Einführung in Python - Prof. Dr. Christoph Karg

Sichere Programmierung
Lerneinheit 1: Einführung in Python
Prof. Dr. Christoph Karg
Studiengang Informatik
Hochschule Aalen
Wintersemester 2016/2017
30.10.2016
Gliederung
•
•
•
•
•
•
•
•
Einleitung
Variablen
Kontrollstrukturen
Datentypen
Listen & Dictionaries
Dateioperationen
Skripterstellung
Nutzung von Virtual Environments
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Sichere Programmierung
Einführung in Python
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Einleitung
Wissenswertes über Python
Wissenswertes über Python
•
•
•
•
•
Einfach zu benutzende Programmiersprache
Interpreter-basiert
High-Level Datentypen
Umfangreiche Modul-Bibliothek
Benannt nach der BBC Serie Monty Python’s Flying Circus“
”
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Sichere Programmierung
Einleitung
Einführung in Python
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Wissenswertes über Python
Wesentliche Unterschiede zu C/C++/Java/…
• Interpreter-basiert
⇝ kein Kompilieren/Linken des Codes notwendig
• Keine Deklaration von Datentypen
⇝ Ermittlung des Typs einer Variablen aus dem Kontext
• Keine Blockklammerungen
⇝ Strukturierung des Codes durch Einrückung
• Leistungsfähige Operationen für Variablen
⇝ Einfache Programmierung von komplexen Ausdrücken
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Einleitung
Wissenswertes über Python
Verfügbare Versionen
• �Python 2.x (vorzugsweise 2.6.x oder 2.7.x)
▷ Standard in vielen Linux Distributionen, Mac OSX, Windows
▷ Hohe Stabilität
▷ Keine Weiterentwicklungen mehr
• �Python 3.x
▷ Zukünftiger Standard
▷ Ideal für nicht-systemkritische Anwendungen
▷ Aktive Weiterentwicklung
Vorsicht: Es gibt Inkompatibilitäten zwischen Python 2 und 3
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Einleitung
Einführung in Python
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Entwicklungsumgebungen
Entwicklungsumgebungen
• �IDLE
▷ Bestandteil von Python
▷ Debugger im Lieferumfang enthalten
▷ Ideal für den Einstieg in die Python Programmierung
• �PyDev
▷ Plugin für Eclipse
▷ Sehr leistungsfähig
▷ Benutzbar mit anderen Eclipse Funktionalitäten
• �Pycharm
▷ Leistungsfähige IDE
▷ Durch Plugins erweiterbar
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Einleitung
Entwicklungsumgebungen
Der erste Kontakt
Der Befehl python startet den Python Interpreter in einer Konsole:
�Hinweis: Der Befehl python2 (bzw. python3) startet einen Python
2.x (3.x) Interpreter
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Einleitung
Einführung in Python
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Entwicklungsumgebungen
Arbeiten mit dem Interpreter
>>> print "Hallo␣Welt"
Hallo Welt
>>> 23*4+12
104
>>> 13/3
4
>>> 13/3.0
4.333333333333333
>>> 2**200
1606938044258990275541962092341162602522202993782
792835301376 L
>>> print '%2.5f' % (10/3.0)
3.33333
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Variablen
Variablen
�Syntax:
• Eine Variable ist eine Zeichenkette bestehend aus Buchstaben,
Ziffern und Unterstrichen (_).
• Das erste Symbol einer Variable muss ein Buchstabe oder ein _
sein.
�Wertzuweisung:
• Die Zuweisung eines Werts erfolgt mit dem Operator =.
• Auf der rechten Seite des Operators = muss sich ein Term
befinden.
• Die Variable wird automatisch bei der ersten Zuweisung
deklariert.
• Der Datentyp der Variablen wird anhand des Terms festgelegt.
• Der Zugriff auf eine Variable, der kein Wert zugewiesen wurde,
führt zu einem Laufzeitfehler.
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Variablen
Beispiele
x = 45/2 + 5
⇝ x ist eine ganze Zahl mit dem Wert 27
y = 45/2.0 + 5
⇝ y ist eine Fließkommazahl mit dem Wert 27.5
s = " Hallo ␣" + "Welt" + "!"
