Funktionale Langzeitarchivierung digitaler Objekte Entwicklung eines Demonstrators zur Internetnutzung emulierter Ablaufumgebungen

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1 Funktionale Langzeitarchivierung digitaler Objekte Entwicklung eines Demonstrators zur Internetnutzung emulierter Ablaufumgebungen Randolph Welte Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades der Fakultät für Angewandte Wissenschaften der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau Lehrstuhl für Kommunikationssysteme / Institut für Informatik Juli 2008

2 Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades der Fakultät für Angewandte Wissenschaften der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau. Lehrstuhl für Kommunikationssysteme / Rechenzentrum der Universität Freiburg Herrmann-Herder-Str Freiburg im Breisgau randolph.welte@rz.uni-freiburg Erstgutachter: Prof. Dr. Gerhard Schneider Zweitgutachter: Prof. Dr. Manfred Thaller

3 Für Heike und Lennard

4 1 Inhaltsverzeichnis I. ÜBERBLICK UND MOTIVATION DER ARBEIT EINLEITUNG PROBLEMSTELLUNG 1.2 ZIELSETZUNG DER ARBEIT 1.3 AUFBAU UND STRUKTUR DER ARBEIT WEITERGABE UND ARCHIVIERUNG VON INFORMATIONEN WEITERGABE VON INFORMATIONEN IN DER VERGANGENHEIT 2.2 DIE GESCHICHTE DER BIBLIOTHEKEN 2.3 DIE EVOLUTION DER SPEICHERMEDIEN 2.4 DIGITALE ELEKTRONISCHE OBJEKTE Wissenschaft und Forschung Wirtschaft und Verwaltungen Alltäglicher Umgang mit digitalen Inhalten Verschiedene Dateiformate und deren Inhalte Datenspeicherung in Dateisystemen Zu verwenden bis vom Verfallsdatum der Speichermedien Gebräuchliche Speichermedien für digitale Objekte DIGITALE SPEICHERUNG VON DATEN 2.6 DIE EVOLUTION DER HARD- UND SOFTWARE UND IHRE PROBLEME 2.7 SPEICHERPERIPHERIE UND SPEICHERMEDIEN 3. LANGZEITARCHIVIERUNG DIGITALER OBJEKTE STATISCHE DIGITALE OBJEKTE DYNAMISCHE DIGITALE OBJEKTE Betriebssysteme Anwendungsprogramme Datenbanken Interaktive Medien und Webdienste WAS SOLL ARCHIVIERT WERDEN WAS SOLL NICHT ARCHIVIERT WERDEN Metadaten Dublin Core Metadata Initiative PREMIS Metadata Set OAIS (Open Archival Information System) HARDWARE-MUSEEN DIGITALE ARCHÄOLOGIE ÜBERBLICK AKTUELLER PROJEKTE UND INITIATIVEN Langzeitarchivierungsansätze in der Bundesrepublik Deutschland... 44

5 Europäische Akteure und Aktivitäten Außereuropäische Initiativen Migration Emulation MIGRATION UND EMULATION VON DIGITALEN OBJEKTEN II. DIGITALE OBJEKTE UND EMULATION ARCHIVIERUNG UND ZUGRIFF AUF DIGITALE OBJEKTE BESTIMMUNG DER OBJEKTTYPEN SICHTBARMACHUNG VON DIGITALEN OBJEKTEN Entnahme von digitalen Primärobjekten aus dem Archiv VIEW-PATHS SOFTWAREARCHIVE Struktur und Aufbau von Softwarearchiven Inhalte von Softwarearchiven Probleme bei der Archivierung sekundärer digitaler Objekte SCHNITTSTELLEN ZUM DIGITALEN ARCHIV REFERENZUMGEBUNGEN Lokale Reference Workstations Die Verwendung virtueller Maschinen Fernzugriff / Web-Transport Problemfelder VORGEFERTIGTE REFERENZUMGEBUNGEN VIEW-PATHS IM WANDEL DER ZEIT Verschiedene Typen von Archiven EMULATION UND BENUTZERINTERAKTION EMULATION ALS LANGZEITARCHIVIERUNGSSTRATEGIE DIGITALER OBJEKTE Die ersten Emulatoren und ihre Anwendung Anwendungsszenarien Technischer Aufbau von Emulatoren Emulationstechniken im Kontext einer Langzeitarchivierung Langzeitarchivierung von Emulatoren Disketten-Images Virtuelle optische Wechseldatenträger Virtuelle Festplatten Weitere Möglichkeiten des Transports von digitalen Objekten DATENTAUSCH ZWISCHEN HOST- UND GASTBETRIEBSSYSTEM III. INTERNETNUTZUNG EMULATIONSBASIERTER SERVICES APPLICATION PUBLISHING REMOTE DESKTOP SOFTWARE Citrix Presentation Server SUN Secure Global Desktop NX NoMachine / FreeNX Microsoft Remote Desktop (RDP)

