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“Melden Sie sich, wenn Sie ein interessantes Raspberry-Pi-Projekt vorstellen möchten!” – so fischte die Online-Redaktion nach spannenden Ideen und erhielt etliche Einsendungen von Lesern und Besuchern im Internet. Die besten Ideen stellt dieser Artikel vor.

Einerseits scheinen die Möglichkeiten beinahe unerschöpflich, andererseits realisieren viele Raspberry-Pi-Bastler aber auch Projekte, die genauso auf einem richtigen Desktopsystem funktionieren würden. In diesem Fall haben die Redaktion aber solche Vorhaben am meisten interessiert, die dem Computerzwerg auf den Leib geschrieben sind.

RPI Demobox

Als einer der ersten Einsender stellte das Linux Professional Institute (LPI) seine RPI Demobox vor (Abbildung 1, [1]). Ihr Schöpfer Dimitrios Bogiatzoules, Beisitzer im Vorstand des LPI e.V. und Vertreter der Community, sagt dazu: “Der LPI e.V. unterstützt Training und Qualifikation für freie Software, ganz besonders Linux. Der Raspberry Pi arbeitet normalerweise unter einer Linux-Distribution und wurde mit dem Ziel entwickelt, eine kostengünstige Alternative für die Lehre im Fach Computerwissenschaft zu bieten. Deshalb ist es für uns die optimale Plattform, die wir in allen Lernumgebungen fördern.”

Abbildung 1: Die RPI Demobox des Linux Professional Institute.

Wildcam Pi

Dennis Jagusch stellte dem Linux-Magazin seine Wildcam Pi vor. Er schreibt: “Das Projekt [2] beinhaltet, den Raspberry Pi als Webcamserver ohne stationären Strom- und Internetanschluss zu verwenden. Die Stromversorgung habe ich mit einer Powerbank (das ist ein großer Akku mit USB-Anschluss) realisiert. Dank der geringen Stromaufnahme des Raspberry Pi lassen sich dadurch relativ lange Betriebszeiten erreichen, je nachdem, über wie viel Milliamperestunden die Powerbank verfügt.

Ich betreibe den Webcamserver mit einer Powerbank mit 22400 mAh, wodurch eine Laufzeit von über zwölf Stunden möglich ist. Um den Webcamserver ins Internet zu bringen, verwende ich einen UMTS-Surfstick mit einer SIM-Karte und einer entsprechenden Internet-Flatrate.”

Alle Komponenten des Webcamservers (den Raspberry Pi, die Powerbank, den Surfstick sowie die Webcam) hat Jagusch in einer präparierten Weinkiste eingebaut (Abbildung 2). Um die Bilder zu schießen, verwendet er eine spezielle Bibliothek namens »fswebcam« [3]. Die ermöglicht es, intervallgesteuert Bilder aufzunehmen und die Parametern zu konfigurieren, etwa Bildqualität, Kontrast und Farben.

Abbildung 2: Die automatische Wild-Kamera auf Raspi-Basis, eingebaut in einer Weinkiste.

Dennis Jagusch hat ein Shell-Skript programmiert, das alle 10 Sekunden ein Bild anfertigt und es anschließend auf einen FTP-Server hochlädt [4]. Damit man sich die Bilder angucken kann, hat er ein Webinterface entwickelt, das per Ajax die neuesten Bilder lädt und anzeigt.

Zufallszahlengenerator

“Auch ich kann Ihnen ein interessantes, wenn auch nicht alltägliches Projekt für die aktuellen Varianten des Raspberry-Pi bieten”, schreibt Frank Bergmann. “Es handelt sich um einen Zufallsgenerator mit höchster Entropie und Sicherheitsfunktionen, die den Forderungen der Regulierungsbehörde für IT-Sicherheit (Bundesnetzagentur, BNetzA) in den Verbindlichkeiten des Algorithmenkatalogs 2014 entsprechen.”

Häufig hört man Kritik an Lücken und Schwächen bei der Erzeugung von Zufallszahlen für kryptographische Verfahren. Nach dem Kerckhoff-Prinzip (die Sicherheit soll nur auf der Geheimhaltung des Schlüssels beruhen, nicht auf der Geheimhaltung des kryptographischen Algorithmus) benötigt aber jede Art von Verschlüsselung eine geheime Komponente, die unter keinen Umständen vorhersagbar oder rekonstruierbar sein darf: den aus Zufallszahlen gebildeten Schlüssel.

Die bekannten IT-Sicherheitsapplikationen verwenden hier Pseudozufallszahlen. Ihre Quelle ist ein so genannter Seed (ein Startwert, bestehend aus Passwort, Timer-Register, Tastaturanschlägen, Mausbewegungen und so weiter), mit dem ein mathematisch-kryptographischer Algorithmus eine statistisch gut verteilte Zufallsfolge erzeugt.

Die ganze Sicherheit der per Pseudozufall erzeugten geheimen Schlüssel hängt aber ausschließlich von dieser Anfangsinitialisierung ab. Sie ist der einzige wirklich zufällige Parameter. Alles Weitere ist deterministisch und somit berechenbar. Eine schwache Anfangsinitialisierung ist in dem statistischen Ergebnis zwar nicht erkennbar, aber sie ist ein wirksamer Angriffspunkt.

Bei dem vorliegenden Projekt (Abbildung 3, [5]) erzeugen dagegen elektronische Bauelemente Rauschen. Unter Rauschen ist ein physikalisches Phänomen zu verstehen, eine Störgröße mit breitem unspezifischem Frequenzspektrum. Es entsteht durch Überlagerung mehrerer Schwingungen oder Wellen mit unterschiedlicher Amplitude und Frequenz. Rauschen ist Zufall. Rauschprozesse mit konstanter spektraler Rauschleistungsdichte im weiteren Sinne nennt man weißes Rauschen in Analogie zum weißen Licht, das alle Spektren (Frequenzen) des sichtbaren Lichtes mit gleicher Leistung (Intensität) umfasst.

Abbildung 3: Das Rauschgenerator-Modul PRG260 (rechts, rot umrandet) auf einem Raspberry Pi.

Die nächstfolgenden Rauschwerte lassen sich aus den zurückliegenden nicht vorhersagen. Für einen Rauschgenerator nutzbar ist etwa der Lawinendurchbruch (Avalanche-Effekt) bei in Sperrrichtung betriebenen Halbleiter-Bauelementen (Dioden, Transistoren).

So erzeugen Z-Dioden höherer Durchbruchspannung Rauschspannungen von 50 Millivolt in einem breiten Spektrum. Da Störspannungen umgebender Schaltungen diese Rauschspannungen überlagern, verwendet das hier vorgestellte Projekt zwei Z-Dioden, die an einen Differenzverstärker geschaltet sind. Er hat die willkommene Eigenschaft, Gleichtakte wirksam zu unterdrücken. Dadurch sind beste Voraussetzungen gegeben, eine hohe Entropie (Maß für die Ungewissheit) von mehr als 7,997 Bits pro Byte zu generieren.

Nach der Verstärkung wird das analoge Rauschsignal mittels Schmitt-Trigger digitalisiert und in einem festgelegten Intervall kontinuierlich abgetastet. Die weitere Verarbeitung hängt von den Wünschen des Anwenders ab.