Inf1-eA-A-SCAN-2018
Dieses Dokument ist Teil der Anfrage „Abitur-Aufgaben im Fach Informatik im Jahr 2018 in Hamburg“
Diese Anfrage wurde als Teil der Kampagne „Frag sie Abi!“ gestellt.
ai
jrg,
Freie und Hansestadt Hamburg
Behörde für Schule und Berufsbildung /
Kurs-Nr. / Name
Schriftliche Abiturprüfung
Schuljahr 2017/2018
Informatik
auf erhöhtem Anforderungsniveau
an allgemeinbildenden gymnasialen Oberstufen
Haupttermin
Montag, 16. April 2018, 9:00 Uhr
Unterlagen für die Prüflinge
Allgemeine Arbeitshinweise
• Tragen Sie rechts oben auf diesem Blatt und auf Ihren Arbeitspapieren Ihren Namen sowie die
Kursnummer ein.
• Kennzeichnen Sie bitte Ihre Entwurfsblätter (Kladde) und Ihre Reinschrift.
Fachspezifische Arbeitshinweise
• Die Arbeitszeit beträgt 300 Minuten.
• Eine Lese- und Auswahlzeit von 30 Minuten ist der Arbeitszeit vorgeschaltet. In dieser Zeit darf
nicht mit der Bearbeitung der Aufgaben begonnen werden.
• Erlaubte Hilfsmittel: Taschenrechner (nicht programmierbar und nicht grafikfähig), Formelsamm-
lung „Das große Tafelwerk interaktiv" (Cornelsen-Verlag), Rechtschreibwörterbuch
Aufgabenauswahl
• Sie erhalten drei Aufgaben zu unterschiedlichen Schwerpunktthemen:
I: Objektorientierte Modellierung und Programmierung von Grafiksystemen
II: Datensicherheit in verteilten Systemen
III: Sprachverarbeitung
• Die Aufgaben II und III liegen sowohl in einer Scheme- als auch in einer Haskell-Variante vor.
• Überprüfen Sie anhand der Seitenzahlen, ob Sie alle Unterlagen vollständig erhalten haben.
.• Die Aufgabe I müssen Sie bearbeiten. Wählen Sie aus den Aufgaben II und III eine Aufgabe zur
Bearbeitung aus und entscheiden Sie sich für eine der beiden Varianten (Scheme oder Haskell).
• Vermerken Sie hier auf dem Deckblatt und auf Ihrer Reinschrift, welche Aufgaben Sie ausgewählt
und bearbeitet haben.
Ausgewählt wurden:
Nummer und Schwerpunktthemader Aufgabe
(I) Das Spiel Flappy Ball (Pflicht!)
(II oder III) (D Scheme D Haskell)
Hinweise zu den Erleichterungen für neu zugewanderte Schülerinnen, Schüler und Prüflinge bei Sprachschwie-
rigkeiten in der deutschen Sprache finden sich auf Seite 2.
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Erleichterungen für neu Zugewanderte
Entsprechend der „Richtlinie über die Gewährung von Erleichterungen für neu zugewanderte Schüle-
rinnen, Schüler und Prüflinge bei Sprachschwierigkeiten in der deutschen Sprache" (MBlSchul Nr. 08,
7. Oktober 2016, S. 60) werden für die betroffenen Prüflinge die folgenden Erleichtemngen gewährt:
• Die Bearbeitungszeit wird um 30 Minuten auf 330 Minuten erhöht.
• Ein nicht-elektronisches Wörterbuch Deutsch - Herkunftssprache / Herkunftssprache - Deutsch
wird bereitgestellt.