⇝ s ist ein String mit dem Wert Hallo Welt!
t = ("Data", 23)
⇝ t ist ein Paar bestehend aus einem String (Wert Data) und einer
ganzen Zahl (Wert 23)
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Kontrollstrukturen
Kontrollstrukturen
• Kontrollstrukturen:
▷ Fallunterscheidung (⇝ if)
▷ Kopfgesteuerte Schleife (⇝ while)
▷ Iterationsschleife (⇝ for)
▷ Funktionen
• Es gibt keine Blockklammerungen.
• Die Strukturierung des Quellkodes erfolgt mittels Einrückungen.
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Kontrollstrukturen
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Fallunterscheidung
Fallunterscheidung
�Aufbau:
if Bedingung 1:
Block 1
elif Bedingung 2:
Block 2:
...
elif Bedingung n:
Block n
else:
Block n+1
�Bemerkungen:
• Die elif und else Blöcke sind optional.
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Kontrollstrukturen
Fallunterscheidung
Fallunterscheidung – Beispiel
n = 12
if n % 3 == 0:
if n % 6 != 0:
print n, "ist␣ein␣ Vielfaches ␣von␣3"
else:
print n, "ist␣ein␣ Vielfaches ␣von␣6"
elif n % 4 == 0:
print n, "ist␣ein␣ Vielfaches ␣von␣4"
else:
print n, "ist␣kein␣ Vielfaches ␣von␣3␣und␣4"
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Kontrollstrukturen
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Kopfgesteuerte Schleife
Kopfgesteuerte Schleife
�Aufbau:
while Bedingung :
Block 1
else:
Block 2
�Bemerkungen:
• Der else-Teil ist optional und wird nach Beendigung der Schleife
ausgeführt.
• Ein in Block 1 ausgeführter break Befehl beendet die Schleife.
In diesem Fall wird der else-Teil nicht ausgeführt.
• Der Befehl continue startet den nächsten Durchlauf der Schleife.
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Kontrollstrukturen
Kopfgesteuerte Schleife
Kopfgesteuerte Schleife – Beispiel
n = 15; i = 0
while i <=n:
if n >20:
print n, "ist␣zu␣ gross !"
break
print "%2d␣:␣%7d" % (i, 2**i)
i = i+1
else:
print n+1, " Zweierpotenzen ␣ berechnet ."
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Kopfgesteuerte Schleife
Implementierung fußgesteuerter Schleifen
�Ziel: Implementierung von fußgesteuerten Schleifen unter Einsatz
einer kopfgesteuerten Schleife.
�Ausgangspunkt:
do {
Block
} while Bedingung
�Lösung: Einsatz eines Flags, um die Schleife mindestens einmal zu
durchlaufen.
first =true
while first || Bedingung :
first = false
Block
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Kontrollstrukturen
Kopfgesteuerte Schleife
Fußgesteuerte Schleife – Beispiel
�Gegeben:
n = 10; i = 0
do {
print "%2d␣:␣%7d" % (i, 2**i))
} while i<=n
�Python-Implementierung:
n = 10; i = 0;
first = True
while first or i <=n:
first = False
print "%2d␣:␣%7d" % (i, 2**i)
i = i + 1
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Kontrollstrukturen
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Iterationsschleife
Iterationsschleife
�Aufbau:
for Variablen in Liste:
Block 1
else:
Block 2
�Bemerkungen:
• Der else-Teil ist optional und wird nach Beendigung der Schleife
ausgeführt.
• Ein in Block 1 ausgeführter break Befehl beendet die Schleife.
In diesem Fall wird der else-Teil nicht ausgeführt.
• Der Befehl continue startet den nächsten Durchlauf der Schleife
• Die Liste darf im Schleifenrumpf nicht verändert werden.
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Kontrollstrukturen
Iterationsschleife
Iterationsschleife – Beispiel
liste = ["Dies", "ist", "ein", " langer ", "Text" ]
cntr = 0
for x in liste :
print x
cntr = cntr + 1
else:
print cntr , "Wörter␣ ausgegeben "
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Datentypen
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20 / 74
Übersicht
Datentypen in Python
•
•
•
•
•
Datentypen für Zahlen
Sequenzen (Tupel)
Listen
Zeichenketten (aka Strings)
Assoziative Arrays (aka Dictionaries)
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Datentypen
Datentypen für Zahlen
Datentypen für Zahlen
• Unterstützte Zahlentypen:
▷ Ganze Zahlen
▷ Fließkommazahlen
▷ Komplexe Zahlen
• Genauigkeit
▷ Ganze Zahlen ⇝ exakt (nur durch Hauptspeicher begrenzt)
▷ Fließkommazahlen ⇝ im Kontext konfigurierbar
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Datentypen
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Datentypen für Zahlen
Auswahl von Operatoren für Zahlen
Operator
a + b
a - b
a * b
a ** b
a / b
a % b
a // b
round(x)
str(x)
Bedeutung
Addition von a und b
Subtraktion von a und b
Multiplikation von a und b
Exponentation von a und b (d.h. ab )
Division von a und b
a modulo b
Division von a und b und Abrunden auf die
nächstkleinste ganze Zahl
Runden von x
Konvertierung von x in einen String
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Datentypen
Datentypen für Zahlen
Bemerkungen
•
•
•
•
In Python gibt es keine Inkrement- oder Dekrementoperatoren.
