Wie bei anderen Software-Systemen besteht auch im Fall der sozialen Medien die erfreuliche Situation, dass alternative und sogar bessere Dienste verfügbar sind. Ihrer Verbreitung stand bisher allerdings die mangelnde Interoperabilität der großen Plattformen entgegen, die viel Aufwand betreiben, um die Nutzerinnen und Nutzer systematisch an sie zu binden (fear of missing out).

Doch bereits 2018 wurde vom World Wide Web Consortium (W3C) das ActivityPub-Protokoll als Standard für soziale Dienste im Internet verabschiedet. Es umfasst die Interoperabilität der verschiedenen Dienste und setzt auf eine dezentrale Struktur, sodass die Nutzerinnen und Nutzer nicht an eine zentrale Instanz (zum Beispiel instagram.com) gebunden, sondern in ein Netzwerk von unabhängigen Servern beziehungsweise Instanzen eingebunden sind. So entstanden in den letzten Jahren eine Reihe von Open-Source-Anwendungen auf Basis des ActivityPub-Protokolls, die die etablierten Dienste eins zu eins ersetzen können; wie Mastodon für X, PeerTube für YouTube, Pixelfed für Instagram und so weiter. Seine dezentrale Struktur macht das Netzwerk zu einer digitalen Föderation der miteinander kommunizierenden Instanzen, weshalb die Gruppe der Dienste auch als Fediversum oder Fediverse bezeichnet wird.

Insbesondere die X-Plattform erregte in den letzten Jahren zunehmend Befremden und Unwillen bei Nutzerinnen und Nutzern aus der Wissenschaft und darüber hinaus. Denn mit der Übernahme von Twitter (nachfolgend dann X) durch eine Investorengruppe um Elon Musk nahmen Wissenschaftsfeindlichkeit, Desinformation, Hass und Hetze immer groteskere Formen an. Viele der auf der Plattform veröffentlichten Beiträge verstoßen gegen das strafrechtliche Verbot von Volksverhetzung (§ 130 Strafgesetzbuch – StGB), verbreiten massiv Antisemitismus und Rassismus, dienen der Leugnung des Klimawandels oder russischen Kampagnen zur Spaltung der Gesellschaften Europas. X hat sich so zu einem für die Wissenschaftskommunikation völlig ungeeigneten Dienst entwickelt und wird für die demokratische Verfasstheit von Staaten inzwischen als Bedrohung angesehen.

Nachdem ab 2022 zahlreiche Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Plattform verlassen hatten, initiierte im Januar 2024 das „Aktionsbündnis neue soziale Medien“ einen Appell an die Hochschulrektorenkonferenz (HRK), in dem die Hochschulen aufgefordert wurden, ihre Accounts auf X stillzulegen und stattdessen bei Mastodon aktiv zu werden. Im Laufe eines Jahres wurden über 2.000 Unterschriften gesammelt und Anfang 2025 der Hochschulrektorenkonferenz übergeben. Dabei war die Reaktion der Hochschulrektorenkonferenz eher verhalten. Mehr Dynamik entwickelte sich aus der Gründung weiterer Initiativen für einen „eXit“ im Laufe des Jahres 2024 wie #ByeByeElon, #QuitX, #LeaveX, #WissXit oder #SaveSocial, die sich alle kritisch mit der Entwicklung der großen Plattformen auseinandersetzten. Außerdem schlossen sich große Digital-Organisationen wie unter anderem der Chaos Computer Club (CCC), Digitalcourage und Wikimedia den Forderungen des Aktionsbündnisses an (vergleiche die Vortragsfolien von der Gesellschaft für Informatik – GI-Jahresversammlung).

Anfang des Jahres verkündeten dann zahlreiche Hochschulen und Forschungseinrichtungen ihren Rückzug von X. Mittlerweile posten mehr als 170 von ihnen und eine ganze Reihe wissenschaftlicher Fachgesellschaften auf Mastodon. Ein von der Flensburger Software-Schmiede 54gradsoftware verfasstes Programm aktualisiert die Listen jeden Tag aufs Neue.

Eine wesentliche Aufwertung erfuhr das Fediverse unmittelbar nach dem letzten Informatik-Festival der Gesellschaft für Informatik, als der Bundesdigitalminister den Einstieg des Bundesministeriums für Digitales und Verkehr (BMDV) bei Mastodon verkündete und erklärte: „Wir sind ab heute auch bei Euch auf Mastodon. … Wir reden so viel über digitale Souveränität. Und dazu gehört eben auch, dass wir die guten, starken Plattformen, die wir in Deutschland und Europa haben, auch aktiv nutzen.“ In der letzten Woche wurde Mastodon zudem der Grimme-Online-Award verliehen – stellvertretend für die Idee des Fediverse.

Wir sind also schon ein gutes Stück vorangekommen bei der digitalen Transformation der sozialen Medien. Dennoch bleibt noch manches zu tun. Wie kann jede und jeder von uns dabei behilflich sein, dass der Aufbau wirklich sozialer Medien weiter vorangeht?

1. Zum ersten können wir daran mitwirken, das Netzwerk der aktiven Einrichtungen noch zu erweitern. Hat meine Hochschule, mein Institut oder meine Firma schon einen Mastodon-Account? Die Listen von 54gradsoftware geben darüber Auskunft und zwar für Hochschulen, Forschungseinrichtungen, Fachgesellschaften wie die Gesellschaft für Informatik (GI), aber auch für Städte und Gemeinden. Und für die Hochschulen, Ämter und Behörden, die noch fehlen, hat das Aktionsbündnis eine Kurzbroschüre verfasst, die dabei hilft, einen Account anzulegen. Und auch Standardbriefe sind verfügbar, mit denen die eigene Gemeinde zur Nutzung von Mastodon aufgefordert werden kann.