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Operatoren AB ^JNfln»tiöu?[r^::;l''-::..};l^:::^,^:?^^
analysieren, II-III unter gezielten Fragestellungen Elemente und Strukturmerlanale her-
untersuchen ausarbeiten und als Ergebnis darstellen
angeben, nennen I Elemente, Sachverhalte, Begriffe oder Daten ohne nähere Erläuterun-
gen wiedergeben oder aufzählen
anwenden, über- II einen bekannten Sachverhalt, eine bekannte Methode auf eine neue
tragen Problemstellung beziehen
auswerten II Daten oder Einzelergebnisse zu einer abschließenden Gesamtaussage
zusammenführen
begründen II-III einen angegebenen Sachverhalt auf Gesetzmäßigkeiten bzw. kausale
Zusammenhänge zurückführen
berechnen I-II Ergebnisse von einem Ansatz ausgehend durch Rechenoperationen
gewinnen
beschreiben I-II Strukturen, Sachverhalte oder Zusammenhänge unter Verwendung
der Fachsprache in eigenen Worten veranschaulichen
bestimmen u einen Lösungsweg darstellen und das Ergebnis formulieren
beurteilen III zu einem Sachverhalt ein selbstständiges Urteil unter Verwendung
von Fachwissen und Fachmethoden formulieren und begründen
bewerten III eine eigene Position nach ausgewiesenen Normen oder Werten vertre-
ten
darstellen I-II Zusammenhänge, Sachverhalte oder Verfahren strukturiert und fach-
sprachlich einwandfrei wiedergeben oder erörtern
einordnen,zu- I-II mit erläuternden Hinweisen in einen Zusammenhang einfügen
ordnen
entwerfen II-III ein Konzept in seinen wesentlichen Zügen prospektiv/planend erstel-
len
entwickeln II-III eine Skizze, ein Szenario oder ein Modell erstellen, ein Verfahren
erfinden und darstellen, eine Hypothese oder eine Theorie aufstellen
erMären II-III Rückführung eines Phänomens oder Sachverhalts auf Gesetzmäßig-
keiten
erläutern II Ergebnisse, Sachverhalte oder Modelle nachvollziehbar und verständ-
lich veranschaulichen
erörtern III ein Beurteilungs- oder Bewertungsproblem erkennen und darstellen,
unterschiedliche Positionen und Pro- und Kontra-Argumente abwä-
gen und mit einem eigenen Urteil als Ergebnis abschließen
herausarbeiten n-iii die wesentlichen Merkmale darstellen und auf den Punkt bringen
implementieren II das Umsetzen eines Algorithmus oder Software-Designs in einer Pro-
grammiersprache
skizzieren I-II Sachverhalte, Strukturen oder Ergebnisse kurz und übersichtlich dar-
stellen mit Hilfe von z. B. Übersichten, Schemata, Diagrammen, Ab-
bildungen, Tabellen
vergleichen, II-III nach vorgegebenen oder selbst gewählten Gesichtspunkten Gemein-
gegenüberstellen samkeiten, Ähnlichkeiten und Unterschiede ermitteln und darstellen
zeigen II-III Aussage, Ergebnis oder Sachverhalt nach gültigen Regeln durch logi-
sehe Überlegungen und/oder Berechnungen bestätigen
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Erwartungshorizont und Bewertung
Bewertung:
Jeder Aufgabe sind 50 Bewertungseinheiten (BE) zugeordnet. In allen Teilaufgaben werden nur
ganze BE vergeben. Insgesamt sind 100 BE erreichbar. Bei der Festlegung von Notenpunkten gilt
die folgende Tabelle:
Erbrachte Leistung Erbrachte Leistung
Notenpunkte Notenpunkte
(in BE) (in BE)
> 95 15 > 55 7
S 90 14 S 50 6
> 85 13 S 45 5
> 80 12 S 40 4
> 75 11 > 33 3
> 70 10 > 27 2
> 65 9 > 20 l
> 60 8 < 20 0
Für die Erteüung der Note ausreichend (5 Punkte) ist mindestens erforderlich, dass annähernd die
Hälfte der erwarteten Gesamtleistung und über den Anforderungsbereich I hinaus Leistungen in
einem weiteren Anforderungsbereich erbracht werden.
Für die Erteilung der Note gut (11 Punkte) ist mindestens erforderlich, dass annähernd vier Fünftel der
erwarteten Gesamtleistung sowie Leistungen in allen drei Anforderungsbereichen erbracht werden.
Dabei muss die Prüfungsleistung in ihrer Gliederung, in der Gedankenführung, in der Anwendung
fachmethodischer Verfahren sowie in der fachsprachlichen Artikulation den Anforderungen voll ent-
sprechen.
Die zwei voneinander unabhängigen Aufgaben der Prüfungsaufgabe werden jeweils mit 50 Bewer-
tungseinheiten bewertet. Die erbrachte Gesamtleistung ergibt sich aus der Summe der Bewertungsein-
heiten in den beiden Aufgaben.
