Abschlussarbeiten

Vergabe eines Themas

Wegen der großen Zahl von derzeit betreuten und bereits für die nähere Zukunft vergebenen Abschlussarbeiten in Verbindung mit den sehr begrenzten personellen Ressourcen des Lehrstuhls und dem Zwang, die Forschungen des Lehrstuhls vorwiegend auf Drittmitteleinwerbung auszurichten, kann auf absehbare Zeit nur eine begrenzte Zahl von Abschlussarbeiten betreut werden, insbesondere die Möglichkeit für Abschlussarbeiten bei Arbeitgebern sind stark beschränkt. Wir bedauern diesen Schritt sehr.

Zur Bearbeitung im Studienjahr 2026/27 sind die unten aufgelisteten Themen für Abschlussarbeiten zu vergeben.
Bitte schicken Sie bei Interesse bis zum 14.11.2026 eine E-Mail an Herrn Prof. Dr. Jörg Keller: joerg.keller.
In der E-Mail sollen sich folgende Informationen befinden:
Name, Vorname, MatrikelNr, Studiengang, VZ/TZ, Anzahl der Prüfungsleistungen, die zum Studienabschluss fehlen, geplante Daten der Erbringung dieser Leistungen, Thema, für das Sie sich interessieren (bis zu 3 Themen mit Priorisierung; alternativ:
eigener Themenvorschlag samt Beschreibung), für das Thema relevante Prüfungsleistungen, die bereits erbracht sind.
Da die Nachfrage nach den Themen regelmäßig das Angebot und die Betreuungskapazität übersteigt, wird Professor Keller bis zum 16.11.2026 entscheiden müssen, welche Kandidat:innen betreut werden können.

C1) Adaptive Huffman-Kodierung für Texte (Bachelorarbeit, Betreuung durch Prof. Dr. Keller)

Bei Texten natürlicher Sprache haben die Symbole meist keine Gleichverteilung sondern eine Zipf-Verteilung.
Darüber hinaus erscheinen die Symbole nicht unabhängig voneinander, d.h. die Wahrscheinlichkeitsverteilung für das nächste Symbol hängt vom vorausgehenden Symbol ab.
Die Abschlussarbeit untersucht, inwiefern eine Kodierung, bei der abhängig von jedem vorausgehenden Symbol s ein Huffman-Kode c_s erstellt wird, zu Längenersparnissen gegenüber einem einzelnen Huffman-Code für die Zipf-Verteilung führt. Hierzu werden zunächst für längere Texte (z.B. Projekt Gutenberg) die globalen Häufigkeiten der Symbole sowie die Häufigkeiten abhängig vom Vorsymbol festgestellt. Danach werden entsprechende Huffman-Codes erstellt und die Texte (die den mittleren Häufigkeiten nur bedingt entsprechen) Kodierungen vorgenommen, deren Längen verglichen werden.

C2) "Heilen" von nicht-präfixfreien Codes (mehrere Bachelor- und Masterarbeiten, Betreuung durch Prof. Dr. Keller)

Hat man einen nicht-präfixfreien Code und die Häufigkeits-Verteilung der Quellsymbole, so kann man einen präfix-freien Code mit möglichst kurzer mittlerer Codewortlänge erstellen, allerdings sehen die Codewörter meist vollständig anders aus als vorher. Kennt man die Verteilung der Quellsymbole nicht, so kann man nur auf Basis der bisherigen Codewortlängen eine Reihung von Häufigkeiten vornehmen. Um die bisherigen Codewörter zu erhalten, gibt es mehrere Möglichkeiten, die im Rahmen der Abschlussarbeiten überprüft werden:
* Anfügen eines gemeinsamen Suffix an jedes Codewort bis Präfixfreiheit erreicht ist. (Länge des kürzesten Suffix? Schneller Algorithmus?)
* Anfügen von Codewort-spezifischen Suffixes an jedes Codewort so dass Präfixfreiheit erreicht ist. (Längen der Suffixe? Schneller Algorithmus?)
* Voranstellen von Codewort-spezifischen Präfixen bei jedem Codewort so dass Präfixfreiheit erreicht ist. (Längen der Präfixe? Schneller Algorithmus?)
* Starten mit präfix-freien Teilcodes und Zusammenfügen mit einer der obigen Maßnahmen.
Die Abschlussarbeit:en implementieren, evaluieren und/oder vergleichen mehrere Varianten.

