Wettrüsten in der digitalen Lebenswelt

11.11.2003

Der erste Computervirus wurde vor 20 Jahren von Fred Cohen vorgestellt, mittlerweile sind sie dank ihres "Erfolges" als Parasiten kaum mehr wegzudenken

Am 10. November 1983 stellte Fred Cohen an der University of Southern California den ersten Computervirus vor. Cohen hatte im Rahmen seiner Doktorarbeit über Programme gearbeitet, "die andere Programme 'infizieren', indem sie diese verändern, um eine möglicherweise verbesserte Version von sich selbst einzubauen". Die Selbstreproduktion von Programmen legte die Analogie zu biologischen Viren nahe, die sich bis heute erhalten hat. Prinzipiell ließe sich die Idee von sich selbst reproduzierenden Programmen aber zumindest bis auf John von Neumann zurück führen. In "Zur allgemeinen und logischen Theorie von Automaten" (1949) postulierte er bereits die Möglichkeit von sich selbst reproduzierenden Maschinen, die darin dann letztlich biologischen Organismen gleichen. So gesehen gehen die Computerviren auch auf die Anfänge des der Ideen über ein Künstliches Leben oder über Organismen als natürliche Maschinen zurück.

Anders als die biologischen Viren sind die Computerviren selbstverständlich noch jung - und daher möglicherweise noch keineswegs so ausgereift und heimtückisch, wie sie dies einmal werden könnten. Noch sind die digitalen Viren überdies angewiesen auf Autoren, die sie erzeugen, abändern und verschicken, und vielfach auch auf menschliche Empfänger, die sie erst, getrieben durch Neugier oder aus Unwissen, öffnen müssen, damit sie das System infizieren und sich replizieren können. Die letzten Jahre haben aber gezeigt, dass mit der fortschreitenden Vernetzung allmählich eine Art digitaler Ökologie heranwächst, in der möglicherweise neben anderen digitalen Organismen auch irgendwann autonom existierende Viren und andere Parasiten gedeihen könnten, die sich nach den Regeln der darwinistischen Selektion entwickeln und an ihre sich gleichfalls mit einem Immunsystem weiter entwickelnden Wirte anpassen.

So weit sind wir freilich noch nicht, auch wenn die Aufrüstungsspirale zwischen Virenautoren und Anbietern von Antiviren-Programmen just in diese Richtung weist, die weltweite Monokultur von Betriebssystemen und manchen Anwenderprogrammen unterstützt dabei die Infektionsanfälligkeit der Systeme. Die Zahl der bekannten digitalen Viren steigt jedenfalls mit der Ausbreitung und Vernetzung der digitalen Lebenswelt sprunghaft an. Das Jahr 2001 wurde wahrscheinlich voreilig zum "Jahr der Viren" erklärt. Bislang soll es, je nach Unternehmen, zwischen 60.000 und 100.000 Virenarten geben. Im der ersten Hälfte des Jahres sind nach Sophos fast 4.000 neue Viren in Umlauf gebracht worden. Im August dieses Jahres soll nach MessageLabs in einer von 28,8 Emails ein Virus enthalten gewesen sein. Allerdings war dies wegen der Verbreitung von Sobig.F ein neuer Rekord.

Für die Zukunft werden noch mehr und bösartigere Attacken der elektronischen Erreger erwartet. Zudem stehen neben den Computer nun auch die mobilen Geräte als neue Wirte an. Und wenn dann erst noch intelligente Kleidung und Autos, alle Haushaltsgeräte und die ganzen Häuser vernetzt sind und sich damit wahrscheinlich Angriffen vieler Art öffnen, wird es auch weiterhin eine wachsende Vielfalt an Parasiten geben.