2. Wer noch keinen eigenen Account hat, lege sich einen zu. Es gibt verschiedene Anleitungen dafür im Netz, unter anderem von der oder dem Bundesbeauftragten für den Datenschutz und die Informationsfreiheit (BfDI), von Digitalcourage und anderen. Von manchem Neuling wird ein Vorteil des Fediverse, nämlich seine Dezentralität, als Problem empfunden, weil es zu Beginn eine Festlegung der Heimat-Instanz erfordert. Doch letztlich ist das nur ein Scheinproblem, denn wenn man nach einiger Zeit damit nicht mehr zufrieden ist, ist der Wechsel zu einer anderen Instanz einfach möglich – unter Mitnahme der eigenen Beiträge und Follower; ein weiterer Vorteil gegenüber den kommerziellen Plattformen. Die meisten Neulinge werden ihre Aktivität darauf beschränken, bestimmten Accounts (wie dem der Gesellschaft für Informatik, der Open Source Business Alliance – Bundesverband für digitale Souveränität (OSBA) und der Free Software Foundation Europe (FSFE), dem Forum Informatikerinnen für Frieden und gesellschaftliche Verantwortung (FIfF), dem Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI), dem Zentrum für digitale Souveränität (ZenDiS) und dem Deutschen Forschungsnetz (DFN) oder den Fedi.tips) sowie Hashtags (wie #digitaleSouveränität, #FreiSoftware, #FOSS und so weiter) zu folgen. Viele weitere relevante Accounts finden sich auf den oben genannten Listen; konsultiert werden können auch die sogenannten Starterpacks. Und nach einiger Zeit ergibt sich der erste eigene Beitrag meist „wie von selbst“ (Hashtag #neuhier dann nicht vergessen). Anleitungen zur Nutzung des Fediverse werden auch auf Workshops gegeben, wie demnächst im Rahmen der Aktionstage „Netzpolitik und Demokratie“ der Bundes- und Landeszentralen für politische Bildung.

3. Ein interessantes Modell haben die Deutsche Gesellschaft für Hochschuldidaktik (DGHD) und die Gesellschaft für Medien in der Wissenschaft (GMW) etabliert, indem sie einen eigenen Fediverse-Server aufsetzten, der sowohl zur vereinsinternen wie auch zur Kommunikation mit der interessierten Öffentlichkeit genutzt werden kann. Wäre das nicht auch eine interessante Option für die Gesellschaft für Informatik und die bei ihr beheimateten IT-Profis? Ein eigener Server dient der Identifizierung mit einer offiziellen Zugehörigkeit, unterstützt das Community-Building der eigenen Gemeinschaft und erlaubt die Durchsetzung eigener Inhaltsnormen. In der Fachgesellschaft der Physikerinnen und Physiker, in der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG), wird solch ein Szenario gerade diskutiert.

All das sind wichtige Schritte hin zu einer europäischen IT-Souveränität. Und mit der Nutzung von Mastodon und anderen Fediverse-Diensten bietet sich die Möglichkeit, nicht nur auf die richtigen Weichenstellungen der großen Politik zu warten, sondern sie direkt bei sich selbst und „vor der eigenen Haustür“ anzugehen. Wir können in diesem Moment damit beginnen: https://joinmastodon.org.

Diesen Text haben Mario Birkholz, Technische Universität Berlin, und Sebastian Späth, Universität Hamburg, für das Aktionsbündnis neue soziale Medien beigesteuert.

Dr. Karsten Schörner leitet die Projektarbeiten von Siemens-Seite und ist zentraler Ansprechpartner. Gemeinsam mit seinem Team entwickelt er das Performance-Profiling für Software und die Modellierung des Energieverbrauchs, insbesondere für containerisierte Edge-Software. Kim Schindelm ist Forschungswissenschaftlerin im Bereich drahtlose Technologien bei Siemens Foundational Technologies. Im Projekt ECO:DIGIT untersucht sie die Nachhaltigkeit von 5G-Campusnetzen und verantwortet die Integration und Validierung der Methodik im Prüfstand.

Zu Beginn: Digitale Technologien gelten als Schlüssel für eine nachhaltige Transformation, doch gleichzeitig tragen sie erheblich zum Ressourcenverbrauch und CO₂-Ausstoß bei. Welche Herausforderungen sehen Sie aktuell bei der Messung und Reduzierung der Umweltwirkungen digitaler Technologien und welche davon adressiert ECO:DIGIT?

Karsten Schörner: Genau das ist der Punkt: Um die Umweltauswirkungen digitaler Lösungen reduzieren zu können, müssen wir sie erstmal messen bzw. quantifizieren können. Der Schritt Messung kommt vor einer Optimierung und der damit einhergehenden Reduzierung der Umweltwirkungen. Und genau da setzt unser Projekt an: Wir wollen eine Möglichkeit schaffen, auf einfache Weise den Energie- und Ressourcenaufwand von digitalen Lösungen ermitteln zu können. Denn das fehlt bisher: eine Möglichkeit, Software-Produkte und Software-Entwicklungsprojekte schnell und leicht in dieser Hinsicht bewerten zu können.