S1) Balancierung von Häufigkeit und Umfang der Veränderungen durch Covert Channels in Netzwerk-Paketen zur Optimierung von Stego-Bandbreite und Stealthyness (Betreuung: Prof. Dr. Keller)

Netzwerk-Steganografie überschreibt z.B. den Inhalt eines Header-Feldes mit einem Stück der geheimen Nachricht.
Gleichzeitig überprüfen Warden die Entropie oder andere statistische Eigenschaften von Sequenzen von Netzwerk-Paketen, oft mit einem Sliding-Window-Verfahren.
Um nicht aufzufallen, gibt es zwei Strategien: nur einen Teil der Pakete für die Übertragung der geheimen Nachricht nutzen oder nur einen Teil des Header-Feldes überschreiben.
Beides beeinflusst sowohl die Stego-Bandbreite als auch die Unauffälligkeit. Die Abschlussarbeit untersucht, welche Kombinationen der beiden obigen Möglichkeiten die Stego-Bandbreite für einen gegebenen Schwellwert der Unauffälligkeit optimieren bzw. welche Kombinationen der beiden obigen Möglichkeiten die Unauffälligkeit für einen gegebenen Schwellwert an Stego-Bandbreite optimieren bzw. wie die Pareto-Front einer zwei-dimensionalen Optimierung aussieht. Hierzu werden konkrete Einbettungs- und Analyse-Verfahren aus der Literatur extrahiert, implementiert und die notwendigen Optimierungsschritte umgesetzt.

S2) Experimentell: Covert Channels in QR-Codes (Betreuung: Prof. Dr. Keller)

Ein QR-Code besteht aus einer quadratischen Matrix aus schwarzen und weißen Quadraten oder Punkten, Module genannt, die die kodierten Daten binär darstellen. Die Daten im QR-Code sind durch einen fehlerkorrigierenden Code erweitert. Dadurch wird der Verlust von bis zu 30% des Codes toleriert, d. h., er kann auch dann noch dekodiert werden (Wikipedia).
Ein Covert Channel kann nun auf (mindestens) zwei Arten in einen QR-Code integriert werden: Einerseits kann ein Teil der Fehlertoleranz benutzt werden, um eine geheime Nachricht von z.B. 10% des Codes einzubettens, andererseits können schwarze Quadrate, die meist aus vielen Pixeln bestehen, gezielt verändert werden, so dass ein normaler QR-Code-Scanner sie noch erkennt, allerdings eine hochauflösende Kamera den Unterscheid zum unveränderten schwarzen Quadrat bemerkt und so die geheime Nachricht extrahieren kann. Gleichzeitig sollen die Veränderungen aber optisch unauffällig sein. Anwendungsmöglichkeiten bestehen sowohl als Wasserzeichen als auch zum Exfiltrieren von Daten (speziell die zweite Variante sollte nennenswerte Stego-Kapazität liefern), durch die Kombination beider Varianten kann auch Multilevel-Steganografie betrieben werden. Die Abschlussarbeit implementiert und evaluiert entsprechende Einbettungs- und Extraktionsverfahren.

F1) Evaluierung von Netzwerkdatengenerierung mit P4, eBPF und C (Betreuung: Prof. Dr. Spiekermann)

In der Masterarbeit sollen die Möglichkeiten von P4, eBPF und C zur Manipulation und Erweiterung bestehender PCAP-Dateien untersucht und miteinander verglichen werden. Dazu werden Prototypen entwickelt, die Netzwerkpakete gezielt verändern oder um zusätzliche Header und Payload-Daten ergänzen. Die Verfahren werden hinsichtlich Durchsatz, Ressourcenbedarf, Parallelisierbarkeit und Implementierungsaufwand evaluiert.

