Koch Laboratory

Ein Ausdruck, Zeile für Zeile geprüft: fünf widerlegte Annahmen und erste Messungen

Eine neue Forschungslinie: Lässt sich ein Ausdruck, Scan oder Handyfoto eines Dokuments automatisch Zeile für Zeile prüfen, ohne je ein ehrliches Zeichen als verändert zu werten? Zuerst fünf Annahmen, die sich nicht hielten, dann Messungen: null Fehlalarme bei 22.680 ehrlichen Zeichen, 36 von 36 Änderungen eines einzelnen Zeichens auf Scans erkannt, der Preis in unentschiedenen Zeichen, ein Scanner mit Einzug, der das Blatt stärker verzerrt als ein Telefon, und ein Testmodell mit vorab festgelegten Urteilen: 198 von 198. Leseverfahren und Aufbau des Codes bleiben zurückgehalten.

Koch Laboratory - ein Ausdruck, Zeile für Zeile geprüft: fünf widerlegte Annahmen und erste Messungen

Ein als PDF ausgestelltes Dokument lebt als Ausdruck, Scan oder Handyfoto weiter. Ob ein Betrag, ein Datum oder eine Nummer auf einer solchen Kopie dieselben Zeichen sind, die das Dokument im Moment der Versiegelung hatte, entscheidet heute meist ein Mensch: Die App zeigt die Daten aus dem Code auf dem Dokument an, und er vergleicht sie mit dem Ausdruck. Diese Forschungslinie, geführt seit dem 31. Oktober 2026, misst, ob sich das automatisch, Zeile für Zeile, aus einem gewöhnlichen Scan und einem Handyfoto prüfen lässt und dabei ein ehrliches Dokument nie als verändert gilt. Der Eintrag nennt die Ergebnisse aus den ersten zehn Novembertagen 2026: zuerst fünf Annahmen, die sich nicht gehalten haben, dann die Erkennung der Änderung eines einzelnen Zeichens, die Unterschiede zwischen Scanner mit Einzug und Handy und ein Testmodell mit Urteilen, die vor dem Versuch festgelegt wurden.

Was hier Forschung ist und was nicht. Signierte Daten in einem sichtbaren 2D-Code auf Papier sind ein ausgereiftes Muster (ICAO VDS, das digitale Siegel des BSI, das französische 2D-Doc). Die automatische Prüfung eines Ausdrucks mit Kennzeichnung des veränderten Abschnitts wurde in den Jahren 2006-2007 beschrieben (Universität Genf), die Prüfung eines Ausdrucks mit dem Handy u. a. von Fraunhofer SIT (2023) und SealClub (ETH Zürich). Forschungsgegenstand ist die Messung unter einem harten Kriterium: ob ein ehrliches Zeichen nie als verändert herauskommt, wie viele Änderungen eines einzelnen Zeichens sich dann auf dem Scan und auf dem Foto erkennen lassen, wie viele ehrliche Zeichen das Bild nicht entscheidet und was die Geometrie des Blatts verzerrt - sowie die Annahmen, die sich dabei nicht gehalten haben. Beweisaussage: Die Verifikation zeigt, dass die geprüften Zeilen des Ausdrucks so sind, wie sie im Moment des Siegels waren. Sie zeigt nicht, dass ihr Inhalt wahr ist, wer das Dokument ausgestellt hat oder dass das Blatt keine Kopie ist.

Methodik. Wie im übrigen Labor: Problem → Stand der Technik → falsifizierbares Kriterium → Methode → Ergebnis (bestätigt, widerlegt oder teilweise, mit Randbedingungen) → nächster Schritt. Ein negatives Ergebnis ist ein Ergebnis. Ein Fehlalarm ist ein ehrliches Zeichen oder eine ehrliche Zeile, die als verändert gilt. „Unentschieden“ bedeutet, dass das Bild nicht entscheidet: Ein solches Zeichen erkennt der Verifizierer weder als übereinstimmend noch als verändert an, sondern zeigt es einem Menschen als zweifelhaft. Die Zahlen stammen aus Messnotizen und Versuchsberichten vom 5.-10. November 2026.