Anstatt x = x+1 kann man auch x += 1 schreiben.
Für die anderen Grundrechenarten existieren analoge Operatoren.
Das Modul math enthält eine Vielzahl weiterer mathematischer
Operationen und Funktionen.
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Datentypen
Einführung in Python
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Sequenzen
Sequenzen (Tupel)
• Python bietet die Möglichkeit, Daten als Tupel zu gruppieren.
• Ein Tupel wird erzeugt, indem man die Elemente klammert:
t = (1 ,3 ,5)
• Die Klammerung ist optional:
t = 1,3,5
• Zugriff auf die Elemente eines Tupels:
(a,b,c) = t
Hierbei ist auf die Dimension des Tupels zu achten
• Man kann Sequenzen auch verschachteln:
t = (1 ,(2 ,3) ,8)
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Datentypen
Listen
Listen
• Python stellt mit Listen eine leistungsfähige Datenstruktur bereit.
• Der Inhalt einer Liste ist dynamisch verwaltbar.
• Die Elemente einer Liste werden mittels einer for-Schleife
durchlaufen.
• Es gibt eine Vielzahl von Funktionen zur Verarbeitung von Listen.
• Durch Verschachtelung von Listen kann man beispielsweise
Arrays erzeugen.
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Datentypen
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Listen
Arbeit mit Listen
• Leere Liste erzeugen:
L = []
• Liste mit den Elementen 23, Hallo, Welt, 42 und 9 erzeugen:
L = [ 23, " Hallo ", "Welt", 42, 9 ]
• Element 12 ans das Ende der Liste anhängen:
L. append (12)
• Anzahl der in der Liste enthaltenen Elemente ausgeben:
print len(L)
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26 / 74
Datentypen
Listen
Der Range Befehl
• Der Befehl �range() dient zur Erzeugung von Zahlenfolgen.
• �Variante 1: range(stop)
▷ Erzeugt die Liste [0,1,2,...,stop-1]
▷ Ist stop ≤ 0, dann ist die Liste leer
• �Variante 2: range(start,stop[,step])
▷ Erzeugt die Liste
[start, start + step, start + 2 · step, . . . , start + i · step]
wobei i = max{start + j · step | j = 0, 1, 2, . . .}
▷ step ist optional (Defaultwert 1)
▷ step muss ungleich 0 sein
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Datentypen
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Listen
Beispiele für range()
>>> range (10)
[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
>>> range (3 ,10)
[3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
>>> range (3 ,10 ,2)
[3, 5, 7, 9]
>>> range ( -4 ,10 ,2)
[-4, -2, 0, 2, 4, 6, 8]
>>> range (-4 ,10, -2)
[]
>>> range (10 ,3)
[]
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Datentypen
Listen
Zugriff auf Listen
�Variante 1: Einsatz einer for-Schleife
L = range (1 ,20 ,2)
for x in L:
print x
�Variante 2: Einsatz des Klammeroperators []
for i in range (0, len(L)):
print L[i]
�Beachte: Listenelemente sind änderbar
print L[3]
L[3] = 25
print L[3]
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Datentypen
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Listen
Auswahl von Teillisten
Mit dem �Klammeroperator [] kann man Teile einer Liste auswählen.
�Anwendung:
• L[a:b] liefert eine Liste, die die Elemente in L von Position a bis
b − 1 enthält.
• L[a:] liefert die Elemente in L ab Position a.
• L[:b] liefert die Elemente in L bis Position b − 1.
• Negative Bereichsgrenzen sind erlaubt. So liefert L[4:-1] den
Inhalt von L ab dem fünften bis zum vorletzten Element.
• L[:] liefert eine Kopie von L.
�Beachte: Fehlerhafte Bereichsangaben werden passend korrigiert.