6 VNC (Virtual Network Computing) PLANUNG UND UMSETZUNG EINES DEMONSTRATORS PFLICHTENHEFT ZUR ERSTELLUNG EINES DEMONSTRATIONSSYSTEMS Zielbestimmungen für ein Demonstrationssystem Produkteinsatz Produktfunktionen AUSWAHLKRITERIEN GEEIGNETER EMULATOREN QEMU Der QEMU Monitor VNC Support für QEMU GEEIGNETE REMOTE DESKTOP LÖSUNGEN FÜR DEN DEMONSTRATOR INFORMATIONSAUSTAUSCH ÜBER DAS INTERNET SOWIE DAS HTML und dynamische Skriptsprachen Java-Applets Flash-Applets Microsoft Silverlight Zusammenfassung ENTWICKLUNG EINES DEMONSTRATORS FRÜHERE ANSÄTZE 8.2 FUNKTIONALITÄT DES ENTWICKELTEN DEMONSTRATIONSSYSTEMS 8.3 SERVERSEITIGE KONFIGURATION DES SYSTEMS 8.4 SYSTEMVORAUSSETZUNGEN FÜR DEN BENUTZER DES DIENSTES DIE GRATE-CLIENT-SERVER ARCHITEKTUR Aufbau und Funktionalität des GRATE Servers Aufbau und Funktionalität des GRATE Clienten Das Softwarearchiv der digitalen Objekte Logging und Monitoring Kommunikation zwischen GRATE-Server und GRATE-Clienten Benutzung digitaler Objekte innerhalb der emulierten Betriebssysteme Weitere Funktionalitäten des QEMU Monitors Übertragung von Sound Bekannte Probleme und Herausforderungen FAZIT AUSBLICK ANHANG A. UML-DIAGRAMME DES GRATE DEMONSTRATORS B. DUBLIN CORE METADATA INITIATIVE C. VNC UND DAS RFB-PROTOKOLL

7 4 Zusammenfassung Fast unbemerkt von der breiten Öffentlichkeit hat der schleichende Datenverlust unseres digitalen Erbes längst begonnen. Im Gegensatz zu bedrucktem Papier oder Fotografien sind digitale Objekte nicht human readable, bedürfen also immer technischer Apparate und Kontexte, um betrachtet werden zu können. Neben den gerade im Umfeld der Gedächtnisorganisationen angewandten, klassischen Archivierungsstrategien wie der Migration digitaler Objekte in neue Ablaufumgebungen liegt der Fokus dieser Arbeit primär auf Fragestellungen, welche sich direkt oder indirekt aus einer Emulation kompletter Ablaufumgebungen als Teil einer Langzeitarchivierungsstrategie digitaler Objekte ergeben. Im Vorfeld einer auf dem OAIS-Referenzmodell basierten Archivierung gilt es, möglichst viele Informationen über die zu archivierenden digitalen Objekte zu gewinnen. Ein oder mehrere hieraus resultierende View-Paths beinhalten neben Informationen zur ursprünglichen Erstellungsapplikation und dem benötigten Betriebssystem auch Informationen über die passende Hardware-Plattform sowie einen hierfür geeigneten Emulator. Diese View-Paths werden zusammen mit den digitalen Primärobjekten und weiteren Metadaten archiviert und gegebenenfalls in gewissen Zyklen aktualisiert. Die als Sekundärobjekte bezeichneten Softwarekomponenten solcher Ablaufumgebungen können in einem weiteren Archiv abgelegt werden. Eine solche Strategie bedingt weitreichende Konzepte, welche eine Benutzung und Sichtbarmachung solcher digitalen Objekte nach ihrer Bereitstellung durch ein Archiv (DIP) gewährleisten können. In dieser Arbeit sollen Erfolgsbedingungen für ein zu entwickelndes System ermittelt werden, welches eine Schnittstelle zu einem solchen Archiv schafft und eine Nutzung emulierter Ablaufumgebungen entkoppelt von lokal angebotenen Services über das Internet ermöglichen soll. Hierzu werden verschiedene Anwendungen und Techniken aus den Bereichen Application Publishing sowie Web-basierter Applikationsentwicklung vorgestellt. Zwingende Voraussetzungen wie etwa der Transfer digitaler Objekte zwischen Host-System und emulierter Umgebung sowie weitere Anforderungen und angedachte Erweiterungen des Systems werden anhand des Emulators QEMU exemplarisch diskutiert und erörtert. Ein nach diesen Vorgaben entwickeltes Demonstrationssystem, welches benutzerseitig in einem Webbrowser ausgeführt werden kann, versucht eine solche Benutzerschnittstelle bereitzustellen. Digitale Primärobjekte des Benutzers können mittels einer DROID Dateiformat-Identifizierung erkannt und dem Benutzer so gezielt vom System vorgeschlagene Caches paketierte, emulierte Ablaufumgebungen zur Sichtbarmachung der Objekte angeboten werden. Der Fernzugriff auf die grafischen Benutzerschnittstellen der emulierten Ablaufumgebungen erfolgt auf der Basis der Remotedesktop Software TightVNC.

