ANSI-Escapesequenz

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ANSI-Escapesequenzen oder ANSI-Escapecodes sind Zeichenfolgen zur Bildschirmsteuerung (Escapesequenzen), die das ASCII-/ANSI-Zeichen 27 (1B hexadezimal), „Escape“, als einleitendes Steuerzeichen nutzen und auf dem Standard von ANSI X3.64 und ECMA-48 beruhen. Diese ANSI/ECMA-Norm definiert einen Standard zur Bildschirm- und Tastatursteuerung auf Terminals wie der DEC VT100 (1979). Außer auf Terminals selbst sind ANSI-Escapesequenzen in entsprechenden Terminalemulationen und in Kommandozeileninterpretern implementiert.

Die 2. Ausgabe von ECMA-48 wurde 1978 als ISO 6429 und mit der 4. Ausgabe 1986 als ISO/IEC 6429 standardisiert. Der aktuelle ECMA-48-Standard entspricht der 5. Ausgabe vom Juni 1991.

Geschichte

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In den 1970er Jahren wurde der ASCII-Standard, der bereits 1968 festgelegt worden war, durch das American National Standards Institute (ANSI) überarbeitet. Dieser als ANSI X3.4-1977 bezeichnete Standard definiert jedoch nur die ersten 7 Bit, wurde als die ASCII-Zeichentabelle bekannt und bildet die Grundlage für weitere internationale Zeichensätze. Die ersten Arbeiten zur Standardisierung eines 8-Bit-Zeichensatzes resultierten bereits 1971 in ANSI X3.41 und ECMA-35. Gemeinsam mit der European Computer Manufacturers Association (ECMA) wurde in den Komitees mit den Bezeichnungen „X3L2“ bei ANSI und „TC 1“ bei ECMA an der Erweiterung der 8-Bit-Eingabe- und -Ausgabesteuerung gearbeitet, was u. a. die Möglichkeiten der Videoausgabe auf Terminals erweitern und gleichzeitig standardisieren sollte. Das Ergebnis dieser Arbeit ist ECMA-48 vom September 1976 sowie ANSI X3.64 von 1977. Diese Spezifikation wurde auch dem ISO-Komitee vorgelegt und 1978 als ISO 6429 akzeptiert. Die 2. Ausgabe von ANSI X3.64 und ECMA-48 von 1979 ist identisch mit der ISO-Norm.

Die ersten Terminals, die ANSI X3.64-1977 umsetzten, waren der DEC-VT100-Terminal von 1978 und der Heathkit H89 von 1979.[1] Wegen ihres kommerziellen Erfolgs wurden die VT100-Terminals kontinuierlich weiterentwickelt, wobei auf Abwärtskompatibilität geachtet wurde, so dass auch die späteren Modelle im Wesentlichen dem ANSI-Standard folgten.[2] Aufbauend auf VT100 entstand außerdem im Unix-Bereich die xterm-Emulation.[3] Deren gleichnamiger Terminaltyp ist heute in gängigen Terminalemulationen quasi Standard,[4] so dass die Steuerung von Terminals und Konsolen zur Nutzung von Unix-Shells heute im Prinzip (über den Umweg Xterm und VT100) auf die ANSI-Escapesequenzen des ECMA-48/ANSI-X3.64-Standards zurückgehen. Ähnliches gilt für PCs, wo ursprünglich DOS bzw. die Eingabeaufforderung den ANSI-Standard unterstützten[5] und das Fenster für den Kommandozeileninterpreter in Windows 10 inzwischen auf xterm basiert.[6]

Standards

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Der Standard wurde mit minimalen Abweichungen sowohl von ANSI als auch ECMA herausgegeben und nach Einreichung auch zur ISO- und IEC-Norm. Allerdings sind nur die ECMA-Standards frei zugänglich (gratis). Der ANSI-Standard wurde zugunsten der ISO-Norm zurückgezogen, um Doppelstandardisierung zu vermeiden.