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Datentypen
Listen
Weitere nützliche Befehle
• L.append(x): das Element x wird an das Ende von L angehängt.
• L.insert(i,x): Fügt das Element x an der Position i in die
Liste ein.
• L.extend(L2): die Liste L2 wid an das Ende von L angehängt.
• L.remove(x): das erste Vorkommen von x in L wird gelöscht. Ist
x nicht in L enthalten, führt dies zu einem Laufzeitfehler.
• L.pop([i]): das Element an der i-ten Position wird gelöscht.
Wird keine Position angegeben, dann wird das letzte Element in
der Liste gelöscht.
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Datentypen
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Listen
Weitere nützliche Befehle (Forts.)
• x in L: gibt genau dann True zurück, wenn x in L enthalten ist
• x not in L: gibt genau dann True zurück, wenn x nicht in L
enthalten ist
• L.index(x): Liefert den Index des ersten Vorkommens von x in
L. Ist x nicht in L enthalten, führt dies zu einem Laufzeitfehler
• L.count(x): Zählt die Anzahl der Vorkommen von x in L
• L.sort(): Sortiert die Elemente in L
• L.reverse(): Kehrt die Reihenfolge der Elemente in L um
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Datentypen
Zeichenketten
Zeichenketten
•
•
•
•
Eine Zeichenkette ist ein Spezialfall einer Liste.
Zeichenketten sind nicht veränderbar.
Zeichenketten können mittels + konkateniert werden.
Mit dem Befehl �print gibt man eine Zeichenkette auf der
Konsole aus.
• Mit dem Befehl ord(c) wird der Index des Zeichens c im
eingesetzten Zeichensatz ermittelt.
• Der Befehl chr(i) berechnet das Zeichen mit dem Index i im
aktuellen Zeichensatz.
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Datentypen
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Zeichenketten
Nützliche Funktionen für Zeichenketten
• s[i]: liefert das i-te Zeichen in s zurück. Ist i außerhalb des
zulässigen Bereichs, führt dies zu einem Laufzeitfehler.
• s.isalpha(): gibt True zurück, wenn s nur Buchstaben enthält.
• s.isdigit(): gibt True zurück, wenn s nur Ziffern enthält und
mindestens ein Zeichen lang ist.
• s.isspace(): gibt True zurück, wenn s nur Whitespace-Zeichen
enthält.
• s.isupper(): gibt True zurück, falls alle in s enthaltenen
Buchstaben gross geschrieben sind.
• s.upper(): gibt eine Kopie von s zurück, bei der alle
Buchstaben gross geschrieben sind.
• s.islower(), s.lower(): analog für Kleinschreibung
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Datentypen
Zeichenketten
Zeichenketten – Beispiel
s = "Ich␣bin␣ein␣ langer ␣ String ␣mit␣ Buchstaben ␣und"
s += "␣1␣oder␣2␣ Ziffern ."
print s
for x in s:
if x. isupper ():
print x + "␣ist␣ein␣ grosser ␣ Buchstabe ."
elif x. islower ():
print x + "␣ist␣ein␣ kleiner ␣ Buchstabe ."
elif x. isdigit ():
print x + "␣ist␣eine␣ Ziffer ."
elif x. isspace ():
print x + "␣ist␣Whitespace - Zeichen ."
else:
print x + "␣ist␣ein␣ Sonderzeichen ."
print s. upper ()
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Datentypen
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Dictionaries
Dictionaries
• Ein Dictionary ist eine Datenstruktur zur Speicherung von Daten
mit Zugriffsschlüsseln.
• Ein Datensatz besteht aus:
▷ Schlüssel ⇝ beliebige sortierbare Daten
▷ Nutzdaten ⇝ jede Art von Daten
• Mit der Zuweisung D = {} wird ein leeres Dictionary D erzeugt.
• Die Zuweisung D[key] = value fügt ein Datum mit dem
Schlüssel key und den Nutzdaten value in das Dictionary D ein.
Ist bereits ein Datum mit dem Schlüssel key vorhanden, dass
wird dieses überschrieben.
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Datentypen
Dictionaries
Dictionaries – Beispiel
D1 = {}
D1[" Sabine "] = " 089/232323 "
D1[" Oskar "] = " 0711/23343434 "
D1[" Andrea "] = " 0815/12345 "
D1[" Martin "] = " 07361/12345 "
D1["Eva"] = " 07361/12323 "
D1["Paul"] = " 0711/123988 "
D1[" Andrea "] = " 0815/45678 "
print D1
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Datentypen
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37 / 74
Dictionaries
Erzeugen von Dictionaries
Mit dem Befehl
{ k1 : v1, k2 : v2, ..., kn : vn}
wird ein Dictionary mit n Einträgen (k1 , v1 ), . . . , (kn , vn ) erzeugt.
