🚀 IT-Praxisportal

Die interaktive Lern- und Prüfungsvorbereitungs-Plattform für Fachinformatiker, IT-Systemelektroniker und Software-Entwickler.
Echte IT-Praxis statt trockener Theorie: 13 Schlüsseltechnologien, 216 didaktisch aufbereitete Module, Monaco Web-IDE und realistische IHK-Abschlussprüfungssimulationen – direkt im Browser ohne lokale Installation.

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📋 Inhaltsverzeichnis

1. Überblick & Vision
2. Systemarchitektur & Komponenten
3. Die 13 Fachdisziplinen & Modul-Matrix
4. Monaco Web-IDE & Multi-Runner Engine
5. IHK-Prüfungstrainer & Simulations-Engine
6. Backend, Sicherheit & Authentifizierung
7. Datenbank-Schema & Persistenz
8. Setup, Deployment & Betriebsführung
9. REST-API Dokumentation
10. Rollen- & Berechtigungskonzept

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💡 Überblick & Vision

Das IT-Praxisportal schließt die Lücke zwischen theoretischem Berufsschulunterricht und den realen Anforderungen moderner IT-Unternehmen.

• Didaktik mit Sofort-Feedback: Jedes Modul gliedert sich in ein prägnantes Theoriestück, nummerierte Teilziele (Subgoals) und automatisierte Testsuiten, die geschriebenen Code im Sekundentakt auf syntaktische und semantische Korrektheit prüfen.
• Zero-Install Workflow: Schüler, Azubis und Umschüler benötigen keinerlei vorkonfigurierte Entwicklungsumgebung. Der Microsoft Monaco Editor (Kern von VS Code) stellt Syntax-Highlighting, Autocomplete und Terminal-Output direkt im Browser zur Verfügung.
• Offizieller IHK-Prüfungsstandard: Vollständige Abdeckung der gemeinsamen Kernqualifikationen (Lernfelder 1–8) für die Abschlussprüfung Teil 1 (AP1) sowie fachspezifischer Inhalte (LF 9–12) für die Abschlussprüfung Teil 2 (AP2) der Fachrichtung Systemintegration nach Ausbildungsordnung AO 2020.
• 100% Datenschutz & DSGVO: Vollständiger Verzicht auf externe Tracking-Skripte oder US-Cloud-Abhängigkeiten. Gehostet auf dedizierten Servern in Deutschland.

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🏛️ Systemarchitektur & Komponenten

Das Projekt folgt einer sauberen Trennung zwischen einer statischen, hochperformanten Frontend-Schicht, einem leichtgewichtigen Multi-Threaded Python REST-Backend und einem Caddy Reverse Proxy mit automatischem TLS.

                    ┌────────────────────────────────────────────────────────┐
                    │               Internet / Webbrowser                    │
                    └───────────────────────────┬────────────────────────────┘
                                                │ HTTPS (Port 443 / TLS 1.3)
                                                ▼
┌────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                               Caddy 2 Reverse Proxy                                       │
│  - HSTS, CSP, SAMEORIGIN, nosniff Security Header                                          │
│  - No-Cache Richtlinien für HTML/JS Kernskripte                                            │
│  - Download-Schutz für .db, .env, .secret_key, Backups & Prüfungen                         │
└───────────────────────────────┬────────────────────────────┬───────────────────────────────┘
                                │                            │
          Statische Assets      │                            │  /api/* REST-Routen
         (HTML, CSS, JS, WASM)  │                            │  (Reverse Proxy 127.0.0.1:8008)
                                ▼                            ▼
┌──────────────────────────────────────────────┐ ┌──────────────────────────────────────────┐
│          Statische Plattform                 │ │        Python 3 REST-API Backend         │
│                                              │ │             (server.py)                  │
│ • index.html      (Marketing & Curriculum)   │ │ • Token Auth (HMAC SHA-256)              │
│ • dashboard.html  (Geschützter Kurs-Hub)     │ │ • PBKDF2 Password Hashing                │
│ • workspace.html  (Monaco Web-IDE)           │ │ • IP-basiertes Rate Limiting             │
│ • teacher.html    (Dozenten-Dashboard)       │ │ • Wartungsmodus & System-Settings        │
│ • admin.html      (System-Admin Panel)       │ │ • Multi-Tenancy (Klassenräume)           │
│ • assets/         (CSS, JS, Tools, Pyodide)  │ │ • ThreadingMixIn für hohe Nebenläufigkeit│
│ • courses/        (13 Kursbäume / 216 Module)│ └────────────────────┬─────────────────────┘
└──────────────────────────────────────────────┘                      │
                                                                      │ SQLite3
                                                                      ▼
                                                 ┌──────────────────────────────────────────┐
                                                 │        SQLite3 Datenbank                 │
                                                 │         (platform_data.db)               │
                                                 │ • users, chapter_progress                │
                                                 │ • classrooms, class_enrollments          │
                                                 │ • certificates, platform_settings        │
                                                 │ • audit_log                              │
                                                 └──────────────────────────────────────────┘