Jahr Bezeichnung ANSI ECMA ISO/IEC
1965 7-bit Coded Character Set USAS[7] X3.4 ECMA-6[8] ISO/IEC 646
1971 Character Code Structure and Extension Techniques ANSI X3.41 ECMA-35[9] ISO/IEC 2022
1974 8-bit Coded Character Set Structure and Rules ? ECMA-43[10] ISO/IEC 4873
1979 Control Functions for Coded Character Sets ANSI X3.64 ECMA-48[11] ISO/IEC 6429

Die Standards sind aufbauend und miteinander verwoben – wurde einer der Standards angepasst, so wurde meist auch eine angepasste Version der anderen Standards veröffentlicht. Leider gibt es dennoch in unterschiedlichen Implementierungen und Dokumenten (sogar Standards und Normen) zueinander inkompatible Steuerzeichen und -sequenzen.[12]

ANSI-Steuerzeichen und -Steuersequenzen

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Der ASCII-Standard nach ECMA-6 (ANSI X3.4) ist auf 7 Bits begrenzt und definiert die Codierung von 96 Buchstaben und Symbolen, sowie 32 so genannten C0-Steuerzeichen (im Bereich 0–31 dezimal bzw. 00–1Fhexadezimal).[8]

Die Erweiterung auf 8 Bit nach ECMA-43 beinhalten fügt im Bereich von 128–159 dezimal (bzw. 80–9Fhexadezimal) Raum für 32 weitere Steuerzeichen hinzu, jedoch ohne deren Funktion konkret zu spezifizieren.[10]

Steuerzeichen

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Im Standard ECMA-48 (ANSI X3.64) von 1977 wurden dann, aufbauend auf die in den vorherigen Standards vorgeschlagenen Code-Bereiche, die Funktion der C0- und C1-Steuerzeichen tatsächlich präzise definiert.[13]

Escapesequenzen

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Weil jedoch der Platz für die Steuerzeichen auf 64 Funktionen begrenzt ist, wurden zusätzlich zu den Steuerzeichen weitere Befehle und Funktionen über so genannte Steuersequenzen implementiert.[14]

Während nämlich ein Steuerzeichen eine Funktion direkt umsetzt, besteht eine Steuersequenz aus mehreren Zeichen. Deren Anzahl ist je nach Funktion unterschiedlich, die möglichen Kombinationen sind jedoch im Standard genau spezifiziert. Da einige der primären Steuerzeichen im C1-Bereich liegen und daher nur auf Systemen mit 8-Bit-Zeichensätzen verfügbar sind, legt der ECMA-48 Standard für meisten Steuerzeichen im C1-Bereich auch Kombination aus 7 Bit Zeichen fest (s. u.).

Durch die mögliche Kombination von mehreren Zeichen zu eine Sequenz ergibt sich die Möglichkeit weit mehr als 64 Steuerfunktionen festzulegen, bzw. diese Funktionen zu parametrisieren (z. B. einer Funktion einen Wiederholungsfaktor beizufügen). Dementsprechend beschreibt der Standard insgesamt 162[13] Steuercodes und Sequenzen, die teilweise komplexe Funktionen ausführen, wie z. B. Cursor-Steuerung, Bildschirm-Befehle (Lösch-, Attribut-, Modus-Befehle) und Tastatur-Befehle.[13][15] Diese wurden als „ANSI-Escapesequenzen“ (englisch ANSI escape sequences, manchmal auch ANSI escape codes) bekannt.[14]

Zeichensätze

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In den meisten Zeichensätzen sind die C0- und C1-Steuerzeichen an den normierten Positionen enthalten. Außer auf emulierten VT100-Terminals finden jedoch fast nur C0-Steuerzeichen Verwendung.[16]

Bei der Entwicklung von Unicode wurden diese ebenfalls übernommen, sodass in Unicode die Steuerzeichen gem. ANSI X3.64 und ECMA-48 innerhalb der ersten 256 Positionen abgebildet sind. ANSI-Escapesequenzen sind bei Unicode zwar ohne Funktion, jedoch wurden einige der Funktionen an anderer Unicode-Position ähnlich umgesetzt (z. B. ein geschütztes Leerzeichen).

