Fraunhofer-Wissenschaftler verbessert. In Zukunft wirst Du deinen Gesprächspartner so deutlich verstehen, als wenn er neben dir im selben Zimmer sitzt.

Schneller als das Auge

Du kennst das vom Fußball. Wenn ein Tor gefallen ist, möchte man hinterher in Zeitlupe sehen, wie der Ball ins Netz gekommen ist. Denn bei schnellen Bewegungen ist das Auge zu langsam. Es erfasst nur 24 Bilder pro Sekunde. Bei einer Hochgeschwindigkeitskamera können es bis zu 10 000 sein.

Hochgeschwindigkeits- oder High-Speed-Kameras

Sie sehen wie ganz normale Filmkameras aus, können Bilddaten aber schneller und besser verarbeiten. Sie haben z. B. mehr Speicherplatz für Bilddaten und bessere Bildauflösungen. High-Speed-Kameras braucht man für Sportaufnahmen, für medizinische Aufnahmen, für wissenschaftliche Analysen oder für Tests im Automobilbereich. Bei solchen Tests kann man dann sehen, wie die Autos bei einem Unfall kaputt gehen. Die Autokonstrukteure können mit diesem Wissen die Autos und deren Sicherheit verbessern.

10.000 Bilder pro Sekunde

Die Hochgeschwindigkeitskamera kann auch bei 1.000 bis 10.000 Bildern pro Sekunde die Bilddaten innerhalb von Sekunden verarbeiten. Das nützt bei Aufnahmen von sehr schnellen Ereignissen, wie z. B. bei Formel-1-Rennen. Je schneller das Gefilmte passiert, desto mehr Bilder braucht man für eine lückenlose Darstellung. Digitale Kameras sind praktisch, weil sie eine so hohe Rechenleistung und Speicherkapazität haben. Früher mussten riesige Filmrollen hin- und hertransportiert werden. Jetzt werden die Daten einfach von Computer zu Computer geschickt. Dadurch gewinnt man Zeit und Qualität.

Text von Berit Schösser , 7. Klasse, Girls'Day-Reporterin 2007 
 
Du willst mehr über Hochgeschwindigkeitskameras erfahren? Klick hier!