Bei erheblichen Mängeln in der sprachlichen Richtigkeit und der äußeren Form sind bei der Bewer-
tung der schriftlichen Prüfungsleistungje nach Schwere und Häufigkeit der Verstöße bis zu zwei No-
tenpunkte abzuziehen. Dazu gehören auch Mängel in der Gliederung, Fehler in der Fachsprache, Un-
genauigkeiten in Zeichnungen sowie falsche Bezüge zwischen Zeichnungen und Text.
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Aufgabe l
Aufgabe l: Das Spiel Flappy Ball (50 BE)
Schwerpunktthema: Objektorientierte Modellierung und Programmierung von
Grafiksystemen
Das Spiel Flappy Ball soll von der Firma Cyberdyne überarbeitet werden.
Abbildung l
Bisher wurden folgende Features implementiert:
Hindernisse (rechteckige Kästen gleicher Größe) bewegen sich waagerecht über das Spielfeld
mit gleichbleibender Geschwindigkeit von rechts nach links auf die kreisförmige Figur
(genannt FlappyBall) zu.
Auf Tastendruck kann FlappyBall springen, um entgegenkommenden Hindernissen
auszuweichen. Gelingt dies nicht, d. h. berührt FlappyBall ein Hindernis, ist das Spiel
beendet,
Ein erster Entwurf des Spiels sieht im Klassendiagramm folgendermaßen aus:
sK^Mi:; Us:
iNMstm;
.,Jf
...»—;-—j;:
Abbildung 2
a) • Beschreiben Sie anhand der in Abbildung l (oben) dargestellten Situation den
Zusammenhang zwischen den Begriffen Objekt und Klasse.
• Geben Sie die Attribute und Methoden eines FlappyBalls an, die nötig sind, um das
vorgegebene Verhalten zu beschreiben.
(9 BE)
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Aufgabe l
b) Beschreiben Sie die im Klassendiagramm (Abbildung 2) dargestellten Beziehungstypen.
(9 BE)
Das Spiel soll interessanter gestaltet werden. Dazu sollen Hindernisse (Kästen, siehe Abbildung 3)
unterschiedlicher Größe eingefügt werden können.
Abbildung 3 Abbildung 4
c) Erklären Sie anhand der Klassenkarten zu den Klassen Kasten (Abbildung 4) und
SpielElement (siehe Anlage), warum es bisher nicht möglich ist, Hindernisse
unterschiedlicher Größe zu erzeugen, und erläutern Sie, welche Änderungen notwendig sind,
damit dies möglich ist.
(Hinweis: Die Methode act ( ) der Klasse Kasten wird im Spielverlauf periodisch aufgerufen,
um Änderungen bzgl. des jeweiligen Objektes auf dem Spielfeld entsprechend seiner Aufgabe
durchzuführen.)
(9 BE)
Durch eine weitere Änderung an der Implementation des Spiels soll FlappyBall seine Farbe auf Rot
ändern, sobald sich ein Hindernis (Kasten) bis auf einen bestimmten horizontalen Abstand d genähert
hat (siehe Abbildung 5).
Abbildung 5
d) Entwickeln und implementieren Sie in der Klasse FlappyBall eine Methode
public void warnen (int minAbstand) {...}, welche prüft, ob der bereits
festgelegte horizontale Abstand d Unterschriften wurde, und gegebenenfalls die Farbänderung
vornimmt.
Hinweis: Die Methode getHindernis ( ) aus der Klasse SpielElement liefert ein
einzelnes Hindernis (den sich jeweils auf dem Spielfeld befindenden Kasten) zurück.
(9 BE)
In das Spiel ist eine neue Art von Hindernis, eine Kugelreihe, implementiert worden (siehe
Abbildung 6 auf der folgenden Seite), welches aus drei Kugeln besteht. Das neue Hindernis bewegt
sich waagerecht oberhalb des Kastens von rechts nach links. Das Spiel ist wiederum beendet, wenn
FlappyBall eine der Kugeln berührt.
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Aufgabe l
Abbildung l
Ein Auszug aus der Klasse des neuen Hindernisses Kugelreihe sieht momentan folgendermaßen
aus:
l Import j ava.awt . *;
2 Import Java.awt.geom.*;
3 Import java.util.*;
4
5 public class Kugelreihe extends SpielElement{
6 Kreis kreisl;
7 Kreis kreis2;
8 Kreis kreis3;
9
10 public Kugelreihe (int xPos, int yPos, double breite){ •
11 kreisl =•new Kreis ();
12 kreisl.setzePosition(xPos, yPos);
13
14 kreis2 = new Kreis ();
15 kreis2.setzePosition(xPos + (int), (breite/3), yPos);
16
17 kreis3 = new Kreis ();
18 kreis3.setzePosition(xPos + (int)(2*breite/3), yPos);
19
20 // Weitere Initialisierungen seien hier vernachlässigt.