Steuerzeichen

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Die über eine Escapesequenz aufgerufene Funktion eines C1-Steuerzeichens hat gemäß Spezifikation genau die gleiche Funktion wie das einzelne Steuerzeichen. Als Escapesequenz bleiben Steuerzeichen innerhalb des 7-Bit-C0-Bereichs von ASCII und sind somit mit Systemen, die nur 7-Bit unterstützen oder in diesen Modus geschaltet wurden, kompatibel.

C1-Steuerzeichen im ANSI ECMA-48 Standard

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Dies ist ein Auszug von C1-Steuerzeichen aus dem 8-Bit-„ANSI“-Zeichensatz, die mittels Escapesequenzen (C0-Steuerzeichen an ASCII-Position 27) im 7-Bit-ASCII-Zeichensatz zugänglich sind. Die genaue Funktion dieser Steuerzeichen, z. B. welche Funktion ein Reverse Line Feed genau ausführt, ist im Kapitel 8.3 des EMCA-48 Standards festgelegt.[13]

8-Bit-Steuerzeichen (C1) und deren 7-Bit-Äquivalent (C0)
Steuerbefehl C1-Position C0-Positionen
Zeichenname ISO IETF Hex Dez Okt Escapesequenz Hex Dez Okt
Padding Character PAD PA 80 128 200 ESC @ 1B 40 027 064 33 100
High Octet Preset HOP HO 81 129 201 ESC A 1B 41 027 065 33 101
Break Permitted Here BPH BH 82 130 202 ESC B 1B 42 027 066 33 102
No Break Here NBH NH 83 131 203 ESC C 1B 43 027 067 33 103
Index IND IN 84 132 204 ESC D 1B 44 027 068 33 104
Next Line NEL NL 85 133 205 ESC E 1B 45 027 069 33 105
Start of Selected Area SSA SA 86 134 206 ESC F 1B 46 027 070 33 106
End of Selected Area ESA ES 87 135 207 ESC G 1B 47 027 071 33 107
Character Tabulation Set HTS HS 88 136 210 ESC H 1B 48 027 072 33 110
Character Tabulation with Justification HTJ HJ 89 137 211 ESC I 1B 49 027 073 33 111
Line Tabulation Set VTS VS 8A 138 212 ESC J 1B 4A 027 074 33 112
Partial Line Forward PLD PD 8B 139 213 ESC K 1B 4B 027 075 33 113
Partial Line Backward PLU PU 8C 140 214 ESC L 1B 4C 027 076 33 114
Reverse Line Feed RI RI 8D 141 215 ESC M 1B 4D 027 077 33 115
Single Shift 2 SS2 S2 8E 142 216 ESC N 1B 4E 027 078 33 116
Single Shift 3 SS3 S3 8F 143 217 ESC O 1B 4F 027 079 33 117
Device Control String DCS DC 90 144 220 ESC P 1B 50 027 080 33 120
Private Use One PU1 P1 91 145 221 ESC Q 1B 51 027 081 33 121
Private Use Two PU2 P2 92 146 222 ESC R 1B 52 027 082 33 122
Set Transmit State STS TS 93 147 223 ESC S 1B 53 027 083 33 123
Cancel Character CCH CC 94 148 224 ESC T 1B 54 027 084 33 124
Message Waiting MW MW 95 149 225 ESC U 1B 55 027 085 33 125
Start Protected Area SPA SG 96 150 226 ESC V 1B 56 027 086 33 126
End Protected Area EPA EG 97 151 227 ESC W 1B 57 027 087 33 127
Start Of String SOS SS 98 152 230 ESC X 1B 58 027 088 33 130
Single Graphic Character Introducer SGCI GC 99 153 231 ESC Y 1B 59 027 089 33 131
Single Character Introducer SCI SC 9A 154 232 ESC Z 1B 5A 027 090 33 132
ROI 9A 154 232 ESC % 1B 25 027 037 33 45
Control Sequence Intro CSI CI 9B 155 233 ESC [ 1B 5B 027 091 33 133
String Terminator ST SI 9C 156 234 ESC \ 1B 5C 027 092 33 134
Operating System Command OSC OC 9D 157 235 ESC ] 1B 5D 027 093 33 135
Privacy Message PM PM 9E 158 236 ESC ^ 1B 5E 027 094 33 136
Application Program Command APC AC 9F 159 237 ESC _ 1B 5F 027 095 33 137