8 5 Danksagung Herrn Prof. Dr. Gerhard Schneider danke ich für die Überlassung des Themas, die Annahme als Doktorand am Lehrstuhl sowie das sehr angenehme Arbeitsklima. Zudem danke ich Herrn Prof. Dr. Manfred Thaller von der Universität zu Köln ganz herzlich für die Anfertigung des Zweitgutachtens. Im Rahmen der Thematik organisierte sich eine kleine Arbeitsgruppe Langzeitarchivierung am Lehrstuhl für Kommunikationssysteme. Diese beteiligte sich am PLANETS Project und erfuhr dadurch eine finanzielle Förderung durch die Europäische Kommission. Hierdurch wurde ein intensiver Gedanken- und Ideenaustausch mit internationalen Wissenschaftlern ermöglicht, was ganz entscheidend zum Gelingen dieses Projektes mit beitrug. Mein besonderer Dank gilt außerdem Herrn Dr. Detlev Degenhardt für die kritische wie konstruktive Durchsicht der Arbeit. Bedanken möchte ich mich zudem bei Herrn Dr. Volker-Henning Winterer, der mir besonders in der Anfangsphase des Projekts einige Anregungen und Tipps für die Programmierung des Demonstrationssystems gegeben hat. Meiner Mutter, meinem Bruder Patrick, Herrn Dr. Raphael Pesché sowie Frau Elisabeth Maute danke ich für die Durchsicht der Arbeit sowie die vielen konstruktiven Anmerkungen. Zu guter Letzt möchte ich mich ganz herzlich bei meiner Frau Heike und meinem Sohn Lennard bedanken. Ich musste beide die letzten Monate leider allzu oft vernachlässigen, sie standen mir jedoch immer zur Seite und haben damit einen ganz großen Beitrag zum Gelingen dieser Arbeit geleistet.

9 I. Überblick und Motivation der Arbeit 6

10 1. Einleitung 7 1. Einleitung Das digitale Gedächtnis unserer Gesellschaft wächst rasant und schier unaufhaltsam an. Unser Kommunikationsverhalten hat sich durch die im Wandel begriffenen Informationsund Kommunikationstechnologien gegenüber früheren Jahren grundlegend verändert 1. Fast jede Art der Informationsverbreitung erfolgt heute auf Basis digitaler Objekte. Kostspieliger Speicherplatz ist hierbei längst nicht mehr der limitierende Faktor, sodass die gespeicherten Datenmengen in den letzten Jahren kontinuierlich anstiegen. Diese zunehmende Datenflut wirft jedoch schnell die Frage auf, wie verlässlich sich der Zugriff auf digitale Objekte in der Zukunft gestalten wird. Wird es gelingen, der Nachwelt den Zugriff auf unser digitales Erbe zu erhalten oder folgen nun Jahrzehnte ohne kulturelle Überlieferungen, da diese dem digitalen Daten-GAU zum Opfer fielen? Um digitale Daten speichern zu können, wurden in den letzten Jahren üblicherweise Speichermedien wie CD-ROMs, Festplatten oder Disketten verwendet. Diese eint jedoch allesamt eine oftmals nur sehr begrenzte Lebensdauer. Häufig fehlen Erfahrungswerte, aber im Allgemeinen kann davon ausgegangen werden, dass die fehlerfreie Lesbarkeit von Speichermedien mit zunehmendem Alter stetig abnimmt. Bereits kleinste Lesefehler können dann dazu führen, dass digitale Objekte nicht mehr im richtigen Kontext gelesen und interpretiert werden können. Die Informationen, die ein solches digitales Objekt beinhaltet, sind dann unter Umständen irreversibel verloren. Jede neue Generation von Rechnerarchitekturen impliziert zudem oftmals einen kompletten Wechsel der darauf ausführbaren Software. Jahr für Jahr drängen immer neuere und leistungsfähigere Modelle von Computersystemen auf den Markt und lösen die älteren Systeme rasch ab. Auch dazugehörige Software wie Betriebssysteme, Treiber und Applikationen sind so einem permanenten und raschen Wandel unterworfen. Kaum dass eine neue Version eines Textverarbeitungsprogramms auf dem Markt erschienen ist, gilt es kurze Zeit darauf häufig schon als veraltet. Bedingt durch mangelnde Abwärtskompatibi- 1 Siehe hierzu auch (Lehmann 1996).