1. Richtung 1 - fünf Annahmen, die sich nicht gehalten haben

Problem. Die ersten Annahmen der Linie - teils aus dem Konzept vom 31. Oktober 2026, teils aus den ersten Arbeitstagen - waren nicht geprüft. Jede von ihnen würde, wäre sie falsch, entweder einen Scheinschutz oder Fehlalarme liefern. Stand der Technik (veröffentlicht). Kopierangriff: Ein vom Inhalt unabhängiges, im Dokument verborgenes Zeichen lässt sich aus dem geschützten Dokument auslesen und genauso auf ein anderes übertragen, ohne den Schlüssel zu kennen (Voloshynovskiy et al., SPIE 2006). OCR-Autokorrektur: In den Experimenten von Villán et al. (SPIE 2007) las die OCR das gefälschte Wort „aufhentication“ als „authentication“, und die Fälschung ging durch. BSI TR-03137 (Teil 1, Version 3.0 von 2026, Kap. 19) beschreibt die Wiederherstellung von Daten mit fehlertoleranter OCR und empfiehlt, einem Menschen jedes korrigierte Zeichen zu zeigen. Kriterium (falsifizierbar). Die Annahme fällt, wenn (1) ein Angriff existiert, der sie erfüllt und dennoch den Inhalt verändert; (2) die Rechnung einen Effekt zeigt, der kleiner ist als die Auflösung des Geräts; (3) die Messung unter den genannten Bedingungen einen unleserlichen oder zweifelhaften Befund liefert, wo die Annahme einen eindeutigen versprach. Methode. Drei Annahmen haben wir durch Analyse und Rechnung geprüft: die Bindung des Inhalts über die Geometrie der Seite, die Physik des Drucks bei 10 pt und 600 dpi sowie die Rolle der unteren Zeitgrenze. Zwei durch Messung: OCR an 12 Bildern der Testseite (Scans mit 150-600 dpi und Handyfotos, 6.11.2026) und drei Schriften mit fester Zeichenbreite an PDF-Renderings derselben Seite bei 150 und 300 dpi (10.11.2026). Die Art des Auslesens und der Aufbau des Codes bleiben zurückgehalten. Ergebnis. Keine der fünf Annahmen hat sich gehalten.

Nächster Schritt. Keiner - Annahmen abgeschlossen; (b) bleibt eine Rechnung. Status: fünf Annahmen abgeschlossen: drei durch Analyse und Rechnung, zwei durch Messung.

2. Richtung 2 - Änderung eines einzelnen Zeichens auf dem Ausdruck: null Fehlalarme und der Preis in unentschiedenen Zeichen

