ANSI-Escapesequenz

ANSI-Escapesequenzen oder ANSI-Escapecodes sind Zeichenfolgen zur Bildschirmsteuerung (Escapesequenzen), die das ASCII-/ANSI-Zeichen 27 (1B hexadezimal), „Escape“, als einleitendes Steuerzeichen nutzten 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

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.

Standards

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[1] X3.4	ECMA-6[2]	ISO/IEC 646
1971	Character Code Structure and Extension Techniques	ANSI X3.41	ECMA-35[3]	ISO/IEC 2022
1974	8-bit Coded Character Set Structure and Rules	?	ECMA-43[4]	ISO/IEC 4873
1979	Control Functions for Coded Character Sets	ANSI X3.64	ECMA-48[5]	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.[6]

ANSI-Steuerzeichen und -Steuersequenzen

Der ASCII-Standard nach ECMA-6 (ANSI X3.4) definiert C0-Steuerzeichen (im Bereich 0–31 dezimal bzw. 00–1F hexadezimal) und ist auf 7 Bits begrenzt. Die Erweiterung auf 8 Bit nach ECMA-43 beinhalten die als C1 bezeichneten Steuerzeichen im Bereich von 128–159 dezimal bzw. 80–9F hexadezimal für die Bildschirm- und Druckersteuerung. Weil jedoch der Platz für Steuerzeichen begrenzt war, wurden zusätzliche Befehle und Funktionen über Steuersequenzen implementiert.[7]

Während ein Steuerzeichen eine Funktion direkt umsetzt, sind bei einer Steuersequenz mehrere Zeichen notwendig. Die Anzahl der Zeichen ist je nach Funktion unterschiedlich. Die primären Steuerzeichen liegen im C1-Bereich und sind daher nur auf Systemen mit 8-Bit-Zeichensätzen verfügbar. Sie sind nach ANSI X3.64 bzw. ECMA-48 standardisiert und beinhalten Cursor-Befehle, Bildschirm-Befehle (Lösch-, Attribut-, Modus-Befehle) und Tastatur-Befehle.[8]

Escapesequenzen

Damit aber auch 7-Bit-Systeme von den erweiterten ANSI-Steuerzeichen und -Steuersequenzen profitieren können, wurden sogenannte Escapesequenzen eingeführt. Es gibt von den meisten Steuerzeichen im C1-Bereich ein Äquivalent dazu über eine Escapesequenz, die somit auch auf Systemen mit 7-Bit-Zeichensatz – dem ASCII-Zeichensatz – verfügbar sind. Diese wurden als „ANSI-Escapesequenzen“ (englisch ANSI escape sequences, manchmal auch ANSI escape codes) bekannt.[7]

ANSI-Steuerzeichen

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.

7-Bit-Äquivalent (C0) zu den erweiterten 8-Bit-Steuerzeichen (C1)
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.

Zeichensätze

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.[9]

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

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.

Steuersequenzen

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 bzw. ROI auf VT100-Terminals
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 bzw. ROI 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

Das Steuerzeichen „Single Character Introducer“ (SCI) leitet eine Steuersequenz mit nur einem einzigen zusätzlichen Zeichen ein und benötigt daher auch kein Trennzeichen. Da jedoch die Funktionen dieses Steuerzeichens nicht standardisiert wurden, bedeuten sie auf jedem System etwas anderes.

<ESC>Z<Funktion>

Die jeweilige proprietäre Funktion wird mit der Escapesequnz ESC Z eingeleitet, gefolgt von einer definierten Funktion. Da der ECMA-/ANSI-Standard keine standardisierten Funktionen festlegt, kann jede Implementierung eigene proprietäre Funktionen festlegen.

Auf DECs VT100 wird dasselbe C1-Steuerzeichen (154 bzw. 9A_hex) für das proprietäre Steuerzeichen ROI verwendet, das jedoch mit einer anderen Escapesequenz eingeleitet wird: ESC %. Anders als CSI ist ROI jedoch von variabler Länge.

Viele Terminalemulationen bieten einen VT100-kompatiblen Modus.

Beispiel:

<ESC>%0K

Die Steuersequenz ROI 0 K schaltet die Tastatur aus. Mit ROI 1 K wird sie wieder eingeschaltet.