Beispiel:
D2 = { (2 ,4)
(3 ,2)
(4 ,3)
(1 ,9)
:
:
:
:
" Punkt ␣1",
" Punkt ␣2",
" Punkt ␣3",
" Punkt ␣4" }
print D2
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38 / 74
Datentypen
Dictionaries
Erzeugen von Dictionaries (Forts.)
Eine Liste mit Paaren kann man mit dem Befehl �dict() in ein
Dictionary konvertieren.
Beispiel:
L = [ ("c" ,10), ("z" ,89), ("d" ,41),
("t" ,26) ]
D3 = dict(L)
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Datentypen
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Dictionaries
Zugriff auf Dictionaries
• Der Befehl �D.iteritems() liefert eine Liste mit Paaren aller in
dem Dictionary D enthaltenen Werte.
• Mit dem Befehl �D.iterkeys() kann man die Liste aller in dem
Dictionary D enthaltenen Schlüssel abfragen.
• Die im Dictionary D enthaltenen Werte erhält man durch den
Befehl �D.itervalues().
• Mit �D.has_key(k) kann man abfragen, ob D ein Element mit
dem Schlüssel k enthält.
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40 / 74
Datentypen
Dictionaries
Zugriff auf Dictionaries – Beispiel
L = [ ("c" ,10), ("z" ,89), ("d" ,41),
("t" ,26), ("e" ,41) ]
D3 = dict(L)
for (k,v) in D3. iteritems ():
print "Schlüssel:␣{0}␣/␣Datum :␣{1}". format (k,v)
for (k,v) in sorted (D3. iteritems ()):
print "Schlüssel:␣{0}␣/␣Datum :␣{1}". format (k,v)
for k in D3. iterkeys ():
print "Schlüssel:␣", k
for v in D3. itervalues ():
print "Datum :␣", v
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Datentypen
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41 / 74
Dictionaries
Beispiel: Buchstabenstatistik
�Aufgabe: Zähle die in einem String vorkommenden Zeichen und gib
folgende Informationen aus:
1. Zeichen mit den jeweiligen Positionen im String
2. Tabelle mit allen Zeichen, sortiert nach deren Häufigkeit
�Ansatz: Benutze Listen und Dictionaries
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42 / 74
Datentypen
Dictionaries
Beispiel: Buchstabenstatistik (Cont.)
text = " diesisteinextremlangertextohnesinnaber " \
+ " mitviiielenbuchstabenzumzaehlen "
n = len(text)
BT = {}
for i in range (n):
x = text[i]
if BT. has_key (x):
BT[x]. append (i)
else:
BT[x] = [i]
H = []
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Datentypen
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43 / 74
Dictionaries
Beispiel: Buchstabenstatistik (Cont.)
for (x, L) in BT. iteritems ():
H. append ( (len(L)/ float (n), x) )
for (f,x) in reversed ( sorted (H)):
print " Zeichen :␣%s,␣Hä ufigkeit :␣%␣1.5f," \
% (x,f), " Vorkommen :", BT[x]
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Funktionen
Definition
Definition von Funktionen
�Syntax:
def name( parameter1 , parameter2 , ...):
Block
�Bemerkungen:
• Mit dem Statement return kann man einen Wert zurückgeben.
• Enthält der Funktionsrumpf kein return, dann wird er bis zum
Ende ausgeführt.
• Die Parameterliste darf leer sein.
• Man kann die Parameter mit Default-Werten belegen.
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Funktionen
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Einführung in Python
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Definition
Funktionen – Beispiel 1
def gcd(a,b):
if b==0:
return a
else:
return gcd(b, a%b)
def lcm(a,b):
return a*b/gcd(a,b)
print gcd (20 ,181)
print lcm (21 ,35)
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Sichere Programmierung
Funktionen
Definition
Funktionen – Beispiel 2
def test(a=1,b=2,c=3):
print "a:", a
print "b:", b
print "c:", c
print
test ()
test (6)
test(b=7)
test(a=6,c=7)
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Sichere Programmierung
Funktionen
Einführung in Python
47 / 74
Modularisierung
Modularisierung
• Python bietet die Möglichkeit, Quellcode zu modularisieren.