Es gibt bereits Forschungsansätze und Tools, wie die Power API oder Microsofts Joulemeter, die die Energieverbräuche auf Softwareebene erfassen. Warum reichen die bestehenden Ansätze nicht aus, und wie unterscheiden sie sich zu der Messmethodik im Rahmen von ECO:DIGIT? 

Karsten Schörner: Das stimmt, es gibt bereits einiges an Tools und auch Publikationen zu diesem Themenbereich. Unsere Beobachtung ist aber, dass die verfügbaren Angebote oft nur zum Beispiel Energieverbräuche in der Nutzungsphase betrachten und dabei die anderen Lebenszyklen ausblenden. Oder aber es werden mit einer Messung nur die CPU-Verbräuche abgedeckt, und nicht die des Gesamtsystems. ECO:DIGIT verfolgt hier eine ganzheitliche Strategie mit der Betrachtung des gesamten Lebenszyklus von der Entwicklung bis zum Betriebsende und der nachfolgenden Entsorgung der Hardware. Zudem sind auch die leichte Anwendbarkeit und hohe Verfügbarkeit wichtig, um die Methode möglichst niederschwellig bereits in der Softwareentwicklung in der Breite verwenden zu können. All diese Aspekte gehen wir im Projekt an.

Siemens ist im Projekt ECO:DIGIT für die Messverfahren für mobile Netzwerke und Edge Computing verantwortlich. Können Sie kurz umreißen, was diese Bereiche umfassen und wie eure Arbeit zu den Zielen des Gesamt-Projekts beiträgt?

Kim Schindelm: Zu dem Messverfahren „Mobile Netzwerke“: Wir konzentrieren uns auf eine besondere Form von mobilen Netzwerken. Mobile Netzwerke im Allgemeinen unterscheiden sich von herkömmlichen Netzwerkformen wie Ethernet oder WLAN. Während Ethernet eine kabelgebundene, hochstabile Punkt-zu-Punkt-Verbindung bietet und WLAN drahtlose Verbindungen über kürzere Distanzen ermöglicht, arbeiten mobile Netze wie 5G über lizenzierte Frequenzen, zellbasiert, mit hoher Mobilität der Nutzer*innen und hoher Reichweite. In solchen Mobilfunknetzen spielt insbesondere der Funkzugangsbereich (Radio Access Network, RAN) eine zentrale Rolle, nicht nur für die Verbindung selbst, sondern auch bezüglich des Energieverbrauchs, der im RAN typischerweise am höchsten ist. Die Einschränkung auf 5G-Campusnetze innerhalb des Projekts ist dabei bewusst gewählt, weil wir über eigene 5G-Campusnetz Komponenten verfügen, und dadurch realistische Umgebungen modellieren und die theoretischen Modelle durch praktische Messungen verifizieren können. So tragen wir dazu bei, die Umweltauswirkungen von Software unter realistischen mobilen Netzwerkbedingungen zu bewerten.

Karsten Schörner: Für Edge-Computing schauen wir uns industrielle Nutzungsszenarien an, sowohl was die Compute-Hardware als auch die typischen Software-Anwendungen betrifft. Das heißt, wir betrachten zum Beispiel Edge-Systeme von Siemens wie die Siemens Nanobox oder Siemens Microbox. Diese werden für Edge-Deployments zum Beispiel bei der Fabrikautomatisierung genutzt. Für diese Hardware wurden sogenannte Environmental Product Declarations (EPDs) erarbeitet, die die Umweltwirkungen in allen Lebenszyklusphasen betrachten und in verschiedenen Kategorien quantifizieren. Die Informationen der EPD verwenden wir dann in der Bilanzierungsmethodik, um die spezifischen Eigenschaften der Geräte korrekt abzubilden. Außerdem arbeiten wir an Energiemodellen, so wie auch die Netzwerk-Kollegen, um die Energieverbräuche verschiedenster Software-Anwendungen auf diesen Edge-Devices messen, modellieren und später vorhersagen zu können.

Bleiben wir noch bei dem Teilvorhaben zur Entwicklung des Messverfahrens für Edge-Computing: Wie gehen Sie dabei vor und wo sehen Sie die größten technischen oder methodischen Herausforderungen?

Karsten Schörner: Unser Ansatz bei den Messverfahren ist folgender: Mit einem Hardware-Profiling Tool nehmen wir pro Gerät einmalig Belastungstests auf, das heißt wir setzen das Rechnersystem durch verschiedenartige Compute-Lasten „unter Stress“ und messen an der Stromversorgung des Geräts, was das an Energieverbrauch verursacht. Daneben werden noch weitere Performance-Metriken erhoben. Zusammen ergeben sich so charakteristische Energieprofile für dieses Gerät. Anhand dieser Energieprofile wollen wir auch zukünftige, unbekannte Compute-Lasten vorhersagen können. Aus unserer Sicht wird viel davon abhängen, wie treffsicher sich damit andere Lastszenarien vorhersagen lassen.

Edge-Computing verspricht Rechenleistung direkt vor Ort, weniger Latenz und höhere Datensouveränität. Aber was bedeutet das in Bezug auf Umweltwirkungen denn nun konkret? 