Technisch ist ein Virus ein kleines Programm, das sich in ein Wirtsprogramm auf einem System hinein kopieren, dort etwas anrichten und in diesem oder anderen durch Infektionswege wie Disketten, CD-ROMs oder Emails weiter verbreiten kann. Sie müssen nicht gleich ihre Manipulation ausüben, sondern können auch lange wie Sporen ruhen und zu einer bestimmten Zeit ausbrechen. Mittlerweile gibt es bereits Viren, über einen Tarnmechanismus, der es ihnen ermöglicht, ihre eigene Existenz zu verschleiern, und polymorphe Viren, die bei jeder neuen Infektion ihr Erscheinungsbild ändern. Viren können auch verhindern, dass installierte Antivirenprogramme sie entdecken und löschen, indem sie selbst diese eliminieren. Aktiviert werden Viren oft nach Systemstart. Weiter verbreitet sind heute allerdings wegen des Internet die Computerwürmer, die klassischen Viren mit ihren Verbreitungsarten kann man schon fast als aussterbende Art einer untergehenden digitalen Ökologie bezeichnen. Computerwürmer sind ähnlich wie Viren, nur sind es eigenständige Programme, die sich selbstständig in einem Netzwerk verbreiten Viren enthalten können. Würmer wären möglicherweise daher eher mit ersten digitalen Bakterien vergleichbar.

Der wahrscheinlich erste Virus, bei dem es sich eigentlich eher um einen Wurm handelte, war keineswegs bösartig. 1971 experimentierte Bob Thomas mit einem Programm, das er Creeper nannte. Es sollte Informationen von einem Rechner zu den anderen im Netzwerk bringen. Die Idee kam an. Zu Beginn der 80er Jahre wurden im Xerox Alto Research Center Würmer entwickelt, die im Netz von Computer zu Computer gehen und diese updaten sollten. Symbolischerweise lag aber ein Programmierfehler vor, der bewirkte, dass sich der Wurm unkontrolliert vermehrte, worauf das System zusammenbrach.

Zu dieser Zeit wurde auch der Begriff Computervirus von Fred Cohen geprägt, der für seine Promotion auch den ersten Virus für das Grafikprogramm VD programmierte, das Unix-Dateistrukturen darstellte. Sein Papier Computer Viruses - Theory and Experiments wurde 1984 veröffentlicht. Die Definition war den biologischen Viren abgeschaut: ein Computervirus ist ein sich replizierendes Programm, das andere Programme durch Veränderung von deren Code infizieren kann. Gleichzeitig stellte er fest, was auch für biologische Viren gilt: ein absolut sicheres System kann es nur dann geben, wenn dieses vollständig von der Welt abgeschlossen ist.

As an analogy to a computer virus, consider a biological disease that is 100% infectious, spreads whenever animals communicate, kills all infected animals instantly at a given moment, and has no detectable side effects until that moment. If a delay of even one week were used between the introduction of the disease and its effect, it would be very likely to leave only a few remote villages alive, and would certainly wipe out the vast majority of modern society. If a computer virus of this type could spread throughout the computers of the world, it would likely stop most computer usage for a significant period of time, and wreak havoc on modern government, financial, business, and academic institutions.

Da sich Cohen intensiv mit den von Viren ausgehenden Gefahren beschäftigte, wurde auch seine Arbeit bekannt. Schon damals - vor der Durchsetzung des Internet - schrieb er, dass Virenangriffe relativ leicht, mit geringem Wissen und in kurzer Zeit ausgeführt werden können: "Die von ihnen ausgehende potenzielle Gefahr ist ernsthaft, und sie können sich schnell in einem Computersystem verbreiten. Es sieht so aus, als könnten sie sich in Computernetzwerken auf dieselbe Weise wie zwischen Computern verbreiten, und das stellt eine große und sehr unmittelbare Bedrohung für viele gegenwärtige Systeme dar."

Den ersten Virus setzen dann zwei Pakistaner 1986 in die freie Wildbahn. Mit "Brain" begann gewissermaßen der unaufhaltsame Vormarsch der Viren, zunächst über Disketten und schließlich über das Internet, mit dem die Zahl und die Verbreitung der Viren explodierte.

Biologische Viren und Computerviren

Biologische Viren und Computerviren tragen denselben Namen, weil man davon ausgeht, dass digitale Viren sich nicht nur wie ihre biologischen Vorbilder in den Code auf der Festplatte eines Computer einnisten und dort oft auch Unheil anrichten, sondern weil sie sich auch so schnell wie eine Virenepidemie im sozialen Netzwerk in den Computernetwzerken verbreiten. Bei den in den letzten Jahren über Anhänge in Emails verbreiteten Würmern mit ihren vielen Mutanten konnte man sehen, wie sich schlagartig eine "Infektion" weltweit ausbreiten konnte, indem die Viren sich über die Benutzung des Mail-Adressbuchs im befallenen Computer replizierten.