21 }
22
23 // ...
24
e) Die bisherige Implementation der Kugelhindernisse soll variabler gestaltet werden, sodass
beliebig viele Kugelreihen und Kästen zu einem Hindernis zusammengefasst werden können
sollen.
• Entwickeln Sie einen geeigneten Klassenentwurfmit einer Klasse
ZusammengesetztesHindernis, die aus beliebig vielen Kugelreihen und Kästen
bestehen kann.
• Implementieren Sie den Konstruktor und die dafür notwendigen Attribute der Klasse
ZusairanengesetztesHindernis. Die aus der Klasse erzeugten Objekte sollen aus
beliebig vielen Kugelreihen und Kästen bestehen können. Die Bestimmung der Position
der Kästen und Kugelreihen kann dabei vernachlässigt werden.
• Implementieren Sie eine Funktion aendereFarbe (String färbe) in der Klasse
ZusarranengesetztesHindernis, die alle Elemente des Hindernisses mit der durch
den Parameter färbe übergebenen Farbe einfärbt.
• Erklären Sie am Beispiel der Methode aendereFarbe das Konzept der Polymorphie.
(14 BE)
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Aufgabe l
Anlage zur Aufgabe „Das Spiel Flappy Ball"
Anlage 1: Klassenkarte der Klasse SpielElement
:»^lti^y::{:;^lt|^;:h;?|ig:a!::g^
[^S^?xS^^wwMSsW&
^^tn^iitrt%ii$iii81®^SIIi
^s^sWQiWW^fWiQSSK
iiislßSjlSä^i?^e?äM?jiiiwSK®
KälÄJlB%S$iÄii!HIÄiS8S
CT^^s^spiSSISIiii&lKÄIISSS
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Aufgabe II
Aufgabe II: Maulwurf in der Zeitungsredaktion? (Scheme) (50 BE)
Schwerpunktthema: Datensicherheit in verteilten Systemen
Der Chefredakteur Erwin Egon Kirsche vom Hamburger Zentralblatt ist verzweifelt. Schon wieder
haben geheime Informationen zu einer Exklusivstory die Redaktion auf unbekanntem Wege verlassen
und sind bei der Konkurrenz gelandet. Er stellt sich die Fragen: Gibt es einen Maulwurf in der
Redaktion? Wird der Mailverkehr abgefangen?
Erwin Egon Kirsche beschließt, dass der Mailverkehr sicherer werden soll. Aufsein Drängen hin
beschließt die Unternehmensleitung, dass alle 200 Mitarbeiter des Hamburger Zentralblatts
untereinander nur noch verschlüsselte E-Mails versenden dürfen. Dabei sollen sich jeweils zwei
Mitglieder der Redaktion verschlüsselte E-Mails senden können, ohne dass die anderen Mitglieder der
Redaktion sie ebenfalls lesen können.
Da E-Mail-Verschlüsselung für das Hamburger Zentralblatt noch Neuland ist, recherchiert zunächst
eine Gruppe von sechs Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern, welche Verfahren für das Blatt infrage
kommen. Sie stellen fest, dass bei modernen Verfahren zwischen symmetrischer und asymmetrischer
Verschlüsselung unterschieden wird.
a)
• Beschreiben Sie, was unter symmetrischen und asymmetrischen
Verschlüsselungsverfahren verstanden wird.
• Stellen Sie die jeweiligen Vor- und Nachteile dar.
(8 BE)
b)
• Geben Sie eine Definition der grundlegenden Begriffe Vertraulichkeit, Integrität und
Authentizität an.
• Beschreiben Sie, inwieweit symmetrische bzw. asymmetrische Verfahren diese drei
grundlegenden Kriterien erfüllen.
(6 BE)
Noch ist sich die Gruppe nicht sicher, welches Verfahren am besten ftir den Einsatz in der Redaktion
geeignet ist. Sie beschließt, jeweils ein symmetrisches und ein asymmetrisches Verfahren zu testen.