Karsten Schörner: Das ist eine sehr gute Frage. Wir kennen die Diskussion darum, was denn nun nachhaltiger ist, ein eher lokales Edge-Deployment ohne große Übertragungswege oder eine Lösung, die auf Cloud-Ressourcen zurückgreift, dafür aber Daten über ggfs. weite Wege transferieren muss. ECO:DIGIT möchte für solche Fragestellungen Tools zur Verfügung stellen, um für unterschiedliche Deployment-Szenarien fallbasiert Umweltwirkungen abschätzen zu können. In industriellen Anwendungen gibt es mitunter technische Randbedingungen, die nur eine lokale Datenverarbeitung erlauben. In manchen Situationen kommt man also gar nicht umhin, Daten nahe am Produktionsort zu prozessieren. Zum Beispiel wenn Latenzzeiten klein gehalten werden müssen, weil Robotersysteme zuverlässig sein müssen und sicher ein schnelles Informationsfeedback benötigen.

Frau Schindelm, Sie analysieren im Projekt mit Ihrem Team den Ressourcen- und Energiebedarf mobiler Netzwerke unter realen Bedingungen. Was genau messen Sie dabei und wie lässt sich der Verbrauch über das Netzwerk konkret einem Software-Prozess zuordnen?

Kim Schindelm: Ja, wir analysieren den Energiebedarf von 5G-Campusnetzwerken, indem wir den durch Softwareanwendungen erzeugten Netzwerkverkehr erfassen und daraus die Netzwerklast ableiten. Dabei nutzen wir etablierte Tools zur Paketanalyse, um die Kommunikationsmuster einer Anwendung zu verstehen, zum Beispiel die Paketgröße, Richtung (Senden oder Empfangen) und Häufigkeit. Die Zuordnung des Energieverbrauchs zu einem Softwareprozess ist methodisch anspruchsvoll. Retrospektiv, also nach der Ausführung, lässt sich der Verbrauch anhand des aufgezeichneten Verkehrs gut abschätzen. Proaktiv, also im Voraus, ist das deutlich schwieriger, da moderne Funknetze über effektive Mechanismen zur Energieeinsparung verfügen und sich adaptiv an die Gesamtauslastung und die Nutzerverteilung anpassen können. Das bedeutet, auch wenn der Anteil einer Anwendung konstant bleibt, kann sich der Energieverbrauch durch Netzoptimierungen oder Lastverlagerungen verändern. Unser Ansatz berücksichtigt diese Dynamik, indem er auf analytischen Modellen basiert, die flexibel konfigurierbar sind und verschiedene Szenarien abbilden können. So schaffen wir eine fundierte Grundlage für die Bewertung des Energieverbrauchs, auch wenn eine exakte Attribution in Echtzeit nicht immer möglich ist.

Mobilfunknetze bestehen aus vielen Ebenen. Wie gelingt es, diese komplexen Netzinfrastrukturen in Ihre Messung zu integrieren und wo liegen die Herausforderungen dabei? 

Kim Schindelm: Genau, Mobilfunknetze sind vielschichtige Systeme mit zahlreichen technischen Ebenen, von der Funkzugangsseite über virtualisierte Netzwerkfunktionen bis hin zur Kernnetzarchitektur. Deshalb verfolgen wir einen analytischen Ansatz, der auf konkreten Anwendungsszenarien basiert und sich gut in kontrollierbare Umgebungen wie Campusnetzwerke integrieren lässt.  In öffentlichen Netzen sind dynamisch skalierende Architekturen üblich, die vorwiegend von Netzbetreibern modelliert werden und für die Validierung auch durch diese vermessen werden müssten. In unserem Arbeitspaket konzentrieren wir uns auf die Komponenten, die in 5G-Campusnetzen zum Einsatz kommen.

Der ECO:DIGIT-Prüfstand soll unter anderem Unternehmen dabei helfen, nachhaltigere Entscheidungen bei der System- und Softwareentwicklung zu treffen – auch bei Edge-Deployments oder vernetzten Anwendungen. Was muss passieren, damit der Prüfstand nicht nur ein Forschungsergebnis bleibt, sondern wirklich in Produkte und Geschäftsprozesse integriert wird?

Karsten Schörner: Aus meiner Sicht müssen mindestens zwei Dinge passieren: Erstens muss unsere technische Lösung einen Mehrwert bieten, d.h. sie muss sich leicht einsetzen lassen und belastbare Vorhersagen machen zu Energieverbräuchen und Umweltwirkungen insgesamt. Zweitens muss aber auch in der Software-Community, das heißt in Entwicklerteams, Produktteams, Betreiber von Rechenzentren etc. eine Notwendigkeit entstehen, zum Beispiel durch Regularien, die die Akzeptanz unserer Angebote verstärkt und die Weiterentwicklung voranbringt.

ECO:DIGIT geht nun in die entscheidende Phase: Rund ein Jahr verbleibt bis zum Projektabschluss.
Wenn Sie sich ein zusätzliches Jahr und ein erweitertes Budget wünschen dürften: Welchen Baustein würden Sie dem Projekt noch hinzufügen und welche Themen sollten aus Ihrer Sicht unbedingt in mögliche Folgeprojekte einfließen?

Karsten Schörner: Wenn es explizit um einen weiteren Baustein geht, dann würde ich GPU-Bewertung sagen. Denn in ECO:DIGIT konzentrieren wir uns auf die vier digitalen Basisressourcen Compute, Memory, Storage, und Transfer; wobei sich das Compute nur auf CPUs bezieht. Da würde es natürlich sinnvolle Anknüpfungspunkte geben, um die immer zahlreicher werdenden GPU-Szenarien, die insbesondere mit dem wachsenden Einsatz von KI signifikant ansteigt, ebenfalls mit zu betrachten.