• Hierzu wird der Quellcode auf mehrere Daten, sogenannte
Module, verteilt.
• Um auf die Funktionen eines Moduls zuzugreifen, muss das
Modul importiert werden.
• Es gibt zwei Importmöglichkeiten:
▷ Einbinden des kompletten Modules
▷ Einbinden einzelner Funktionen des Modules
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48 / 74
Funktionen
Modularisierung
Modularisierung – Beispiel
Inhalt der Datei gcdlcm.py:
def gcd(a,b):
if b==0:
return a
else:
return gcd(b, a%b)
def lcm(a,b):
return a*b/gcd(a,b)
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Funktionen
Einführung in Python
49 / 74
Modularisierung
Modularisierung – Beispiel (Forts.)
�Variante 1: Import des kompletten Modules
import gcdlcm
print gcdlcm .gcd (21 ,105)
print gcdlcm .lcm (21 ,105)
�Bemerkung: Beim Aufruf der Funktion muss der Name des Moduls
voran gestellt werden.
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50 / 74
Funktionen
Modularisierung
Modularisierung – Beispiel (Forts.)
�Variante 2: Import ausgewählter Funktionen
from
gcdlcm import gcd , lcm
print gcd (21 ,105)
print lcm (21 ,105)
�Bemerkung: Mit dem Befehl
from module import *
werden alle Funktionen des Moduls importiert.
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Nützliche Module
Nützliche Module
Python stellt eine Vielzahl von Module für alle Aspekte der
Software-Entwicklung bereit.
Für dieses Projekt sind folgende Module nützlich:
• Modul �os: Modul für Betriebssystemzugriffe
▷ Zugriff auf Umgebungsvariablen
▷ Arbeit mit Verzeichnissen und Dateien
▷ Abfrage von Benutzerinformationen
• Modul �sys: Modul mit systemspezifischen Funktionen
▷ Übergabeparameter
▷ Beendigung des Programms
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52 / 74
Nützliche Module
Das Modul os
Lesen und Schreiben von Dateien
• Dateien werden mit dem Befehl open(name, mode) geöffnet.
• Die Parameter von open() sind:
▷ name enthält den Namen der Datei (inklusive dem Pfad).
▷ mode gibt den Zugriffsmodus an (r = lesend, w =
schreibend).
•
•
•
•
•
Der Rückgabewert von open() ist ein File Descriptor.
Die Zugriffe auf die Datei erfolgen über den File Descriptor.
Mit fd.close() wird die Datei geschlossen.
Mit fd.write(s) wird der String s in die Datei geschrieben.
Will man Zahlen oder Listen in eine Datei schreiben, muss man
sie vorher in einen String konvertieren.
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Sichere Programmierung
Nützliche Module
Einführung in Python
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Das Modul os
Lesen und Schreiben von Dateien (Forts.)
• Mit fd.read() wird der komplette Inhalt der Datei ausgelesen
und als String zurück gegeben.
• Eine Zeile der Datei erhält man mit fd.readline(). Durch
wiederholten Aufruf kann man die Datei zeilenweise durchlaufen.
• Ist das Ende der Datei erreicht, dann liefert fd.readline()
einen leeren String zurück.
• Alternativ nutzt man eine for-Schleife, um die Datei zeilenweise
zu durchlaufen.
• Der Befehl fd.readlines() liefert eine Liste mit allen Zeilen
der Datei.
• Mit dem Befehl fd.seek(x) kann man innerhalb der Datei zum
x-ten Byte springen.
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Sichere Programmierung
Einführung in Python
54 / 74
Nützliche Module
Das Modul os
Dateien – Beispiel
import os
out_file = open("/tmp/data", "w")
for x in range (20):
out_file . write (str(x)+"\n")
out_file . close ()
in_file = open("/tmp/data", "r")
s = in_file .read ()
print s
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Sichere Programmierung
Nützliche Module
Einführung in Python
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Einführung in Python
56 / 74
Das Modul os
Dateien – Beispiel (Forts.)
in_file .seek (0)
line = in_file . readline ()
while len(line ) >0:
print line
line = in_file . readline ()
in_file .seek (0)
for line in in_file :
print s
in_file .seek (0)
L = in_file . readlines ()
print L
in_file . close ()
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Sichere Programmierung
Nützliche Module
Das Modul sys
Das Modul sys
• Das Modul sys liefert Funktionen für systemnahe Dienste.