11 1.1 Problemstellung 8 lität vieler Anwendungsprogramme avanciert der sinnvolle Zugriff auf solch ein digitales Objekt oft schon nach wenigen Jahren zum Glücksspiel. Kaum jemand wird in 50 Jahren noch in der Lage sein, Inhalte einer mit Diplomarbeit 1988 WordPerfect beschrifteten Diskette betrachten oder bearbeiten zu können. Neben der für das Diskettenformat notwendigen Speicherperipherie werden höchstwahrscheinlich auch die zur Betrachtung notwendigen Ablaufumgebungen sowie das benötigte Know-how zum Bedienen der Software fehlen. Die Spanne der digitalen Objekte erstreckt sich von statischen digitalen Objekten wie Dokumenten oder Multimediadateien bis hin zu dynamischen Objekten wie Betriebssystemen, kompletten Applikationen, Spielen sowie weiterer Software. Um digitale Objekte betrachten und ausführen zu können, werden immer spezielle Ablaufumgebungen und Konfigurationen benötigt. Ohne kompatible Host-Plattform, einem geeigneten Betriebssystem sowie weiterer Softwarekomponenten kann dies in der Regel nicht gewährleistet werden. Diese zeitgeschichtlich betrachtet noch sehr junge Form der Datenspeicherung ist ohne geeignete Strategien also nur bedingt für eine langfristige Verfügbarkeit digitaler Inhalte geeignet. Dies stellt gerade in Betracht der bereits angesprochenen, stetig wachsenden digitalen Datenflut ein nicht zu unterschätzendes Problem dar. 1.1 Problemstellung Dem Zerfall von Speichermedien und obsolet gewordener Speicherhardware kann mit kontinuierlichen Backups der Bitströme auf andere Speichermedien der sogenannten Bitstream-Preservation 2 entgegengewirkt werden. Diese Strategie löst jedoch nur einen Teil der Gesamtproblematik: Sie sichert zwar einerseits die Konsistenz der Daten, bedingt andererseits jedoch trotzdem das Vorhandensein passender Ablaufumgebungen, 2 Auch beim Verbundprojekt KOPAL (Kooperativer Aufbau eines Langzeitarchivs digitaler Informationen) spielt die Bitstream Preservation eine zentrale Rolle. Homepage: Siehe dazu auch Abschnitt 3.6.

12 1. Einleitung 9 um eine spätere Sichtbarmachung 3 dieser Objekte überhaupt ermöglichen zu können. Seitens einer zunehmenden Zahl von Institutionen und Projekten werden deshalb in jüngster Zeit vermehrt Bestrebungen unternommen, den permanenten Zugriff auf unser digitales Erbe für die Zukunft zu sichern 4. Wurden bisher gerade im Umfeld der Gedächtnisorganisationen traditionell vorwiegend Migrationsstrategien 5 angewandt, um die langfristige Verfügbarkeit von digitalen Objekten zu gewährleisten, wird in den vergangenen Jahren immer häufiger das Emulation 6 genannte Verfahren als Strategie für eine Langzeitarchivierung in die Diskussion gebracht. Siehe hierzu (Rothenberg 2000). Das Emulationsverfahren grenzt sich hierbei scharf von einer Migration digitaler Objekte ab: Emulation setzt nicht direkt am primären digitalen Objekt 7 an, sondern versucht vielmehr die Ablaufumgebung des Objekts in ihrem ursprünglichen Kontext komplett nachzubilden. Um hierzu nicht die Original-Hardware solcher Ablaufumgebungen in Museen aufbewahren zu müssen, werden für diesen Zweck zumeist Softwareemulatoren eingesetzt. Diese sollen auf einem aktuellen Betriebssystem ausgeführt die obsolete Hardware emulieren und damit das Ausführen der ursprünglichen Ablauf-Software ermöglichen. Um nun genau solche Ablaufumgebungen komplett archivieren zu können, müssen genaue Konzepte und Erfolgsbedingungen für ein solches Vorhaben entwickelt werden. OAIS 8 basierte digitale Archive scheinen geeignet, solchen Anforderungen aus konzeptioneller Sicht genüge zu tragen. Mittlerweile wird OAIS weltweit bei Archivierungsprojekten aller Art adaptiert. Über die in das Archiv einzustellenden digitalen Primärobjekte müssen im Vorfeld möglichst viele Informationen bezüglich der zu verwendenden Ablaufumgebungen gewonnen, archiviert und gegebenenfalls in gewissen Zyklen aktuali- 3 Unter einer Sichtbarmachung digitaler Objekte versteht der Autor die Darstellung und Bearbeitung solcher im Kontext einer möglichst authentischen Ablaufumgebung (bestehend aus der jeweiligen Hardware, Betriebssystemen sowie weiterer Software), mit welcher das Objekt ursprünglich erstellt wurde. 4 Eine Übersicht hierzu findet sich unter (Rink 2005). 5 Bei einer Migration digitaler Objekte wird versucht, diese in ihrem ursprünglichen Kontext in einer zeitbezogenen Hard- und Softwareumgebung ausführbar zu halten. Dies kann beispielsweise durch die Umwandlung einer Datei in ein aktuelleres Dateiformat geschehen. Migrationen werden vorwiegend bei statischen digitalen Dokumenten wie Bild- oder Textformaten durchgeführt. Siehe Abschnitt Unter einer Emulation (von lat. aemulare, nachahmen) versteht man das funktionelle Nachahmen eines Systems durch ein anderes System. Dies kann sowohl durch Hardware als auch durch Software erfolgen. 7 Zur besseren Einordnung wird das zu betrachtende Objekt als primäres digitales Objekt bezeichnet. Hingegen werden Software-Komponenten, welche für eine Nachbildung der ursprünglichen Ablaufumgebung des digitalen primären Objekts benötigt werden, im weiteren Verlauf dieser Arbeit als sekundäre digitale Objekte bezeichnet. 8 OAIS (Open Archival Information System). Siehe auch Abschnitt Weitere Informationen finden sich zudem unter:

13 1.1 Problemstellung 10 siert werden. Sogenannte File Format-Registries wie etwa das PRONOM 9 Projekt oder die darauf basierende Software DROID 10 können hierbei hilfreiche Informationen über das Dateiformat digitaler Primärobjekte sowie deren ursprüngliche Erstellungsapplikation liefern. Ein hieraus gewonnener View-Path 11 beinhaltet alle Informationen, welche notwendig sind, um die komplette Ablaufumgebung des digitalen Primärobjekts nachzubilden. Setzt man die erfolgreiche Einstellung ( SIP 12 ) sowie die Entnahme ( DIP 13 ) solcher digitalen Objekte in OAIS-basierten Archiven voraus, bleibt die wichtige Frage zu klären, wie solche Objekte nach deren Entnahme aus dem Archiv sinnvoll benutzt werden können, um letztendlich Zugriff auf das gewünschte digitale Primärobjekt erlangen zu können. Die konzeptionelle Schwierigkeit liegt hierbei darin, möglichst einfach strukturierte Benutzerschnittstellen für diverse Nutzungsformen zu schaffen. Neben der eigentlichen Archivierung der Objekte und dem Archivmanagement stellt dies einen ganz zentralen Punkt dar, muss doch einer zu schaffende Benutzerschnittstelle der Spagat zwischen einer aktuellen und den Anwendern bekannten Benutzeroberfläche und einer eventuell älteren und nicht mehr gebräuchlichen Umgebung gelingen. Das Benutzerinterface einer emulierten Umgebung, welches in einer sehr kurzen Zeitspanne betrachtet noch verhältnismäßig einfach bedient werden konnte, wird mit größer werdendem zeitlichen Abstand zunehmend komplizierter zu bedienen sein und ist dann unter Umständen nur noch mit speziellem Know-how benutzbar. So ist bereits heute das Wissen über spezielle Konfigurationen von Betriebssystemen als Beispiel sei hier der CD-ROM-Laufwerk Treiber MSCDEX.EXE bei älteren Versionen von Microsoft Windows genannt nur noch bei wenigen Anwendern parat. Einen solchen technologischen Abstand gilt es durch geeignete Maßnahmen so weit wie möglich zu verkleinern, um den Anwendern die Sichtbarmachung 14 und den Zugriff auf die archivierten digitalen Objekte zu erleichtern. Einem interessierten Archivbenutzer mit Informatik-Background können hierbei sicher- 9 PRONOM. Homepage: 10 DROID (Digital Record Object Identification). Homepage: 11 Digitale Objekte und ihre benötigten Ablaufumgebungen lassen sich durch sogenannte View-Paths beschreiben. Siehe hierzu Abschnitt Submission Information Package (SIP). Siehe hierzu auch Kapitel Dissemination Information Package (DIP). Siehe hierzu auch Kapitel Unter einer Sichtbarmachung versteht der Autor die Darstellung und Ausführung digitaler Objekte durch geeignete Software.