Zum Abschluss und mit Blick nach vorn: Was müsste in den kommenden fünf Jahren passieren, damit Sie sagen könnten, dass ECO:DIGIT einen echten Beitrag zur nachhaltigen Digitalisierung geleistet hat? Was wünschen Sie sich für das Jahr 2030 hinsichtlich digitaler Infrastruktur aus? 

Kim Schindelm: Im Idealfall ist 2030 das Thema Green Computing und Sustainable Software Engineering in der Breite angekommen, das heißt eine Mehrheit an SW-Produkten nutzen unsere (oder andere) Tools und haben dadurch eine objektive Evaluierungsmöglichkeit hinsichtlich Umweltwirkungen und Energieverbräuchen. Wenn dabei die im Projekt entwickelten Tools zum Einsatz kommen, umso besser! Und natürlich sollten damit auch Optimierungen angestoßen werden, sei es im Coding oder aber in der Selektion optimierter Deployments oder Hardware. Die Einführung von digitalen Produktpässen ist in der EU bis 2030 gefordert. Vielleicht kommen danach ja auch vergleichbare Anforderungen oder gar Produktpässe für Software. ECO:DIGIT könnte dazu eine Lösung anbieten, die Umweltwirkungen vergleichbar und transparent zu ermitteln.

Das Interview führte Teresa Zeck. 

InstaClone imitiert dabei das Aussehen und die Funktionalitäten von Instagram und bietet so eine vertraute Benutzeroberfläche für junge Erwachsene und gleichzeitig einen Blick hinter die Kulissen der beliebten Social-Media-Plattform. Durch das intuitive Verhalten der jungen Erwachsenen auf InstaClone (posten, liken, kommentieren und vieles mehr) hinterlassen die Nutzerinnen und Nutzer Daten, mit denen im Anschluss gearbeitet wird. Insbesondere die Arbeit mit eigenen Daten führt dabei zu einer höheren Motivation und einem höheren Lernerfolg. Die betreuende Lehrkraft behält in allen Unterrichtsszenarien die Kontrolle über die Daten der Lernenden und kann jederzeit unangemessene Posts und Kommentare löschen.

Um die Daten zu analysieren, werden diese entweder im integrierten Data-Analytics-Dashboard grafisch aufbereitet oder von der Lehrkraft exportiert und in Werkzeugen wie zum Beispiel Orange Data Mining weiterverarbeitet. Damit kann visualisiert werden, welche Daten soziale Netzwerke sammeln und welche Schlussfolgerungen daraus gezogen werden können.

Ein weiteres zentrales Element von InstaClone, hinter die Kulissen von sozialen Netzwerken zu blicken, ist die Möglichkeit, den Newsfeed-Algorithmus zu variieren. Dabei stehen verschiedene Algorithmen zur Verfügung, wobei der Edge-Rank-Algorithmus zusätzlich die Möglichkeit bietet, die Gewichtung der Parameter individuell zu konfigurieren. Damit wird erlebbar gemacht, wie unterschiedliche Parameter die Sichtbarkeit von Beiträgen beeinflussen. So wird nicht nur theoretisch über die Rolle von Algorithmen diskutiert, sondern die Auswirkungen auf Filterblasen und Meinungsbildung erlebbar gemacht. 

Die auf InstaClone abgestimmten Unterrichtsmaterialien (das sogenannte „Regiebuch“) sind in Mikroeinheiten strukturiert, die sich individuell kombinieren lassen. Die Aufgaben reichen dabei von interaktiven Beitragsaktionen über Reflexionsfragen bis hin zu partizipativen Szenarien („Wie würdest du deinen eigenen Algorithmus gestalten?“). Die Möglichkeit, das „Regiebuch“ vollständig in InstaClone zu integrieren, steigert durch den Einsatz von Gamification-Elementen zusätzlich die Motivation. InstaClone wurde für den fächerübergreifenden Unterricht konzipiert, ist intuitiv und ohne vertiefte informatische Kenntnisse bedienbar, auf Deutsch und Englisch verfügbar und datenschutzkonform. Die Daten sind nur für die Nutzerinnen und Nutzer in einer Instanz sichtbar und auch das Projektteam der Technischen Universität München hat keinerlei Einsicht in die Daten.

In einer Case Study mit Schülerinnen und Schülern der Sekundarstufe II wurde InstaClone als authentisch und motivierend wahrgenommen. Besonders die Arbeit mit eigenen Daten wurde als „viel cooler“ und greifbarer beschrieben. Die Schülerinnen und Schüler zeigten sich überrascht, wie viel soziale Netzwerke über sie wissen – und äußerten den Wunsch, InstaClone weiterhin im Unterricht zu nutzen (SIGCSE 2024).

InstaClone verbindet informatische Bildung mit gesellschaftlicher Reflexion und macht informatische Konzepte lebensnah erfahrbar. Es zeigt, wie digitale Bildung gelingen kann, nämlich nicht durch den erhobenen Zeigefinger oder abstrakte Diskussionen, sondern durch aktives eigenständiges Gestalten und kritisches Hinterfragen. 