Auch wenn die Bekämpfung von Viren Anleihen bei biologischen Vorbildern wie dem Immunsystem nimmt, so haben die digitalen Epidemien zumindest einen Unterschied hervorgehoben: In aller Regel brauchen die Computerviren/-würmer noch eine Aktivierung, die durch den Computernutzer geschieht, der unbedachterweise und vielleicht verführt durch den Inhalt der Mail auf den Anhang klickt. Aber es scheint noch weitere Unterschiede zu geben. Viren verbreiten sich im Internet anders als biologische Viren in sozialen Netzen der Menschen. Während ein biologischer Virus sich nur von Person zu Person in räumlicher Nähe ausbreitet, können die digitalen Viren von einem einzigen Server mit entsprechenden Infektionswegen wie Emails sehr schnell viele Computer über große Entfernungen hinweg infizieren. Auf der anderen Seite können sich Computerviren auch dann noch verbreiten, wenn die Infektionswahrscheinlichkeit ziemlich gering ist. Oft verbreitet sich eine digitale Epidemie zudem im Vergleich zu Grippe-Epidemien oder der Maul- und Klauenseuche erstaunlicherweise relativ langsam und auf nicht-exponentielle Weise.

Vor allem fehlt nach Untersuchungen von Romulado Pastor-Satorras von der Universitat Politècnica de Catalunya and Alessandro Vespignani vom Abdus Salam International Center for Theoretical Physics (in "Epidemics dynamics and endemic states in complex networks", Physical Review Letters, 86, 26.4.2001), den digitalen Epidemien eine Eigenschaft, die man häufig bei biologischen Epidemien feststellen könne: die sogenannte epidemische Schwelle. Wenn eine ansteckende Krankheit sich schneller ausbreiten kann, als die Menschen wieder gesunden, wird sie überleben, ist sie langsamer, stirbt sie aus. Die Grippe verbreitet sich normalerweise schnell genug, so dass in einer Population immer ein gewisser Anteil infiziert ist, während andere Erkrankungen wie Salmonellen nur lokal zu finden sind und bald wieder verschwinden. Eine der Eigenschaften der Computerviren scheint nämlich zu sein, dass sie für lange Zeiten praktisch unbemerkt existieren können, ohne wirklich auszusterben. Das wäre dann ihre digitale Sporenform. Nach einer Untersuchung von 814 Viren, die zwischen 1996 und 2000 aufgetreten sind, hatten die Wissenschaftler herausgefunden, dass keiner sich exponentiell verbreitet hatte, dafür blieben aber Viren mit einer sehr geringen Infektionsrate manchmal über Monate hinweg am Leben - und sie können plötzlich wieder epidemisch auftauchen, wenn sie in einen stark verbundenen Knoten gelangen.

Der übliche Vergleich zwischen digitalen und biologischen Viren und ihrer Verbreitung scheint also ein wenig zu hinken. Grund für die Verschiedenheit ist weniger die Differenz zwischen den biologischen und digitalen Viren, sondern die unterschiedlichen räumlichen Netzstrukturen. Viele komplexe Systeme lassen sich als Netzwerke beschreiben, die aus Knoten (Individuen, Organisationen, Websites, Server, Zellen etc.) und den Verbindungen zwischen ihnen bestehen. Während aber die sozialen Netze aus Knoten (Personen) bestehen, die in aller Regel etwa gleich viele Verbindungen zu anderen Knoten und diese gehäuft in einem lokalen Raum besitzen, weswegen die Infektionen über den körperlichen Kontakt in einer Reihe von kleinen Schritten sich verbreiten, ist dies im Internet anders. Hier können einige Knoten (Server bzw. Websites) sehr viele Verbindungen haben, während die überwiegende Mehrzahl eher weniger besitzt. Vor allem aber lässt sich im Internet oder im Web weder eine Zufallsverteilung der Verbindungen noch eine charakteristische Durchschnittshäufigkeit feststellen. Zudem gibt es relativ viele Verbindungen, die sich über große Entfernungen erstrecken. Solche inhomogenen Netzwerke nennt man skalenfrei. Ihre Eigenschaften wurden von Albert-Laszlo Barabasi und seinen Kollegen von der University of Notre Dame untersucht, auf deren Arbeiten sich auch Pastor-Satorras und Vespignani stützen ("Error and attack tolerance of complex networks", Nature 406, 378 - 382, 2000).