14 1. Einleitung 11 lich andere Schnittstellen zum Archiv und daraus resultierenden Nutzungsformen zur Hand gegeben werden als jenem Benutzer, der das Archiv eher selten und nur für einfacher strukturierte Aufgaben benutzt. Allerdings sind auch die zu schaffenden Benutzerschnittstellen einem stetigen Wandel unterzogen und müssen bei Bedarf ebenfalls an neue und aktuellere Host-Umgebungen angepasst werden. Sind die Benutzerschnittstellen zu digitalen Archiven nur unzureichend dokumentiert, ist eine Benutzung der Inhalte nur sehr aufwändig von speziell geschultem Fachpersonal möglich. Metainformationen über digitale Objekte und deren Anwendung spielen eine zentrale Rolle und müssen bei Bedarf als Hilfsfunktion in ein solches Benutzerinterface integriert werden. In Archiven, Museen oder anderen Gedächtnisorganisationen speziell eingerichtete Arbeitsplätze sogenannte Reference Workstations können sich mit angepassten Benutzeroberflächen an spezielle Benutzergruppen richten. Über solche Services kann ein komfortabler Zugriff zur Sichtbarmachung und Nutzung digitaler Primärobjekte angeboten werden. Zwischen aktuellen Host-Systemen und emulierten Ablaufumgebungen müssen Schnittstellen etabliert werden, um digitale Objekte zwischen diesen verschiedenen Welten austauschen zu können. Viele Emulatoren oder Virtualisierer enthalten bereits solche Funktionalitäten. Diese gilt es sinnvoll zu ergänzen und in solche Services zu integrieren. Eine Erweiterung dieser wäre sicherlich deren lokal entkoppelte 15 Nutzung über Netzwerke beispielsweise über das Internet. Ein solcher Service sollte ohne weitere Installationen über einen Webbrowser nutzbar sein und würde die Breite einer potentiellen Benutzerschicht deutlich erweitern. Auch aus ökonomischer sowie administrativer Sicht ergeben sich durch eine lokal entkoppelte Nutzung viele Vorteile. Hierfür gilt es die erforderlichen Erfolgs- und Rahmenbedingungen zu ermitteln. 15 Unter dem Begriff lokal entkoppelt versteht der Autor Services, welche nicht lokal wie beispielsweise an Reference Workstations sondern über Netzwerke bereitgestellt werden.

15 1.2 Zielsetzung der Arbeit Zielsetzung der Arbeit Diese Arbeit entstand im Rahmen der Arbeitsgruppe Langzeitarchivierung am Lehrstuhl für Kommunikationssysteme des Instituts für Informatik und des Rechenzentrums der Universität Freiburg. Die Arbeitsgruppe ist eingebettet in das PLANETS Project 16 und kooperiert zudem mit der Nestor Media AG 17. Sie ist involviert in den Teilprojekten Preservation Action insbesondere im Bereich Strategy Development und Tools for Environments und gibt Vorschläge zur Einbettung von Emulationstechniken in das Interoperability Framework 18. Die Arbeitsgruppe sieht sich als Ergänzung und im gewissen Sinne als Impulsgeberin zur Erarbeitung von Teilstrategien und Erfolgsbedingungen einer Langzeitarchivierung in erster Linie dynamischer Objekte. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines Demonstrationssystems, welches versucht, oben genannten Anforderungen an eine Nutzung von Softwarearchiven gerecht zu werden. Im Kontext der Langzeitarchivierung werden View-Paths Sekundärobjekte genauer betrachtet und in ein solches Modell mit einbezogen. Als Ziel steht die Entwicklung eines Demonstrationssystems, welches die Internet-basierte Nutzung digitaler Primärobjekte mittels emulierter Ablaufumgebungen innerhalb eines Webbrowsers ermöglichen soll. Eine weitere Arbeit (Suchodoletz 2008) beschäftigt sich mit Auswahlkriterien bei Emulatoren und Virtualisierern in Bezug auf deren Eignung bei der Entwicklung von Emulationsstrategien. Anhand von View-Paths sowie deren benötigter Sekundärobjekte werden die hierfür notwendigen Erfolgsbedingungen diskutiert. Die beiden Untersuchungen haben zum Ziel, denkbare Ergänzungen und Erfolgsbedingungen des OAIS aufzuzeigen. Sie stellen dazu einige ergänzende Überlegungen für den Zugriff auf die primären Archivobjekte vor. Dabei sind die Bestandteile eines Softwarewerkzeugkastens nicht vom OAIS isoliert. 19 und digitale 16 PLANETS (Preservation and Long-term Access through Networked Services). EU-gefördertes Projekt zur Langzeitarchivierung. Siehe (PLANETS 2008). 17 BMBF-geförderte Initiative. Siehe (NESTOR 2008). 18 Siehe Abschnitt Unter View-Paths versteht man Metainformationen, die möglichst genau beschreiben, welche ursprünglichen Ablaufumgebungen zur Bearbeitung eines digitalen Primärobjekts notwendig sind. Abschnitt 4.3 beschäftigt sich ausführlich mit View-Paths.