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📚 Die 13 Fachdisziplinen & Modul-Matrix

Das Portal umfasst insgesamt 216 strukturierte Lerneinheiten, gegliedert in 4 Schwerpunktbereiche:

#	Fachdisziplin	ID	Module	Lehrpfade	Runner / Engine	Themenschwerpunkte
01	IHK AP1 Prüfungsvorbereitung	ihk_ap1	12	2	Web-IDE / JS	LF 1–8 Kernqualifikation, Datenschutz/DSGVO, IPv4/IPv6 Subnetting, Trace-Tabellen, SQL-Labor, 90-Min Probeprüfung
02	IHK AP2 Systemintegration	ihk_ap2_fisi	9	2	Web-IDE / JS	LF 9–12 FISI: Routing & VLANs, Active Directory & GPO, Storage/RAID, Cloud/Docker, WiSo-Fragen, 40h-Projektarbeit
03	Python 3 Professional	python	35	4	Pyodide WASM	Variablen, Kontrollfluss, Listen/Dicts, OOP, Vererbung, TDD Unittests, Tkinter Desktop-GUIs, SQLite & REST-APIs
04	Linux Bash & Cloud DevOps	bash	16	4	Bash Test-Runner	Streams, Pipes, Text-Mining (jq, sed, awk), Strict Mode (set -euo pipefail), xargs Parallelisierung, Docker, BATS Tests
05	PowerShell 7+ Core	powershell	16	4	PS / Pester	Cmdlets, .NET Objekt-Pipeline, [PSCustomObject], Moderne Operatoren, ForEach-Object -Parallel, REST-APIs, Pester v5 Unit Tests
06	SQL & Datenbank-Architektur	sql	16	4	SQLite SQL-Runner	1NF–3NF Normalisierung, Multi-Table JOINs, Subqueries, CTEs (WITH), Window Functions (OVER), ACID Transaktionen
07	JavaScript & TypeScript	javascript	16	4	Node / Browser-JS	ES6+ Syntax, Klassen & OOP, Async/Await, DOM-Events, LocalStorage, ES-Module, TypeScript Generics & Type Guards
08	Java 21+ Enterprise	java	16	4	JUnit 5 Runner	Strikte Typisierung, Records, OOP-Vererbung, Interfaces, Generics, Streams API, Virtual Threads (Project Loom), JUnit 5 Tests
09	Rust Systems & Safety	rust	16	4	Cargo Testsuite	Ownership- & Borrowing-System, Lifetimes, Option/Result Monaden, Traits, Smart Pointer (Arc, Mutex), Concurrency, LRU-Cache
10	Go Cloud Microservices	go	16	4	Go Test-Runner	Slices, Maps, Structs, Duck Typing Interfaces, Goroutines, Channels & Select, net/http REST Server, Table-Driven Tests
11	C# 12 & .NET 8 Enterprise	csharp	16	4	xUnit Test-Runner	Top-Level Statements, Pattern Matching, Records, LINQ funktionale Abfragen, Async/Await Tasks, xUnit Tests, Order Engine Master
12	C & Modernes C++20 Systems	cpp	16	4	GoogleTest Runner	Pointer & Adressoperatoren, manueller Heap (malloc/free), RAII-Prinzip, Rule of Five, Templates, Smart Pointer, STL Container
13	HTML5, CSS3 & Responsive UI	html_css	16	4	DOM Assertion	Semantische Tags, Barrierefreiheit (ARIA/A11y), CSS Box-Modell, Flexbox, CSS Grid, Media Queries, Dark Mode Themes