Problem. Die kleinste Änderung des Inhalts ist ein Zeichen: eine Ziffer des Betrags oder des Datums, ein durch einen Punkt ersetztes Komma. Ein Leser, der sie aus einem Scan oder Foto erkennen soll, darf dabei ehrliche Zeichen nicht für verändert halten: Ein einziger Fehlalarm auf einem echten Dokument stellt die gesamte Verifikation infrage. Die Frage: Wie viele Änderungen eines einzelnen Zeichens werden bei null Fehlalarmen erkannt, und wie viele ehrliche Zeichen entscheidet das Bild dann nicht. Stand der Technik (veröffentlicht). Die Arbeiten aus Genf (Voloshynovskiy et al., 2006; Villán et al., 2007) zeigen einen veränderten Textblock - Wort, Zeile oder Absatz - nach Druck, Scan, Fotokopie und Fax an; in den Experimenten von 2007 wurden das Hinzufügen, das Entfernen und der Austausch eines Zeichens erkannt, die Fälschung „aufhentication“ ließ die OCR aber durch. Fraunhofer SIT (Bugert, Heeger, Berchtold, IS&T Electronic Imaging 2023) prüft mit dem Handy signierte, per OCR gelesene Textblöcke; jede Nichtübereinstimmung entscheidet der Nutzer, und die Arbeit nennt keine Zahlenergebnisse. SealClub (Ochoa, Toro-Pozo, Basin, ETH Zürich; arXiv 2022) authentifiziert ein Papierdokument aus einer kurzen Handyaufnahme und markiert durch Bildvergleich Stellen, die der Fälschung verdächtig sind. Kriterium (falsifizierbar). Null Fehlalarme: Kein ehrliches Zeichen darf als verändert gelten. Ein Zeichen, das das Bild nicht entscheidet, erhält den Status „unentschieden“ und wird gesondert als Kosten gezählt. Ein verändertes Zeichen darf nicht als übereinstimmend gelten. Das Kriterium wird durch einen Fehlalarm oder durch eine als übereinstimmend gewertete Änderung widerlegt. Methode. Testseite auf zwei A4-Blättern. Das erste ist ein ehrliches Dokument. Auf dem zweiten, einer Rechnung, wurden vier Zeilen anders gedruckt, als sie versiegelt wurden, jede mit einer Änderung: Komma zu Punkt, 5 zu 8, 3 zu 8, 2 zu 7; dazu Schriftproben von 7 bis 12 pt. Druck: Laserdrucker Samsung Xpress C430W. Scans: HP ScanJet Pro 2000 s2 mit Einzug; 150, 200, 300 und 600 dpi in Farbe, 300 dpi als JPEG, in Schwarzweiß und mit um 180° gedrehten Blättern. Fotos: Motorola Razr 50 Ultra, ganze Seite von oben und schräg bei schwächerem Licht. Messung vom 5.11.2026: 22 Bilder (18 Scans und 4 Fotos). Wiederholung vom 6.11.2026: 40 Bilder - Scans zweier Ausgaben der Testseite, vier Fotos und PDF-Renderings bei 150-600 dpi. Zeilenurteile: 9.11.2026, 60 Bilder von drei Ausgaben der Seite, die sich nur im Code unterscheiden (Scans, PDF-Renderings und Fotos). Die Art des Auslesens und der Aufbau des Codes bleiben zurückgehalten. Ergebnis. Kriterium erfüllt. Fehlalarme: 0 bei 12.474 Prüfungen ehrlicher Zeichen (22 Bilder, 5.11.) und 0 bei 22.680 ehrlichen Zeichen (40 Bilder, 6.11.). Änderungen eines einzelnen Zeichens auf Scans: 36 von 36 als verändert erkannt, jedes Mal mit korrektem Auslesen dessen, was gedruckt wurde. Auf Fotos: veränderte Ziffern 6 von 6, ein durch einen Punkt ersetztes Komma dagegen in 2 von 2 Fällen unentschieden, weil auf dem Foto der ganzen Seite der Schwanz des Kommas nicht zu sehen ist. Auf 40 Bildern wurden 78 von 80 Änderungen erkannt; die beiden übrigen sind dasselbe Komma auf Fotos, unentschieden. Preis: ehrliche Zeichen unentschieden - auf Scans 0,5-4 %, fast ausschließlich Paare ähnlicher Zeichen in einer Proportionalschrift (l/I, i/I, j/J, ł/l, Punkt und Doppelpunkt); auf Fotos 2-10 % auf der ersten Seite und 20-29 % auf der zweiten, wo unscharfe kleine Proben von 7-9 pt liegen. Zeilenurteile (60 Bilder): Keine ehrliche Zeile kam als nicht übereinstimmend oder unleserlich heraus; veränderte Zeilen kamen als nicht übereinstimmend heraus: 4 von 4 auf Scans und Renderings (27 Bilder) und 3 von 4 auf Fotos (3 Bilder), wo die vierte, mit dem Komma, unentschieden blieb. Randbedingungen: (a) den Leser haben wir an denselben Bildern entwickelt, an denen wir das Ergebnis angeben; seine frühere Fassung ergab am Rendering mit 150 dpi einen Fehlalarm (ein Punkt in der Probe mit 7 pt), der nach der Korrektur des Lesers verschwand - ein unabhängiger Test sind erst neue Dokumente (Richtung 4) und neue Ausdrucke; (b) ein Foto der ganzen Seite genügt für Ziffern, nicht für feine Interpunktion. Nächster Schritt. Manuelle Versuche an einem neuen Ausdruck (Richtung 4). Status: Kriterium erfüllt an Bildern der Testseite, mit den Bedingungen (a)-(b); Kosten in unentschiedenen Zeichen gemessen.