In einer anderen, darauf aufbauenden Studie haben amerikanische Wissenschaftler gezeigt (How Viruses Spread Among Computers and People, Science, 292, 5520, 18.5.2001), dass auch in der Epidemiologie die klassischen Modelle der Verbreitung in homogenen Netzwerken nicht immer zutreffen. Vor allem in der AIDS-Forschung habe man es mit sehr heterogenen sozialen Netzen von sexuellen Partnerschaften zu tun, bei denen ähnlich wie bei digitale Viren im Internet der HIV-Erreger sich fortpflanzen kann, auch wenn die Verbreitung minimal ist. Zunächst habe sich in einer kleinen, sexuell aktiven Gruppe AIDS schnell verbreitet, danach beim Übergang auf weniger aktive Gruppen aber wurde die Verbreitung langsamer. Netzwerke aus sexuellen Partnerschaften gleichen dem skalenfreien Internet darin, so die Wissenschaftler, dass wenige Individuen wie Prostituierte oft eine große Zahl von Partnern haben. Das epidemiologische Modell in skalenfreien Netzwerken sei daher bei Krankheiten geeignet, die sich durch eher zufälligen sozialen Kontakt oder durch die auf infizierten Computern vorhandenen Email-Adressen verbreiten. Homogener seien hingegen etwa Netzwerke von Freundschaften zwischen Individuen mit eher konstanten Interaktionen.

Falsche Viren, die trotzdem ansteckend sind

Neben den digitalen und biologischen Viren gibt es aber auch noch eine kognitive Form von Viren, die sich ebenso schnell epidemisch ausbreiten und die Gehirne der Menschen infizieren können. Dazu gehören die sogenannten "Hoaxes", die wie die Viren selbst gelegentlich eine Emailflut auslösen und normalerweise vor irgendwelchen ganz bösartigen neuen Viren warnen, deren Existenz zwar von Experten bestätigt worden, aber noch nicht allgemein bekannt sei. Daher wird geraten, die Mail mit der Warnung an alle seine Freunde und Bekannten weiter zu senden. Der erste Hoax dieser Art war vermutlich Good Times, eine Email, die erstmals 1994 zirkulierte und die Grundlage für alle Nachkommen lieferte. "Good Times" lieferte auch für manche eine Bestätigung Theorie der Meme von Richard Dawkins (Memetik und das globale Gehirn). Interessant ist, dass hier ein vorgetäuschter Virus in Form einer Warnung die Computer verschont, aber die Köpfe der Menschen infiziert (Computerviren und Meme).

Außer einem vermehrten Email-Aufkommen und dem Ausstreuen eines Gerüchts passiert dabei nichts, aber da, wie die Computerwürmer gezeigt haben, die Verführung des Internetnutzers noch die entscheidende Rolle beim Auslösen einer Epidemie spielt, hat beispielsweise ein Scherzbold, wahrscheinlich aus Brasilien, auch einen Hoax fabriziert, der reale Folgen haben kann. In der Mail wird der Empfänger dringend aufgefordert, nach dem Programm Sulfnbk.exe zu suchen und dieses zu löschen. Der Email-Text behauptet, dass der Absender diesen Wurm bei sich auf dem Rechner entdeckt habe und dass die Gefahr noch von keiner der Antiviren-Unternehmen erkannt worden sei. Die Datei gehört aber zu manchen Windows-Programmen und ist dazu da, lange Dateinamen wieder herzustellen. Hat man Sulfnbk.exe brav als Wirt des Virus gelöscht, dann kann man natürlich Probleme bekommen. Ein anderer Hoax bestand darin, sich als Virenwarnung einer Antiviren-Firma auszugeben. Seit einiger Zeit zirkuliert das Handy-Virus-Mail, das auch immer einmal wieder Verunsicherung und damit seine Verbreitung auslöst:

Betreff

Handy-Virus Wenn jemand einen Anruf bekommt wo man auf dem Display "ACE-?" sieht, NICHT ABHEBEN, SONDERN SOFORT ABWEISEN! Es ist ein Virus, welcher alle IMEI und IMSI Daten im Telefon und von der SIM Karte löscht. So kann das Gerät nicht mehr zum Netz eine Verbindung aufnehmen und ist nicht mehr verwendbar. Diese Information hat Motorola und Nokia bestätigt und ist auch auf der Homepage von CNN nachzulesen. 3 Millionen Geräte sind auf diesem Weg schon zerstört worden. Bitte schicken Sie dieses Mail an alle Bekannten weiter.