Weiterführende Informationen zu InstaClone sowie die zugehörigen Unterrichtsmaterialien finden Sie unter: https://info.instaclone.de/

Dieser Beitrag kommt von Dr. Anna Hartl (Professur für Psychologie des Lehrens und Lernens), Elena Spörer (Professur für Didaktik der Informatik) und Dr. Angelina Voggenreiter (Lehrstuhl für Computational Social Science). Sie sind wissenschaftliche Mitarbeiter:innen der Technischen Universität München und wurden für das Social-Media-Tool InstaClone 2025 mit dem Helmut und Heide Balzert Preis ausgezeichnet.

Konventionell werden diese Gleichungen, vor allem in der Festkörpermechanik, oft mit der Finite-Elemente-Methode gelöst (cadfem.net), die zunächst die Variation der betrachteten Differentialgleichung voraussetzt, sodass die Anforderungen an die Stetigkeit der Ableitungen von Lösung, Geometrie des betrachteten Gebietes und Randbedingungen entfallen. Dann wird das betrachtete Gebiet durch ein Netz in viele kleine Stücke, die finiten Elemente, aufgeteilt. Die zu lösende Funktion wird nun als Interpolation der Werte an den Netzknoten gesucht. Das dabei genutzte Newton-Raphson-Verfahren stellt eine Jacobimatrix mit den Ableitungen des Residuums des Gleichungssystems nach allen Knotenwerten auf (eine Anleitung zum Selberprogrammieren: uni-mainz.d).

Das führt zu den bis heute relevanten Herausforderungen, hochwertige und hinreichend feine Vernetzungen zu erzeugen, ausreichend Speicherkapazität und Rechenleistung (und damit auch elektrische Energie) für die Lösung verfügbar zu haben sowie bei der Kopplung physikalischer Phänomene und komplexen Materialverhaltens sämtliche partiellen Ableitungen aller gemischten Terme für die Jacobimatrix explizit und parametrisch zu ermitteln.

Alternativ dazu wurden zuletzt Physikalisch Informierte Neuronale Netze (PINN) vorgeschlagen (arxiv.org, github.io). Dabei wird die Lösung nun in Form eines neuronalen Netzes gesucht, dessen Ausgabe die relevanten Größen sind. Vorteilhaft hierbei ist, dass die Anwendung stochastischer Gradienten-Abstiegsverfahren wie ADAM die Aufstellung der Jacobi-Matrix umgeht und so deutlich weniger Speicher zur Lösung erforderlich ist. Oft kann das Problem auch einfacher und eleganter formuliert werden, da nur noch eine skalare Zielfunktion (Loss) benötigt wird, die zum Beispiel aus einer physikalischen Energiebetrachtung stammen kann. Beispielsweise ist die Gleichgewichtsbedingung in der Festkörperstatik äquivalent mit dem Prinzip der minimalen totalen potenziellen Energie, sodass direkt die potenzielle Energie als Loss angesetzt werden kann, was auf die Variante Deep Energy Method (DEM) führt (arxiv.org). Da oft auch das Materialverhalten direkt mithilfe der Formänderungsenergie ausgedrückt werden kann (wikipedia.org), ermöglicht dies die Codierung des Problems meist in wenigen Zeilen. Umgekehrt kann mit dieser Methode bei bekannter Verformung (zum Beispiel aus Experimenten) auch ein neuronales Materialmodell gewonnen werden (iopscience.iop.org).

Als weiterer Vorteil von PINN wird bisweilen genannt, dass keine Vernetzung mehr erforderlich sei, da keine Knotenwerte mehr gesucht sind und gegebenenfalls erforderliche Integrationen auch mit netzfreien Verfahren, zum Beispiel Monte Carlo-Methoden möglich seien. Es zeigt sich in der aktuellen Forschung jedoch immer mehr, dass dies stark vom jeweiligen Anwendungsfall abhängt. Für einfache Probleme sind die Unterschiede vernachlässigbar (link.springer.com), für Probleme mit Singularitäten kann die Nutzung der konventionellen Gauß-Quadratur mit einem Netz genau wie in der FEM jedoch signifikante Vorteile mit sich bringen (arxiv.org). Damit kann vor allem die sehr spezielle Form des Overfitting, für das die DEM anfällig ist, umgangen werden.

Während die Erforschung solcher neuronaler und anderer maschineller Lernverfahren weitgehend explorativ abläuft und die ersten Ansätze oft deutlich mehr Rechenleistung erforderten, Lösungen langsamer lieferten und die Ergebnisgenauigkeit oft geringer war als mit konventionellen Methoden, zeichnen sich inzwischen klare Vorteile ab. In ersten Untersuchungen kann die DEM mit einem konventionellen Netz Bruch- und Rissprobleme schneller und robuster lösen als die vergleichbare FEM. Die stark vereinfachte Modellierung ermöglicht es Studierenden, in wenigen Wochen ihre eigenen numerischen Löser zu schreiben, für die mit konventioneller FEM ein ganzes Semester erforderlich sind. Abschließend eröffnen die einfache Invertierbarkeit des Verfahrens und die Kopplung mit Messdaten die Möglichkeit für zahlreiche, leicht anwendbare und leistungsfähige Methoden zur automatischen Materialmodellierung.

Transparenzhinweis: Unser Autor ist Erstautor der verlinkten Publikationen https://link.springer.com/article/10.1007/s00521-024-10132-2 und https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2632-2153/adaf74.

Diesen Beitrag hat Stefan Hildebrand beigesteuert. Er forscht an der TU Berlin, ist GI-Junior-Fellow, Mitbegründer der BYTE-Challenge und GI-Präsidiumsmitglied.