3. Richtung 3 - Scanner mit Einzug und Handy: Geometrie des Blatts und Lesbarkeit der Codes

Problem. Die Verifikation soll aus einem Scan und aus einem Handyfoto funktionieren. Beide Geräte verzerren das Blatt, und der Codeleser im Handy liest nicht jeden Code. Bevor man annimmt, ein Scan sei ein „besseres Foto“, muss man messen, wie groß diese Verzerrungen sind und woher sie stammen. Stand der Technik (veröffentlicht). ICAO Doc 9303, Teil 13 (8. Ausg., 2021) geht davon aus, dass das Siegel auch eine Person ohne Schulung mit billigem Gerät prüfen kann, z. B. mit einer Smartphone-App, und empfiehlt für Tintenstrahldrucker ein Codemodul von mindestens 0,3386 mm; BSI TR-03137 übernimmt dieses Modul als Anforderung. Fraunhofer SIT (2023) weist darauf hin, dass die Robustheit der Prüfung mit dem Handy stark von der Qualität des Fotos und der Entzerrung des Dokuments abhängt, ohne Zahlen zu nennen. Kriterium (falsifizierbar). Die Intuition „ein Scan aus dem Einzug bildet das Blatt treuer ab als ein Foto aus der Hand“ fällt, wenn die Abweichung der Geometrie auf Scans größer ist als auf Fotos. Die Abweichung schreiben wir dem Einzug zu, wenn sie nach einer Drehung des Blatts um 180° im Koordinatensystem des Scanners bleibt und nicht in dem der Seite. Das Auslesen eines Codes bewerten wir dreistufig: schnell, nach langem Zielen, gar nicht. Methode. Auf dem Blatt verteilte Kontrollpunkte, verglichen mit der für ein ebenes Blatt vorgesehenen Lage; Abweichung in Millimetern auf dem Papier. Geräte wie in Richtung 2. Scanner: 18 Bilder vom 5.11.2026 und weitere Durchläufe vom 6.11.2026 an zwei weiteren Ausdrucken. Handy: 4 Fotos ganzer Seiten vom 5.11.2026 (JPEG 4096 × 3072). 2D-Codes: neun Varianten mit einem Modul von 0,25 bis 0,50 mm und verschiedenen Fehlerkorrekturstufen; der Leser in der Handykamera, jeder Code einzeln aus der Nähe (5. und 6.11.2026), und ein Messwerkzeug an ganzen Bildern von Scans und Fotos. Die Art des Auslesens und der Aufbau des Codes bleiben zurückgehalten. Ergebnis. Die Intuition fällt. Scanner mit Einzug: Abweichung im Mittel 0,12-0,24 mm auf dem ersten Blatt und 0,32-0,44 mm auf dem zweiten, höchstens 0,79 mm. Sie wächst entlang des Papiervorschubs bis auf ca. 0,7 mm und fällt gegen Ende des Blatts. Nach der Drehung des Blatts um 180° ändert sie im Koordinatensystem der Seite die Richtung und bleibt im Koordinatensystem des Scanners gleich - sie stammt also vom Einzug, nicht vom Drucker. Zwischen den Durchläufen schwankt sie um ca. ±0,2 mm, und an zwei weiteren Ausdrucken waren die Mittelwerte ähnlich (0,14-0,21 mm und 0,31-0,37 mm). Handy: im Mittel 0,16-0,20 mm, höchstens 0,29-0,50 mm, bei einer Auflösung auf dem Blatt von 271-339 dpi; das Foto hat keine Verzerrung durch den Papiervorschub. Codes: Aus Scans mit 150-600 dpi las das Messwerkzeug aus dem ganzen Bild alle Codes außer dem kleinsten bei 150 und 600 dpi; aus dem Foto der ganzen Seite nur einen Teil, vor allem die größeren. Der Leser in der Handykamera las Codes mit weniger Modulen schnell, dichtere sehr langsam oder gar nicht: Am 5.11. las er acht von neun Varianten, davon drei erst nach sehr langem Zielen; am 6.11., als die Codes mehr Daten trugen, las er drei praktisch nicht (einmal, nach sehr langem Zielen). Die Ergebnisse beider Tage sind nicht ganz konsistent: Der Code mit der niedrigsten Fehlerkorrekturstufe wurde am 5.11. nicht gelesen, am 6.11. schon. Dicht beieinanderliegende Codes erforderten langes Zielen, weil der Leser nur einen Code aus dem Bildausschnitt nimmt. Negatives Ergebnis zum Werkzeug: Eine der offenen Bibliotheken zum Lesen von Codes las alle Codes aus dem PDF-Rendering, aus dem Scan mit 300 dpi aber nur 4 von 9, und das erst aus einem entzerrten Ausschnitt; sie irrte sich auch bei einer gebrochenen Modulgröße auf einem scharfen Bild. Zur Messung der Lesbarkeit verwenden wir sie nicht. Nächster Schritt. Scans, Fotos und eine Fotokopie des neuen Ausdrucks in manuellen Versuchen (Richtung 4). Status: gemessen am 5.-6.11.2026.