Zur Würdigung der Parasiten

Grundsätzlich haben biologische ebenso wie digitalen Viren als eine Form von Parasiten einen schlechten Ruf. Dringen sie doch in ein Wirtssystem ein und funktionieren dessen Code zur eigenen Replikation um, was dem Gastgeber schlecht bekommen kann. Gelegentlich neigt man dazu, Parasiten auf eine sekundäre Ebene zu stellen und sie nur als Ausbeuter der primären Systeme zu sehen, die sich dagegen schützen müssen. Aus dieser Perspektive sind Parasiten nur Schädlinge, die das Wohlergehen der Wirte bedrohen. Anders ausgedrückt: Ohne die Parasiten würden die primären Systeme, angefangen von Zellen oder Computern über Organismen oder Netzwerken bis hin etwa zu Gesellschaftssystemen, gedeihen und sich ungestörter fort entwickeln können.

Das aber ist vermutlich ein Trugschluss, zumindest dann, wenn man den Blick nicht nur auf ein bestehendes System richtet. Es gibt beispielsweise ja nicht nur bösartige Parasiten, die die Funktionsfähigkeit der Wirte gefährden. Die Wirte selbst sind keineswegs monolithische Blöcke, sondern lassen sich selbst als Kolonien verstehen, die auch fremde Systeme oder Systemteile beherbergen und deren Zellen bereits aus Symbiosen hervorgegangen sind, zu denen in der Biologie oft genug ein ehemaliger Parasit gehört. Die Geschichte des Lebens wird nicht nur vom Erfolg oder Misserfolg der Individuen einer Art bestimmt, sondern auch von den Möglichkeiten der Koordination und Kooperation von gleichartigen, aber auch verschiedenen Entitäten.

Jedes Lebewesen ist ein hochkomplexes System aus verschiedenen Bestandteilen, die sich auch als kooperierende und sich reproduzierende Kolonie verstehen lassen. Zumindest die Zellen von Tieren und Pflanzen selbst Kolonien, da sie aus Symbiosen verschiedener Mikroorganismen entstanden sind. Solche Endosymbiosen haben die Evolution vorangetrieben, neue Arten, die Eukaryoten und schließlich vielzellige Lebewesen geschaffen. Und auch die vielzelligen Lebewesen stellen stets ganze Ökosysteme dar, ihre Zellverbände wären gar nicht ohne Mitbewohner überlebensfähig. Die Verhältnisse sind denn auch anders, als man sich das so vorstellt. Im Ökosystem des menschlichen Körpers gibt es mehr "fremde" Zellen als körpereigene Zellen: auf eine menschliche Zelle kommen etwa 10 Mitbewohner des Körpers, meist Bakterien. Allein im Dünndarm finden sich bis zu einer Milliarde Bakterien pro Milliliter Inhalt.

Parasiten haben durch das Wettrüsten mit den Wirten, die sie auszubeuten versuchen, die Evolution des Lebens entscheidend beeinflusst. Sie treten bereits früh in der Geschichte des Lebens auf, wahrscheinlich haben sie auch durch Endosymbiose dazu beigetragen, dass bereits Einzeller komplexer wurden. Nicht zuletzt zur Abwehr der Parasiten wurde vermutlich auch die Sexualität, also die Rekombination des Genoms, erfunden. Auch bei Simulationen im Rahmen des Künstlichen Lebens treten schnell Parasiten auf, die davon profitieren, dass sie ihre Bauanleitung, also ihre Gene, abspecken können. Man wird also sehen müssen, was aus dem digitalen Wettrüsten entstehen wird. Für Überraschungen ist sicherlich gesorgt.

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