<ESC>%1I

Mit der Steuersequenz ROI 1 I kann die aktuelle IP-Adresse abgefragt werden. Die Rückgabe hat das Format ROI ? <IP-Adresse> I.

Control Sequence Intro

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 9B_hex im 8-Bit-Modus, meist jedoch als Escapesequenz ESC [ im 7-Bit-Modus, also 1B_hex 5B_hex, 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.

Sicherheit

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.[10][11]

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.[10] Aber auch moderne Terminals sind noch anfällig für Terminal Escape Injection.[12]

Implementierungen

Hardware:

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

Software:

ANSI.SYS aus den IBM-PC-kompatiblen DOS-Betriebssystemen, wie u. a. PC DOS, MS-DOS, DR DOS[13]
BBS-Clients wie Kermit oder Qmodem
xterm[14]
ANSI.SYS-Alternativen für DOS: ANSI.COM, NANSI.SYS, NNANSI.COM
OS/2-Kommandozeile[15]
Amiga console.device
Eingabeaufforderung seit Windows 10 1511[16]
Node.js-Bibliothek ANSIS für die Textgestaltung in ANSI-Terminals

Weblinks

ECMA-48 Control Functions for Coded Character Sets in der aktuellen 5. Ausgabe vom Juni 1991 (englisch)
Edward Moy, Stephen Gildea, Thomas Dickey: rtfm / Xterm / Escape Sequences. XFree86, 1999 (englisch) – eine gute Referenz für ANSI-Escapesequenzen in xterm
ANSI Escape sequences (ANSI Escape codes) auf ascii-table.com (englisch)

Einzelnachweise

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).
ECMA-6 (englisch)
ECMA-35 (englisch)
ECMA-43 (englisch)
ECMA-48 (englisch)
ISO International Register of Coded Character Sets To Be Used With Escape Sequences (englisch, PDF, 153 kB); abgerufen am 28. März 2016
Aivosto: Control characters in ASCII and Unicode (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.”
Programming: ANSI.SYS Escape Sequences (englisch); abgerufen am 26. März 2016.
Aivosto, Resources for developers: Control characters in Unicode (englisch); abgerufen am 28. März 2016.
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).
Viel Farbenpracht mit Ansi-Bomben. PC-Welt; abgerufen am 26. März 2016.
Terminal Escape Injection. (Blog) InfosecMatter, 16. April 2020, abgerufen am 16. Oktober 2020 (englisch).
ANSI.SYS MSDN; abgerufen am 26. März 2016 (englisch).
manpage: console codes (englisch)
Ask Felgall (Computer Help): OS/2 Command Reference (englisch); abgerufen am 5. April 2016.
Nivot Ink Blog: Windows 10 TH2 (v1511) Console Host Enhancements (englisch), Oisin Grehan, 4. Februar 2016; abgerufen am 26. März 2016.

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[1] 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).

[ECMA6-2] ECMA-6 (englisch)

[ECMA35-3] ECMA-35 (englisch)

[ECMA43-4] ECMA-43 (englisch)

[ECMA48-5] ECMA-48 (englisch)

[6] ISO International Register of Coded Character Sets To Be Used With Escape Sequences (englisch, PDF, 153 kB); abgerufen am 28. März 2016

[aivosto_historyC1-7] Aivosto: Control characters in ASCII and Unicode (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.”

[8] Programming: ANSI.SYS Escape Sequences (englisch); abgerufen am 26. März 2016.

[9] Aivosto, Resources for developers: Control characters in Unicode (englisch); abgerufen am 28. März 2016.

[Springer_Computerviren-und-ihre-Vermeidung_2013-10] 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).

[11] Viel Farbenpracht mit Ansi-Bomben. PC-Welt; abgerufen am 26. März 2016.

[12] Terminal Escape Injection. (Blog) InfosecMatter, 16. April 2020, abgerufen am 16. Oktober 2020 (englisch).

[MSDN_ANSI.SYS-13] ANSI.SYS MSDN; abgerufen am 26. März 2016 (englisch).

[14] : console codes (englisch)

[15] Ask Felgall (Computer Help): OS/2 Command Reference (englisch); abgerufen am 5. April 2016.

[nivot_20160204_Win10TH2-16] Nivot Ink Blog: Windows 10 TH2 (v1511) Console Host Enhancements (englisch), Oisin Grehan, 4. Februar 2016; abgerufen am 26. März 2016.