Ein erstes Kriterium für die Eignung soll die Anzahl der Schlüssel sein, die erzeugt werden müssen.
Die sechsköpfige Gruppe betrachtet sich erst einmal selbst. Die Redakteurin Elisabeth Dorn gibt zu
bedenken, dass der Unterschied zwischen beiden Verfahren hinsichtlich der zu erzeugenden
Schlüsselanzahl bei sechs Personen noch nicht entscheidend ist, dass das symmetrische Verfahren
jedoch deutlich ungünstiger wäre, wenn es sämtliche Mitarbeiter der Zeitung benutzen.
c) Beurteilen Sie die Aussage der Redakteurin. Stellen Sie dazu auch Berechnungen an.
(5 BE)
Ein mögliches asymmetrisches Verfahren ist das RSA-Verfahren. Bei diesem Verfahren kann ein
Angreifer versuchen, den privaten Schlüssel aus dem öffentlichen zu ermitteln oder den Klartext
mithilfe des öffentlichen Schlüssels und des Geheimtextes zu bestimmen. Die Formeln dafür sind
bekannt und frei zugänglich. Trotzdem gilt das Verfahren als sicher.
d) Stellen Sie dar, worauf in der Praxis die relativ hohe Sicherheit des RSA-Verfahrens beruht.
(5 BE)
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Aufgabe II
Asymmetrische Verfahren verwenden Primzahlen. Ein einfacher Ansatz, um zu prüfen, ob eine Zahl
eine Primzahl ist, ist der folgende:
l (define (prim hilf zahl faktor)
2 (cond ((= zahl l) #false)
3 ((= zahl faktor) #true)
4 ((= (modulo zahl faktor) 0) ftfalse)
5 (eise (prim hilf zahl (+ faktor
6
7 (define (prim zahl)
8 (prim hilf zahl 2) )
e)
• Erläutern Sie diesen Ansatz.
• Entwickeln Sie einen Ansatz, der die Überprüfung einer Zahl hinsichtlich ihrer
Primzahleigenschaft optimiert. Dazu können Sie Ihren Ansatz ausführlich beschreiben oder
einen kommentierten Quelltext schreiben.
(9 BE)
Der Gruppe wird klar, dass die Entscheidung für ein geeignetes Verfahren nicht einfach sein wird.
Deshalb werden drei Beispiele für unerwünschte Abläufe entwickelt, die durch das zu wählende
Verschlüsselungsverfahren verhindert werden sollen.
A Der Mitarbeiter Ingo Kurz schickt im Namen von Mitarbeiterin Melanie Treu eine Nachricht
an den Chefredakteur.
B Der Mitarbeiter Axel Haben scheint nicht immer im Sinne der Firma zu arbeiten. Mit Hilfe der
IT-Abteilung kann sich die Redakteurin Elisabeth Dorn als Mitarbeiter Axel Haben ausgeben,
um alle Kommunikationsvorgänge des Mitarbeiters zu überprüfen.
C Ein Angriff auf die interne Webseite führt dazu, dass ein neuer öffentlicher Schlüssel in die
Kontaktliste und den E-Mail-Verteiler eingefügt wird. Der Angreifer gibt sich als Mitarbeiter
der Firma Daten Aber Sicher aus. Er soll angeblich für Sicherheitsfragen zuständig sein.
f)
• Ordnen Sie zu, welche der grundlegenden Kriterien Vertraulichkeit, Integrität und
Authentizität jeweils verletzt werden.
• Arbeiten Sie heraus, welche möglichen Folgen sich jeweils für die Zeitung bzw. den
einzelnen Mitarbeiter ergeben können.
(9 BE)
Die Zeit drängt. Die Gruppe wird von der Unternehmensleitung aufgefordert, eine Empfehlung für ein
Verschlüsselungsverfahren für den Vorstand zu erstellen. Da sich die Gruppe nicht entscheiden kann,
werden stattdessen Sie aufgefordert, eine fundierte Empfehlung abzugeben.
g)
• Entwerfen Sie ein geeignetes Verschlüsselungskonzept für die Redaktion.
• Begründen Sie Ihre Entscheidung. Dabei können Sie auch Aspekte anführen, die Sie für
berücksichtigenswert halten, die aber in den bisherigen Aufgabenteilen noch nicht
angesprochen worden sind.
(8 BE)
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