Zur Berechnung der Escapesequenz wird vom C1-Steuerzeichen 40h, 64 dezimal oder 100 oktal abgezogen. So hat beispielsweise das Steuerzeichen PAD die C1-Position 80h: zieht man 40h davon ab erhält man die Escapesequenz ESC @, weil das @-Zeichen die C0-Position 40h hat, also 80h-40h=40h. Ebenso verhält es sich bei in dezimal ausgedrückten Zeichenpositionen: 128-64=64 (entspricht 40h), sowie oktal: 200-100=100 (entspricht 40h).

Der einzige Nachteil der Escapesequenz ist, dass ein zusätzliches Zeichen pro Steuerbefehl verarbeitet werden muss, was auf langsamen Terminals zu Geschwindigkeitseinbußen führen konnte – zumindest theoretisch und wenn ein ANSI-Script sehr lang war. Nach der Spezifikation können alle 8-Bit-fähigen Geräte auch die 7-Bit-Escapefunktion nutzen, sodass sich die Escapesequenzen durchgesetzt haben.

Steuersequenzen

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Eine Steuersequenz wird immer durch ein Steuerzeichen eingeleitet und besteht mindestens aus zwei Zeichen. Bei variabler Größe wird die Steuersequenz durch ein definiertes abschließendes Zeichen oder durch ein Trennzeichen abgeschlossen. Eine Steuersequenz wird wie ein einzelnes Steuerzeichen behandelt, mit dem Unterschied, dass die gesamte Steuersequenz gelesen werden muss, bevor deren Umsetzung erfolgen kann.

Im Wesentlichen gibt es drei Steuerzeichen, die eine Steuersequenz einleiten:

  • ESC: Escape
  • SCI: Single Character Introducer
  • CSI: Control Sequence Intro

Nur das Steuerzeichen ESC liegt im ASCII-Bereich und ist daher ein 7-Bit-kompatibles C0-Steuerzeichen. Die beiden C1-Steuerzeichen SCI und CSI können über eine Escapesequenz substituiert werden, womit die Steuersequenz dann ASCII-kompatibel auf 7-Bit beschränkt bleibt.

Die Steuerzeichen APC, DCS, OSC, PM und SOS leiten ebenfalls eine Steuersequenz ein und müssen mit dem Trennzeichen ST abgeschlossen werden.

Single Character Introducer

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Das Steuerzeichen „Single Character Introducer“ (SCI) leitet eine Steuersequenz mit nur einem einzigen darauffolgenden Zeichen ein und benötigt daher auch kein Trennzeichen. Da jedoch die Funktionen dieses Steuerzeichens nicht standardisiert wurden, bedeuten sie auf jedem System etwas anderes. Die jeweilige proprietäre Funktion wird mit der Escapesequenz ESC Z eingeleitet, gefolgt von einem Zeichen, das eine proprietär definierte Funktion auslöst. Da der ECMA-/ANSI-Standard keine standardisierten Funktionen festlegt, kann jede Implementierung eigene proprietäre Funktionen festlegen. Zum Beispiel könnte eine Terminalemulation konform zum Standard für sich die Sequenz <ESC> Z K verwenden, um die Tastatur zu deaktivieren. Unter VT100 und seinem 8-Bit fähigen Nachfolger VT220 wird SCI nicht verwendet.[17]

Control Sequence Intro

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Das Steuerzeichen „Control Sequence Intro“ (CSI) ist das meist genutzte Steuerzeichen, da es eine Vielzahl weiterer Funktionen bietet, die sonst nicht mehr in den verfügbaren Rahmen von nur 8 Bit gepasst hätten. Es wird mit dem Zeichen 9Bhex im 8-Bit-Modus, meist jedoch als Escapesequenz ESC [ im 7-Bit-Modus, also 1Bhex 5Bhex, eingeleitet.

Eine CSI-Steuersequenz setzt sich immer aus einem einleitenden Steuerzeichen oder der entsprechenden Escapesequenz, einem Parameterteil und einem abschließenden Zeichen zusammen, wobei letzteres die Funktion bestimmt. Im Parameterteil wird der Strichpunkt ; als Trennzeichen genutzt. Der Parameterteil ist optional bzw. es gibt meist einen Standardparameter, wenn dieser fehlt. 