4. Richtung 4 - Testmodell mit Urteilen, die vor dem Versuch festgelegt wurden

Problem. Die Messung an der Testseite prüft das Auslesen, aber nicht den ganzen Weg des Dokuments - Ausstellung, Code, Zeit, Verifikation - und nicht das Verhalten des Verifizierers gegenüber im Voraus geplanten Fälschungen. Damit sich das Ergebnis nicht dem anpasst, was gerade herauskam, muss das erwartete Urteil jedes Versuchs vor dem Durchlauf festgehalten werden. Stand der Technik (veröffentlicht). ICAO Doc 9303, Teil 13 legt das Urteil über ein Siegel fest: gültig oder ungültig, mit Grund (u. a. Lesefehler, unbekanntes Zertifikat, ungültige Signatur). Der Prototyp von Fraunhofer SIT (2023) nennt keine Zahlenergebnisse. Auch ein eingeführtes Format kann unzuverlässig sein: France Titres-ANTS schrieb am 30. September 2025, dass 2D-Doc auf den Steuerbescheiden von 2025 beim Auslesen Fehler gibt, und empfahl, ein anderes Dokument einzureichen. Kriterium (falsifizierbar). Ein Katalog von Versuchen mit dem erwarteten Urteil jedes Versuchs und Abnahmekriterien, angenommen am 10.11.2026, vor dem Durchlauf: Keine veränderte Zeile erhält „übereinstimmend“ (eine vorab vorgesehene Ausnahme: ein Fälscher, der dieselbe Software hat und ein eigenes Siegel ausstellt - die Zeilen stimmen dann mit seinem Siegel überein, davor schützen die Zeitgrenzen, Richtung 1 (e)); keine ehrliche Zeile erhält „nicht übereinstimmend“, und auf Renderings auch nicht „unleserlich“; jeder falsche Zeitnachweis ist unbestätigt und jeder echte bestätigt; bösartige Eingaben führen weder zu Abstürzen noch zu einer Ablehnung ohne Meldung. Das Kriterium wird durch eine einzige Verifikation widerlegt, die nicht dem erwarteten Urteil entspricht. Methode. Modell in Docker mit dem vollständigen Weg des Dokuments: Test-Aussteller, echte Kryptografie, ein Zeitdienst zu Testzwecken statt des produktiven, Verifikation auf demselben Weg wie im Browser. Drei Dokumentmuster (zwei Arten von Zertifikaten und eine Rechnung), 75 Dokumente, 120 Versuche, 198 Verifikationen von Seitenbildern bei 150 und 300 dpi. Fälschungen entstehen auf zweierlei Weise: als PDF mit einem anderen Text als dem versiegelten und als Änderung des Bildes nach dem Rendering (Einfügen, Löschen, Austausch). Derselbe Durchlauf auf zwei PDF-Renderern: unter Windows (Windows.Data.Pdf) und in Docker unter Linux (poppler 22.12, sauberer Build aus dem Repository, ohne Netz). Dazu Robustheit: eine Million zufälliger und bösartiger Codetexte, 200.000 bösartige Eingaben der Verifikation, 22 Extrembilder (u. a. leer, nur Rauschen, sehr klein und sehr groß, gedreht, gespiegelt, im Negativ) und 21 Fälle an Formatgrenzen, zum Teil auch in der für den Browser bestimmten Fassung des Verifizierers; sowie eine Durchsicht, in der jedes Byte des Code-Inhalts auf mehrere Weisen verändert und der Code neu erzeugt wurde. Die Art des Auslesens und der Aufbau des Codes bleiben zurückgehalten. Ergebnis. 198 von 198 Verifikationen stimmten mit dem erwarteten Urteil überein, in beiden Umgebungen gleich. Robustheit: null Abstürze und null Ablehnungen ohne Meldung. Keine der 5232 Änderungen des Code-Inhalts ergab eine volle Bestätigung. Das Modell fand sechs Fehler des Lesers, die die Messung an Bildern der Testseite nicht aufzeigen konnte, weil jene Bilder solche Fälle nicht enthielten:

Alle haben wir korrigiert, jeden mit einem Test; an 62 Bildern aus früheren Messungen (Scans, PDF-Renderings, Fotos) haben sich die Status der Zeilen nach den Korrekturen nicht geändert. Nach dem ersten Durchlauf haben wir außerdem vier erwartete Urteile korrigiert (10.11.2026) - zwei betrafen einen veränderten Code und Zusätze in der Zeile, zwei die Zeitprüfungen. Das ist eine Abweichung von der Regel „Urteil vor dem Versuch“, daher ist 198 von 198 der Stand nach diesen Korrekturen und nach den Korrekturen des Lesers. Bekannte Unvollkommenheiten: Bei 150 dpi wurde eine eingefügte Ziffer 8 als „S“ gelesen (das Urteil „nicht übereinstimmend“ war richtig), und nicht jeder feine Zusatz an Satzzeichen wird bei 300 dpi erkannt. Die automatischen Versuche sind PDF-Renderings und Bildänderungen, keine Ausdrucke. Das Modell beweist nicht die Fehlerfreiheit; es liefert ein messbares Ergebnis an einem im Voraus festgelegten Katalog von Versuchen.

Nächster Schritt. Manuelle Versuche nach der fertigen Liste: 12 Seiten, jede als eigenes Dokument mit eigenem Siegel und erwartetem Urteil - Scans, Fotos, Fotokopie, skalierter Ausdruck, Korrekturen mit Kugelschreiber und Klebeband, aufgeklebte fremde Codes, zum Schluss ein zerknülltes Blatt. Danach die Bewertung der Darstellung des Urteils und eine unabhängige Durchsicht des Verifikationscodes. Status: automatischer Teil abgeschlossen am 10.11.2026.

Status der Richtung. Abgeschlossen: die fünf Annahmen aus Richtung 1. Gemessen: Erkennung der Änderung eines einzelnen Zeichens bei null Fehlalarmen, Kosten in unentschiedenen Zeichen, Geometrie von Scanner und Handy sowie Lesbarkeit der Codes. Das Testmodell hat den automatischen Teil bestanden: 198 von 198. Grenzen der Messung: ein Drucker, ein Scanner, ein Handy und insgesamt 8 Fotos; die „Fälschungen“ hat der Autor gedruckt. Nächste Schritte: manuelle Versuche - Korrekturen mit Kugelschreiber, Fotokopie, skalierter Ausdruck - und eine unabhängige Durchsicht des Codes.

Zeitnachweis

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