• Die Liste argv enthält den Namen des ausgeführten Skripts
sowie die übergebenen Parameter.
• Mit exit(i) wird die Ausführung des Skripts beendet und i als
Fehlercode an den aufrufenden Prozess zurück gegeben.
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Sichere Programmierung
Erstellung von ausführbaren Skripten
Einführung in Python
57 / 74
Wissenswertes
Erstellung von ausführbaren Skripten
• Da Python eine interpreterbasierte Programmiersprache ist, kann
man Python Programme direkt als Shell-Skript verwenden.
• Unter Linux ändert man mit chmod +x datei.py die
Berechtigung des Skripts, um es direkt ausführbar zu machen.
• Damit das Betriebssystem den Python Interpreter startet, muss in
der ersten Zeile des Skripts ein korrekter Pfad gesetzt.
• Enthält der Code UTF-8 kodierte Zeichen (z.B. Umlaute), dann
muss in das Skript ein sogenannter Magic Comment eingefügt
werden, damit es korrekt ausgeführt wird.
• Die Kommandozeilenparameter kann man mit der über das
Modul sys bereit gestellte Liste argv auslesen.
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Sichere Programmierung
Einführung in Python
58 / 74
Erstellung von ausführbaren Skripten
Beispiel
Python Skript – Beispiel
#! /usr/bin/ python
# -*- coding : utf -8 -*# Magic comment
import sys
import os
def gcd(a,b):
if b==0:
return a
else:
return gcd(b, a%b)
def help ():
print "Usage :␣" + sys.argv [0] \
+ "␣<a>␣<b>"
return
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Sichere Programmierung
Erstellung von ausführbaren Skripten
Einführung in Python
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Einführung in Python
60 / 74
Beispiel
Python Skript – Beispiel (Forts.)
if len(sys.argv ) <3:
help ()
sys.exit (1)
a = int(sys.argv [1])
b = int(sys.argv [2])
print "a␣=", a
print "b␣=", b
print "gcd(a,b)␣=", gcd(a,b)
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Sichere Programmierung
Virtual Environments
Virtual Environments
• Virtual Environments ermöglichen die Installation
unterschiedlicher Python Konfigurationen auf einem Rechner.
• Ein Einsatzgebiet von Virtual Environments ist die Arbeit an
mehreren Projekten mit unterschiedlichen, sich gegenseitig
ausschließenden Paketabhängigkeiten.
• Die Einrichtung eines Virtual Environments erfolgt mit dem
Befehl virtualenv. Dieser wird über ein entsprechendes Paket
bereitgestellt.
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Virtual Environments
Einführung in Python
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Beispiel
Beispiel: Zwei-Faktor-Authentisierung mit Python
• Zwei-Faktor-Authentisierung ist ein Verfahren zur Anmeldung
eines Benutzers mit einem Passwort und einem Einweg-Passwort.
• Ein Verfahren zur Generierung von Einweg-Passwörtern ist der
Time-based One-time Password Algorithmus (TOTP).
• TOTP kommt unter anderem beim Google Authenticator zum
Einsatz.
• Für Python steht TOTP über entsprechende Pakete zur
Verfügung.
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Sichere Programmierung
Einführung in Python
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Virtual Environments
Beispiel
Vorgehen
1.
2.
3.
4.
Erstellen eines Virtual Environments
Einspielen der für das Projekt erforderlichen Pakete
Installation des Google Authenticators
Entwicklung eines passenden Python Skripts
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Virtual Environments
Einführung in Python
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Befehle
Befehle zur Verwaltung von Virtual Environments
• Erstellen des Virtual Environments totp-vm:
> virtualenv -p /usr/bin/ python2 .7 totp -vm
• Aktivieren des Virtual Environments totp-vm:
> totp - esigelec /bin/ activate
• Deaktivieren eines aktiven Virtual Environments:
> deactivate
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Virtual Environments
Paketinstallation
Installation der benötigten Pakete
• Für das Projekt werden folgende Pakete benötigt:
▷ pyotp ⇝ Erzeugen von Einmal-Passwörtern
▷ pypng ⇝ Arbeiten mit PNG Bildern
▷ PyQRCode ⇝ Generieren von QR Codes
• Die Pakete werden mit folgenden Befehlen installiert:
> pip install pyotp
> pip install pypng
> pip install PyQRCode
Wichtig: Damit die Installation im einem Virtual Environment
durchgeführt wird, muss dieses aktiv sein.