<ESC>  [  0  ;  1  ;  4  m
|      |  |           |  |
+---+--+  +-----+-----+  |
    |           |        |
Steuerzeichen   |   abschließendes Zeichen
         Parameterteil

In diesem Beispiel ist ESC [ das einleitende Steuerzeichen CSI als Escapesequenz, gefolgt von den Parametern 0;1;4, abgeschlossen durch das Zeichen m, das die eigentliche Funktion bestimmt.

Wird der Parameterteil weggelassen, so sieht die Steuersequenz so aus: 

<ESC>[m

Diese Steuersequenz ist gleichbedeutend mit ESC [ 0 m, da 0 der Standardparameter ist.

Beispiele

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Der ECMA-48 Standard definiert auf S. 61 die Funktion SGR “Set Graphic Rendition” (Darstellungsformat) als CSI Ps... 06/13.[11] Das bedeutet, dass die Sequenz mit dem CSI-Zeichen (9Bhex) oder ESC [ (1Bhex 5Bhex) eingeleitet wird, dann einen oder mehrere Parameter hat und mit dem Zeichen m (6Dhex) abgeschlossen wird. Weiterhin legt der Standard dort fest, dass z. B. die Zahl 5 als Parameter blinkende Darstellung bedeutet, während die Zahl 31 eine Darstellung in rot bedeutet. Die Zahl 0 setzt die Darstellung auf Standard zurück. Eine vollständige solche Sequenz zur Einleitung der Darstellung von rot blinkendem Textes würde folglich so aussehen: ESC [ 5 ; 3 1 m (in einzelnen Bytes: 1B 5B 35 3B 33 31 6Dhex). Das Beenden der hervorgehobenen Darstellung erfolgte durch ESC [ 0 m (in einzelnen Bytes: 1B 5B 30 6Dhex).[18][19]

Da die Shells in moderne Computersystemen oft noch auf ANSI-Sequenzen basieren, lässt sich dies unter Unix bzw. Windows folgendermaßen demonstrieren:

Unix

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In einer Unix-Shell kann man das ESC Zeichen mittels des echo Befehls als \e ausgeben. Somit könnte man rot blinkenden Text, wie oben exemplarisch dargestellt, in einem Terminal-Fenster durch folgenden Befehl am Bildschirm anzeigen:[19][20] 

echo -e "Der folgende Text ist \e[5;31m rot blinkend \e[0m."

Windows

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In einer Eingabeaufforderung (DOS Fenster) unter Windows wird $E als Teil des Eingabe-Prompts als ESC-Zeichen verstanden. Hiermit ist es möglich, die PROMPT Variable so zu setzen, dass sie farbigen Text enthält.[21][19]

Beispielsweise würde 

PROMPT=$E[5;31m Bitte Befehl eingeben $E[0m :

ein Prompt erzeugen, das rot blinkenden Text anzeigt, der den Benutzer auffordert einen Befehl einzugeben.

DOS

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In DOS muss der ANSI.SYS-Treiber geladen sein, um ANSI-Escapesequenzen nutzen zu können. Die ANSI-Escapesequenz wird durch die Eingabe des ASCII-Zeichens 27 (0x1B) eröffnet. Das ASCII-Zeichen 27 ist ein nicht druckbares Steuerzeichen und kann daher als Beispiel nicht angegeben werden. Die Eingabe des Zeichen kann aber bspw. mit der Tastenkombination Alt Gr+2+7 erfolgen, manche Texteditoren bieten auch eine spezielle Eingabemaske für ASCII-Zeichen, in der dann ASCII-Zeichen 27 ausgewählt werden kann.