16 1. Einleitung Aufbau und Struktur der Arbeit Das nachfolgende Kapitel 2 skizziert die kulturellen Hintergründe und Notwendigkeiten einer Weitergabe und Speicherung von Informationen sowie der daraus resultierenden Wissensschöpfung. Ausführlich erörtert wird die Rolle von Computersystemen im Kontext einer Produktion und Speicherung von elektronischen Daten in verschiedenen Anwendungsbereichen. Im weiteren Verlauf wird insbesondere die Frage einer langfristigen Verfügbarkeit digitaler Daten diskutiert. Ein weiterer Schwerpunkt thematisiert alternde Hard- und Software. Kapitel 3 beschäftigt sich mit Emulationsansätzen in der Gegenwart. Neben einer Definition und Klassifikation verschiedener digitaler Objekttypen wird auf deren Beschreibung mit Metadaten im Kontext einer Archivierung eingegangen. In diesem Zusammenhang wird das OAIS-Referenzmodell kurz vorgestellt. Eine Übersicht über aktuelle Langzeitarchivierungsprojekte und Initiativen im In- und Ausland sowie ein Überblick über die Archivierungsstrategien Migration und Emulation beschließen das Kapitel. Das vierte Kapitel befasst sich mit der Problematik der Formatvielfalt digitaler Objekte. In diesem Zusammenhang werden Format Registries wie das PRONOM Projekt der National Archives (UK) sowie die Software DROID vorgestellt. Des Weiteren wird in diesem Kapitel der Frage nachgegangen, wie der spätere Zugriff auf archivierte Objekte durch Benutzer aussehen könnte. Hierfür wird das Konzept der View-Paths und der Softwarearchive vorgestellt. Das Kapitel schließt mit der Betrachtung von Modifikationen bei View- Paths im zeitlichen Verlauf sowie der Vorstellung geeigneter Archivierungsformen. Kapitel 5 widmet sich der Emulation kompletter Ablaufumgebungen sowie der Benutzerinteraktion mit diesen. Das Konzept der Emulation und dessen Eignung bezüglich einer Langzeitarchivierung digitaler Objekte wird ausführlich diskutiert. Ein weiterer Fokus liegt auf dem obligaten Austausch digitaler Primärobjekte zwischen den aktuellen und den emulierten Systemen. Hierbei werden verschiedene Techniken des Dateiaustauschs

17 1.3 Aufbau und Struktur der Arbeit 14 vorgestellt. Exemplarisch wird in diesem Kontext der Emulator und Virtualisierer QEMU 20 betrachtet. Das sechste Kapitel gibt einen ausführlichen Überblick über das Application Publishing 21 genannte Verfahren, grafische Benutzerschnittstellen von Programmen aller Art über Netzwerke ferngesteuert zu bedienen 22. Verschiedene Produkte und Protokolle aus diesem Umfeld werden genauer betrachtet, deren Vor- und Nachteile diskutiert und Wege einer sicheren Datenübertragung bei der Kommunikation der Softwarekomponenten aufgezeigt. Erfolgsbedingungen und Anforderungen an ein System, welches als Schnittstelle zu Archiven die internetbasierte Sichtbarmachung und Benutzung von primären digitalen Objekten in emulierten Ablaufumgebungen ermöglichen soll, versucht das siebte Kapitel aufzuzeigen. Hierzu werden nebst der Erstellung eines Pflichtenhefts für eine solche Software auch Auswahlkriterien geeigneter Emulatoren für das zu konzipierende System diskutiert. Das Ende dieses Kapitels beschäftigt sich insbesondere mit der Frage einer für ein solches System geeigneten Remote Desktop Software sowie dem notwendigen Einsatz weiterer Web-Technologien und benötigter Programmiersprachen. Ausführlich vorgestellt wird in Kapitel 8 das im Rahmen der Partizipation beim PLANETS-Project 23 entwickelte, TightVNC 24 basierte Demonstrationssystem GRATE 25. Frühere Entwicklungsansätze werden hierbei ebenso beleuchtet wie der Aufbau, die Systemanforderungen, die Installation sowie alle weiteren Funktionalitäten der Java-basierten Client-Server-Software. Näher betrachtet wird zudem die Kommunikation zwischen Client- und Serversoftware sowie der Aufbau eines Demonstrationsarchivs. Ein weiterer Schwerpunkt des Kapitels beschreibt den Einsatz automatischer Dateiformat-Erkennung via DROID und PRONOM sowie die Implementierung einer Schnittstelle zum Datenaustausch zwischen lokalem Host-System 20 Homepage: 21 Siehe hierzu auch Kapitel Diese Programme werden auch als Remote Desktop Software bezeichnet. 23 PLANETS (Preservation and Long-term Access through NETworked Services). Das Projekt wird im Rahmen des Sixth Framework Programme (IST, Access to and Preservation of Cultural and Scientific Resources) von der EU kofinanziert. Homepage: 24 Homepage: 25 GRATE (Global Remote Access To Emulation-Services).

18 1. Einleitung 15 und emulierter Ablaufumgebung. Mögliche Systemerweiterungen wie eine Ausgabe von Sound exportierter Applikationen durch den Clienten oder etwa die Übermittlung von speziellen Tastenkombinationen zum emulierten Betriebssystem bilden zusammen mit einem Überblick möglicher Problemfelder das Ende des Kapitels. Den Abschluss der Arbeit bildet das Fazit.