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Virtual Environments
Einführung in Python
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Zwei-Faktor-Authentisierung
Einbinden der Bibliotheken
Die Bibliotheken werden mittels Imports eingebunden:
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import pyotp
import time
import pyqrcode
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Virtual Environments
Zwei-Faktor-Authentisierung
Variablen für die Passwörter
Das Skript verwendet folgende Variablen:
• mypassword ⇝ Passwort des Benutzers
• mysecret ⇝ Geheimnis zur Generierung der Einmal-Passwörter
Code:
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# Replace 12345 with your password
mypassword = " 12345 "
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# Replace with a random generated password
mysecret ="4 IOEXYNBAATXGMBS "
Bemerkung: Das Geheimnis sollte durch ein Zufallspasswort ersetzt
werden.
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Zwei-Faktor-Authentisierung
Generierung eines zufälligen Geheimnisses
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def random_secret ():
return pyotp . random_base32 ()
Bemerkungen:
• Zur Generierung wird eine Funktion der PyOTP Bibliothek
verwendet.
• Das Geheimnis wird im Base32 Format kodiert.
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Virtual Environments
Zwei-Faktor-Authentisierung
Ausgabe der Einmal-Passwörter
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def dump_otps ( secret ):
totp = pyotp.TOTP( secret )
time. sleep (2)
for i in range (100):
print (totp.now ())
time. sleep (1)
return
Bemerkungen:
• Die Einmal-Passwörter werden unter Verwendung des TOTP
Algorithmus berechnet.
• Das aktuelle Einmal-Passwort ist abhängig von der Uhrzeit des
Systems.
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Zwei-Faktor-Authentisierung
Erzeugen des QR Codes
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def generate_qrcode (uri , secret ):
totp = pyotp.TOTP( secret )
secret_uri = totp. provisioning_uri (uri)
url = pyqrcode . create ( secret_uri )
url.png("code.png",
scale =6,
module_color =[0, 0, 0, 128] ,
background =[0 xff , 0xff , 0xcc ])
url.show ()
return
Bemerkungen:
• Der Inhalt des QR Codes besteht aus dem Geheimnis und einem
Info-Text.
• Der QR Code wird in einem PNG Bild abgespeichert.
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Virtual Environments
Zwei-Faktor-Authentisierung
Durchführung der Authentisierung
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def two_factor_authentication (passwd , secret ):
pw = raw_input ("Enter ␣ password :␣")
pin = raw_input (" Enter ␣OTP:␣")
totp = pyotp.TOTP( secret )
if pw != passwd or pin != totp.now ():
print " Invalid ␣ password ␣or␣pin!"
return False
else:
print " Authentication ␣ successful !"
return True
Bemerkungen:
• Bei der Authentisierung wird ein Einmal-Passwort unter
Verwendung des Geheimnisses erzeugt.
• Die Authentisierung ist erfolgreich, wenn der Benutzer das
korrekte Passwort und das korrekte Einmal-Passwort eingibt.
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Virtual Environments
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Anwendung des Skripts
Anwendung des Skripts
1. Das Geheimnis wird mit einem zufällig generiertem Wert belegt.
2. Das Geheimnis wird im Google Authenticator gespeichert, indem
man
▷ den Wert direkt eingibt, oder
▷ über den QR Code einliest.
3. Die Zwei-Faktor-Authentisierung wird mit dem Passwort und dem
mit dem vom Google Authenticator generierten Einmal-Passwort
durchgeführt.
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Einführung in Python
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Zusammenfassung
Zusammenfassung
• Python ist eine leistungsfähige Skript-Sprache.
• Der Datentyp einer Variable wird anhand des Kontexts ermittelt.
• Mit Listen und Dictionaries stellt Python leistungsfähige
Datenstrukturen bereit.
• Durch das breite Angebot an Modulen ist Python für viele
Einsatzzwecke geeignet.
• Weite Informationen findet man unter http://www.python.org.
• Literaturempfehlung: [Lut13; The14; Mat15]
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Sichere Programmierung
Einführung in Python
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Literatur
Literatur
[Lut13]
Mark Lutz. Learning Python. O’Reilly, 2013.
[Mat15]
Eric Matthes. Python Crash Course: A Hands-On, Project-Based
Introduction to Programming. No Starch Press, 2015.
[The14]
Thomas Theis. Einstieg in Python: Ideal für
Programmieranfänger geeignet. Rheinwerk, 2014.
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Sichere Programmierung
Einführung in Python
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