Sicherheit

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Da die Steuerzeichen auch dazu verwendet werden können, Tastatureingaben zu simulieren und umzudefinieren, kann eine Datei mit ANSI-Escapesequenzen auf einem Computer auch Schaden anrichten. Dabei ist es lediglich nötig, die Datei von einem voll ANSI-fähigen Programm anzeigen zu lassen, welches dann die enthaltenen Escapesequenzen ungefiltert ausführt. Diese Art der Schadfunktion wird auch als ANSI-Bombe bezeichnet.[22][23]

Zu Zeiten von MS-DOS konnte sogar mit einer manipulierten Laufwerksbezeichnung eine ANSI-Bombe realisiert werden, sodass ein dir a: ausreichte, wenn ANSI.SYS geladen war.[22] Aber auch moderne Terminals sind noch anfällig für Terminal Escape Injection.[24]

Implementierungen

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Hardware:

  • DEC VT100 und dessen Nachfolgemodelle (VT102, VT220, VT320, VT420, VT520)
  • Heathkit H89 und Terminal-Varianten (H19; auch als Zenith Z19)

Software:

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Einzelnachweise

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  1. ↑ DEC Terminals. Invisible Island (englisch).
  2. ↑ VT420 Reference Manual: Abschnitt D (Compatibility). (PDF; 1,5 MB) vt100.net (englisch).
  3. ↑ Xterm. Invisible Island (englisch).
  4. ↑ Setting Your Terminal Type. cs.odu.edu (englisch).
  5. ↑ a b ANSI.SYS MSDN; abgerufen am 26. März 2016 (englisch).
  6. ↑ a b Über ANSI-Terminals: ANSI-Terminal Unterstützung. learn.microsoft.com
  7. ↑ ANSI: Historical Overview (englisch); abgerufen am 27. März 2016. Das American National Standards Institute (ANSI) hieß vor 1969 United States of America Standards Institute (USASI).
  8. ↑ a b ECMA-6. ecma-international.org (englisch).
  9. ↑ ECMA-35. ecma-international.org (englisch).
  10. ↑ a b ECMA-43 ecma-international.org (englisch).
  11. ↑ a b ECMA-48. ecma-international.org (englisch).
  12. ↑ ISO International Register of Coded Character Sets To Be Used With Escape Sequences. (PDF; 153 kB) itscj.ipsj.or.jp (englisch); abgerufen am 28. März 2016
  13. ↑ a b c d ECMA-48: Kapitel 8.3 Definition of Control Functions. ecma-international.org (englisch).
  14. ↑ a b Control characters in ASCII and Unicode. Aivosto (englisch), Abschnitt History of C1; Zitat: “The standards actually cover more control codes than those that fit in the C1 area. These additional controls are used via control sequences (escape sequences). […] the sequences are an important part of the standards that should be used together with the C1 controls. The sequences, together with C1, are also known as VT100 and ANSI escape sequences.”
  15. ↑ Programming: ANSI.SYS Escape Sequences. evergreen.edu (englisch); archiviert Oktober 2017.
  16. ↑ Control characters in Unicode. Aivosto, Resources for developers (englisch); abgerufen am 28. März 2016.
  17. ↑ DEC: VT220 Programmer Reference Manual. (PDF; 2,4 MB) vt100.net (englisch).
  18. ↑ ANSI.SYS Escape Sequences: Display Attribute and Mode Commands (englisch)
  19. ↑ a b c Esc-Sequenzen erklärt anhand von ANSI/VT100 Terminals
  20. ↑ Peeking at command-line ANSI escape sequences (englisch)
  21. ↑ Personalize your command prompt with ANSI Escape Codes (englisch)
  22. ↑ a b Howard Fuhs: Computerviren und ihre Vermeidung: Ein übersichtlicher, praxisorientierter Leitfaden für jeden PC-Anwender. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-322-84213-8, S. 50 (Volltext in der Google-Buchsuche).
  23. ↑ Viel Farbenpracht mit Ansi-Bomben. (Memento des Originals vom 26. März 2016 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.pcwelt.de PC-Welt; abgerufen am 26. März 2016.
  24. ↑ Terminal Escape Injection. (Blog) InfosecMatter, 16. April 2020, abgerufen am 16. Oktober 2020 (englisch).
  25. ↑ console codes. man7.org, manpage (englisch).
  26. ↑ Ask Felgall (Computer Help): OS/2 Command Reference (englisch); abgerufen am 5. April 2016.
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