Der Text erschien zuerst in unserem Newsletter GI-Radar. Alle Ausgaben gibt es hier zum Nachlesen. Sie haben auch einen Vorschlag für ein Thema? Wir freuen uns über Ihre Nachricht an redaktion@gi-radar.de.

Exkursion zu ethischem Hacking und Computerstrafrecht: Seit den 1980er-Jahren gibt es in Deutschland ein Computerstrafrecht. 1986 wurde § 263a StGB („Computerbetrug“) durch das Zweite Gesetz zur Bekämpfung der Wirtschaftskriminalität eingeführt, um eine Strafbarkeitslücke zu schließen: Gewöhnlicher Betrug setzte die Täuschung eines Menschen voraus, was bei Manipulationen an Computersystemen nicht gegeben war. Im Zuge weiterer Modernisierungen folgten 1998 Ergänzungen durch das Sechste Strafrechtsreformgesetz und 2003 ein weiteres Strafrechtsänderungsgesetz, das erstmals auch Vorbereitungshandlungen unter Strafe stellte. Dies wurde, wie eine weitere Reform 2007, massiv kritisiert (bundestag.de). In der Folge kam es sogar zu mehreren Selbstanzeigen (heise.de), die jedoch nie zu einer Verurteilung und damit auch nicht zu einer möglichen Abmilderung des sogenannten „Hackerparagraphen“ führten. Auch sonstige Verfassungsbeschwerden liefen ins Leere (heise.de).

Der Hauptkritikpunkt der IT-Sicherheitscommunity bleibt bis heute bestehen: Das bestehende Computerstrafrecht in Deutschland unterscheidet nicht zwischen maliziöser oder gutartiger Absicht, womit das Strafrecht unmittelbar IT-Fachleute und ihre (Forschungs-)arbeit betreffen kann und, wie wir später an Beispielen sehen werden, bereits betroffen hat. Sicherheitsforschende haben auf diesen Umstand in der Vergangenheit bereits mehrfach und nachdrücklich hingewiesen und auch die Vorteile von IT-Sicherheitsforschung dargelegt (sec4research.de). HackerInnen agieren zudem nicht nach Belieben, sondern haben sich selbst verantwortliche Regeln auferlegt, welche ein ethisches Handeln bewirken sollen – insbesondere die sogenannte Hackerethik (ccc.de). Ethisches Hacking und das verantwortungsvolle Offenlegen von Schwachstellen sind entscheidend für eine widerstandsfähige Cybersicherheit und Gesellschaft. Nur durch das Aufdecken von Fehlern können Systeme verbessert werden. Paradoxerweise stellt jedoch das Strafrecht diesem natürlichen Verbesserungsprozess Hindernisse in den Weg – mit der Folge, dass potenzielle Fortschritte ausbleiben oder sogar ein „Shooting-the-Messenger“-Verhalten entsteht, wie die untenstehenden Beispiele zeigen.

Ein besseres Computerstrafrecht ist möglich: International gibt es auch Positiv-Beispiele für ein entsprechend fortschrittliches Strafrecht (youtube.com). Aus einem umfassenden Rechtsvergleich des wissenschaftlichen Dienstes des deutschen Bundestages lässt sich beispielsweise entnehmen, dass einige Länder der EU bereits die entsprechende Absicht einer möglichen Tat in den Straftatbestand aufgenommen haben (bundestag.de), was meldende Personen, welche in guter Absicht handeln, schützen kann. 

Konkrete Fälle: In den letzten Jahren gab es mehrere Fälle verantwortungsvoller Offenlegung von Schwachstellen, bei denen Handlungen, die offensichtlich im öffentlichen Interesse lagen, dennoch zu Einschüchterungen oder Beschuldigungen führten. Ein kurzer Überblick: 

Im Mai 2021 entdeckte die Sicherheitsforscherin Lilith Wittmann in einer Wahlkampf-App der CDU, dass personenbezogene Daten ohne weitere Authentifizierung abrufbar waren. Die CDU erstattete anschließend Strafanzeige gegen Wittmann (lilithwittmann.medium.com). Als Reaktion verkündete der Chaos Computer Club (CCC), keine Sicherheitslücken mehr an die CDU melden zu wollen (ccc.de). Später wurden die Ermittlungen eingestellt und ein datenschutzrechtliches Prüfverfahren gegen die CDU eingeleitet (netzpolitik.org).

Der Softwareentwickler Hendrik Heinle entdeckte 2021, dass über 700.000 Kundendaten (darunter Bestellungen, Adressen, Kontodaten von Online-Diensten wie Otto, Check24 und Kaufland) schlecht gesichert waren und meldete dies dem verantwortlichen Dienstleister Modern Solution GmbH & Co. KG (spiegel.de). In der Folge erstattete das Unternehmen Strafanzeige. Es kam zu einer Hausdurchsuchung bei dem Sicherheitsforscher; Urteile und Geldstrafe wurden in mehreren Instanzen bestätigt (heise.de). Der IT-Sicherheitsforscher reichte zuletzt Verfassungsbeschwerde ein, sodass das Verfahren vor dem Bundesverfassungsgericht geführt wird, da der normale Rechtsweg ausgeschöpft ist (heise.de).