19 2. Weitergabe und Archivierung von Informationen Weitergabe und Archivierung von Informationen Die Bedeutung des Begriffs Wissen wird in der online Enzyklopädie Wikipedia 26 wie folgt definiert: Wissen ist Information, von der eine Person oder Gruppe Kenntnis hat. Bereits aus dem Paläolithikum sind uns aus vielen Regionen der Erde grafische und bildliche Informationen aus Höhlen oder Felsen überliefert worden 27. Hierzu wurden Pigmente und Bindemittel mit gefärbten Fingerspitzen oder mit einfachen Pinseln aus Tierhaaren auf Felsen oder Tierhäute aufgetragen, um gewonnene Informationen dauerhaft darzustellen. Diese auch als Höhlenkunst bekannten Malereien aus prähistorischer Zeit sind heute von großer Bedeutung für Wissenschaft und Forschung, erlauben sie doch Einblicke in Glauben und Kultur längst vergangener Zivilisationen. Durch das Aufkommen immer neuer Darstellungsformen waren die Bedingungen für die kulturelle Tradierung einem regelmäßigen Wechsel unterzogen und ergänzten so zunehmend die verbale Kommunikation sowie mündliche Überlieferungen. 2.1 Weitergabe von Informationen in der Vergangenheit Später aufkommende Techniken wie etwa die Keilschrifttontafeln der Sumerer 28 bedienten sich zur Darstellung anfänglich noch bildlicher Figuren und Zeichen, vollzogen im Laufe der Zeit aber einen Wandel hin zu immer abstrakteren Keilzeichen. Hieraus ging das auch für die heutige Gesellschaft prägende Medium Schrift hervor, welches als Schrittmacher unserer Hochkultur betrachtet werden kann. 26 Homepage: 27 In Europa wurde in Jahr 1994 die Grotte von Chauvet in Vallon Pont d Arc (Südfrankreich) entdeckt, in welcher sich eine schier unerschöpfliche Auswahl von Höhlenmalereien befand. Den Gemälden wurde durch die Radiokarbonmethode ( 14 C) ein Alter von rund Jahren bescheinigt. 28 Die sogenannte Keilschrift besteht aus keilartigen Eindrücken, welchen in den Werkstoff Ton (sowie weitere Materialien) eingebracht wurde. Circa 3000 bis 400 v. Chr. war die Keilschrift die bevorzugte Schriftform vieler Völker des Orients.

20 2.2 Die Geschichte der Bibliotheken 17 Frühe Speichermedien boten jedoch oft nur wenig Raum für Inhalte und waren wie beispielsweise Steintafeln nicht nur schwer zu bearbeiten, sondern auch schlecht zu transportieren. Dies stellte in der damaligen Zeit oft einen gravierenden Mangel dar, drohte doch etwa durch Kriege und Epidemien stets das Wissen und die Schätze ganzer Kulturen sang- und klanglos zu verschwinden. Vermutlich wurde jedoch bereits im 4. Jahrtausend v. Chr. in Ägypten der erste Papyrus hergestellt, mit Informationen versehen und in Form sogenannter Schriftrollen weitergegeben. Später wurde im Jahr 100 n. Chr. in China das Papier in der Form entwickelt, wie wir es im Prinzip bis heute kennen. Erst 500 Jahre später trat das Papier dann auch den Siegeszug im Okzident an. Einige dieser Objekte sind gewollt oder ungewollt der Nachwelt überliefert worden. Die Langzeitarchivierung unseres geistesgeschichtlichen Erbes hat in der Vergangenheit den zeitlichen Rahmen betrachtet bis dato also mehr oder minder gut funktioniert. Archäologen wird in der Gegenwart nun die wichtige Aufgabe zuteil, nach Möglichkeit solche Informationen inhaltlich interpretierbar zu machen. Teilweise gestaltet sich dies selbst dann recht schwierig, wenn die betreffenden Objekte zwar physikalisch unversehrt, ob ihres fehlenden Kontexts aber nicht mehr trivial interpretierbar sind. 2.2 Die Geschichte der Bibliotheken Tontafeln aus dem 5. Jahrtausend v. Chr. oder das als das älteste Buch der Welt bekannte Buljojikjishimchyejojeol 29 aus dem Jahre 1377 wurden uns aus längst vergangenen Zeiten überliefert. Dass diese oft auch heute noch les- und interpretierbar sind, ist vielen Faktoren zuzuschreiben. Neben der langen Haltbarkeit der Medien sowie günstiger Lagerbedingungen ist dies auch der Tatsache zuzuschreiben, dass die Informationen im Prinzip ohne die Zuhilfenahme weiterer Geräte mit dem bloßen Auge wahrgenommen werden können. Technische Hilfsapparate sind hierzu meist nicht zwingend notwendig. Schon früh rief die Fülle an Informationen Lösungen auf den Plan, wie Sammlungen von 29 Das Buch Buljojikjishimchyejojeol wurde 1377 im koreanischen Tempel Heng-Deok mit beweglichen Metalllettern in zwei Bänden gedruckt. Es ist das älteste bekannte Buch und wurde rund 80 Jahre vor der Gutenberg Bibel gedruckt.

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