F2) Evaluierung der Monitoring-Lösungen in EVPN-Umgebungen zur forensischen Datensicherung (Betreuung: Prof. Dr. Spiekermann)

In dieser Masterarbeit soll untersucht werden, wie sich die forensische Auswertbarkeit in dynamischen Netzwerken durch eine ereignisgesteuerte Anpassung der Paketaufzeichnung verbessern lässt. Dazu werden Änderungen des Control-Plane-Zustand im BGP-EVPN-Umfeld erfasst und zur dynamischen Steuerung der Paketaufzeichnung genutzt. Die Arbeit evaluiert die verfügbaren Monitoring-Mechanismen hinsichtlich Vollständigkeit, Reaktionszeit und Zuverlässigkeit und untersucht Lösungsansätze für fehlende oder unvollständige EVPN-Zustandsinformationen.

D1) Verschiedene Themen mit Bezug zu IT-Sicherheit, IT-Forensik und Datenschutz (Betreuung durch Prof. Dr. Eggendorfer)

Diese Themen werden ausgehend von den Vorkenntnissen und Interessen der Kandidat:innen sowie den verfügbaren Themenbereichen individuell ausgearbeitet.
Der eigentliche Start der Abschlussarbeit kann erst im Jahr 2027 erfolgen.

P1) Optimierung mehrerer unbalancierter MPI_Gather Operationen (Betreuung durch Prof. Dr. Keller)

Träff (IEEE TPDS 2019) hat gezeigt, wie unbalancierte MPI_Gather Operationen optimiert werden können.Dabei nimmt er an, dass alle Prozesse gleichzeitig die Gather-Operation erreichen.
Die Optimierung kann für unterschiedliche Ankunftszeiten angepasst werden, gleichzeitig ist es möglich, vorherzusagen, wann welcher MPI-Prozess die Gather-Operation verlässt. Somit ist eine Optimierung einer Sequenz von Gather-Operationen möglich.
Die Implementierung von Träff soll für diesen Fall angepasst und der Zeitgewinn für verschiedene Datengrößen experimentell ermittelt werden.

P2) Heuristische Behandlung von Frequency Island Constraints bei der Lösung von Scheduling-Problemen (M.Sc., Betreuung durch Prof. Dr. Keller)

In vielen Prozessoren ist eine unabhängige Frequenzskalierung eines jeden Kerns aufgrund von Hardwareeinschränkungen nicht gegeben, sondern die Festsetzung derFrequenz erfolgt für Gruppen von Kernen ("Frequency Islands"). Bei der heuristischen Lösung von Scheduling-Problemen kann eine basale Behandlung von Frequency Island Constraints darin bestehen, die Frequenz für alle betroffenen Kerne auf die höchste benötigte zu setzen. Bedauerlicherweise kann dies gravierende Auswirkungen auf die Lösungsqualität haben.
Ziel der Arbeit soll daher sein, einen Umgang mit Frequency Island Constraints bei der heuristischen Lösung von Scheduling-Problemen zu finden, welcher die Lösungsqualität in geringerem Maße beeinträchtigt.

Das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik bietet ebenfalls Themen für Abschlussarbeiten im Bereich IT-Sicherheit an, die in Kooperation mit dem Lehrgebiet Parallelität und VLSI betreut werden können:
https://www.bsi.bund.de/DE/Karriere/Einstieg/Studium-und-Ausbildung/Bachelor-und-Masterarbeiten/bachelor-und-masterarbeiten_node.html

Auch andere Institutionen wie etwa ZITiS bieten regelmäßig Themen für Abschlussarbeiten an.

Bitte bewerben Sie sich bei Interesse dort und melden sich bei Prof. Keller mit Nennung von Thema und Betreuer, wenn Sie dort einig geworden sind.

Andere Lehrstühle der Fakultät, zum Beispiel Kommunikationsnetze, Multimedia und Internetanwendungen oder Künstliche Intelligenz, bieten ebenfalls Abschlussarbeiten mit Bezug zur IT-Sicherheit an.
Bitte fragen Sie hierzu bei den betreffenden Lehrstühlen nach.