Der Softwareentwickler Daniel Ilin entdeckte im März 2022 eine kritische Sicherheitslücke im Musikdienst Beatclub und meldete diese verantwortlich an das Unternehmen. Anschließend setzte das Unternehmen offenbar einen Privatdetektiv auf den Softwareentwickler an, um ihn einzuschüchtern und informierte Betroffene des Vorfalls nur verzögert und unvollständig (golem.de).

Der Autor dieses Themas im Fokus meldete Ende 2024 eine kritische Sicherheitslücke an einen israelischen Softwarehersteller von Videoobservationssystemen (mint-secure.de). Da eine Rückmeldung durch den Hersteller über Monate ausblieb, wandte er sich anschließend an betroffene Ermittlungsbehörden weltweit. Eine der betroffenen Behörden war eine Spezialeinheit der Polizei in Luxemburg (wikipedia.org), welche über das nationale CERT informiert wurde. Zunächst bedankte man sich für den Hinweis und nahm ihn in die „Hall of Fame“ auf (govcert.lu). Einige Tage nach einem Vortrag auf einer Veranstaltung des Chaos Computer Club (media.ccc.de) wurde ein Ermittlungsverfahren eröffnet, in dem der Autor dieses Beitrags als Beschuldigter geführt wurde. Das Verfahren wurde Mitte 2025 ergebnislos eingestellt (mint-secure.de). Einen Patch vom Hersteller gab es jedoch nicht. 

Sogar das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI), ausgerechnet die Behörde, die für Cybersicherheit in Deutschland hauptsächlich zuständig ist, hat 2013 einmal Sicherheitsforschenden mit juristischen Schritten gedroht als diese Sicherheitsmängel in Verschlüsselungsalgorithmen im BSI-Tool „GSTool“ gefunden haben (golem.de).

Es ist Zeit zu handeln – Koalitionsvertrag sieht mehr Rechtssicherheit vor: Die geschilderten Fälle zeigen eindrücklich, dass akuter Handlungsbedarf besteht und das Computerstrafrecht dringend reformiert werden muss. Die Ampel-Regierung hatte 2024 bereits eine Reform des Computerstrafrechts geplant und es gab Gesetzentwürfe dazu, die sich bis heute auf der Website des BMJV abrufen lassen (bmjv.de). Die GI und weitere Verbände haben umfassende Stellungnahmen dazu abgegeben (gi.de) und teilweise weitergehenden Schutz gefordert (heise.de). Das Ampel-Aus verhinderte jedoch die Umsetzung der Reform. Unter anderem aufgrund einer starken Stimme der Sicherheitsforschenden (cysec-reform.jetzt) wurde das Thema im Koalitionsvertrag aufgenommen, dort heißt es auf Seite 92: „Wir werden im Computerstrafrecht Rechtssicherheit für IT-Sicherheitsforschung schaffen, wobei wir Missbrauchsmöglichkeiten verhindern.“ (koalitionsvertrag2025.de). Passiert ist, trotz steigender Bedrohung, seitdem: Nichts. Jüngst hat das Bundeskabinett zwar Eckpunkte für mehr Cybersicherheit beschlossen (bundesregierung.de), jedoch bleiben die Vorhaben abstrakt und weit hinter den Erwartungen zurück (netzpolitik.org). Besonders eine Reform des Computerstrafrechts sowie die Einführung einer rechtlich bindenden Verpflichtung, auf externe Hinweise zu Sicherheitslücken reagieren zu müssen, könnten eine echte Kehrtwende bewirken und langfristig für mehr Cybersicherheit sorgen.

Aktuelle Auswege aus der Rechtsunsicherheit & Ausblick: Solange diese rechtlichen Unsicherheiten bestehen, bleibt Sicherheitsforschenden beim Entdecken gravierender Sicherheitslücken derzeit oft nur die Möglichkeit, diese anonym oder über einen Vermittler wie den Chaos Computer Club (ccc.de) zu melden, um dennoch verantwortungsvoll zu handeln. Ende letzten Jahres konnte so beispielsweise offengelegt werden, dass Bewegungs- und Kontaktdaten von 800.000 Volkswagenbesitzern ungeschützt im Internet erreichbar waren (spiegel.de). Auch auf dem diesjährigen Internet Governance Forum des IGF-D am 10.09.2025 in Berlin (igf-d.de) wird über ein zukunftsfähiges Computerstrafrecht debattiert. Es ist zu hoffen, dass zeitnah eine Reform umgesetzt wird, die Sicherheitsforschenden die Möglichkeit gibt, rechtssicher einen entscheidenden Beitrag zur Absicherung von IT-Systemen zu leisten, ohne das Risiko unangemessener Strafverfolgung tragen zu müssen. Schließlich profitiert die gesamte Gesellschaft davon, wenn auf Sicherheitslücken hingewiesen und transparent darüber berichtet wird (ccc.de). So lässt sich lernen, Fehler künftig zu vermeiden und Daten effektiv zu schützen – was im Interesse aller sein sollte.

Diesen Beitrag hat Tim Philipp Schäfers beigesteuert. Er wurde 2017 zum Junior-Fellow der Gesellschaft für Informatik ernannt und ist Gründer und Geschäftsführer der Mint Secure GmbH, meldet verantwortlich Sicherheitslücken und lehrt IT-Security an der Fachhochschule der Wirtschaft in Paderborn.

Der Text erschien zuerst in unserem Newsletter GI-Radar. Alle Ausgaben gibt es hier zum Nachlesen. Sie haben auch einen Vorschlag für ein Thema? Wir freuen uns über Ihre Nachricht an redaktion@gi-radar.de