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💻 Monaco Web-IDE & Multi-Runner Engine

Die Arbeitsumgebung (workspace.html) ist für produktives, ablenkungsfreies Arbeiten konzipiert:

• VS Code Monaco Editor: Vollwertige Editor-Features inklusive Zeilennummern, Syntax-Färbung, Klammerpaar-Highlighting und Shortcuts (Strg+Enter zum Ausführen, Strg+Shift+Enter für Tests).
• Split-Screen Ergonomie: Linke Hälfte für didaktische Aufgabenstellung, Subgoals, Theorie-Spickzettel und gestuftes Tipp-System; rechte Hälfte für Code-Editor und Live-Terminal.
• Client-Side Python (Pyodide): Python-Code wird vollständig im Browser via WebAssembly (WASM) ausgeführt – maximale Geschwindigkeit ohne Serverlast.
• Multi-Language Runners: Vorbereitete Ausführungspipelines für alle 13 Sprachen mit farbiger Standard-Out- und Standard-Error-Differenzierung.
• Automatisches Cloud-Save: Editierter Code wird verzögerungsfrei via Debouncing im Browser und in der Cloud gesichert.

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🎓 IHK-Prüfungstrainer & Simulations-Engine

Im Prüfungsbereich können Auszubildende ihr Wissen unter echten Prüfungsbedingungen testen:

• 90-Minuten Countdown: Realistische Zeiteinteilung wie in der IHK-Abschlussprüfung.
• Offizieller IHK-Notenschlüssel: Automatische Berechnung von Prozentwerten, Punkten (max. 100) und IHK-Noten (1 bis 6) gemäß Prüfungsstandard.
• Subnetting-Drill Generator: Unendlicher Aufgabenpool für IPv4- und IPv6-Berechnungen (Netz-ID, Broadcast, erste/letzte nutzbare Hostadresse, Binär- und CIDR-Masken).
• Trace-Tabellen Simulator: Schrittweise Ausführung von Pseudocode- und Struktogramm-Logiken mit Überprüfung von Variablenzuständen.

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🛡️ Backend, Sicherheit & Authentifizierung

Das Backend (server.py) ist auf maximale Zuverlässigkeit, Wartungsfreundlichkeit und Sicherheit gehärtet:

• HMAC-SHA256 Token Sessions: Zustandsloses, kryptografisch signiertes Sitzungsformat mit 12-stündiger Gültigkeit (exp) und Timing-Safe Verifikation (hmac.compare_digest).
• Passwort-Sicherheit: Passwörter werden mit PBKDF2-HMAC-SHA256 unter Verwendung von 100.000 Iterationen und individuellem 16-Byte kryptografischem Salz gespeichert.
• Schutz vor Brute-Force: In-Memory Rate-Limiter beschränkt fehlgeschlagene Anmelde- und Registrierungsversuche pro IP-Adresse.
• Reverse-Proxy Trusted IP Check: Authentifizierungs- und Schutzmechanismen prüfen X-Real-IP und X-Forwarded-For ausschließlich dann, wenn die Verbindung von einem vertrauenswürdigen lokalen Reverse-Proxy (127.0.0.1, ::1, Docker-Bridge 172.16.0.0/12) stammt.
• Wartungsmodus (Maintenance Mode): Per Klick im Admin-Panel aktivierbar. Nicht-Admins erhalten HTTP 503 und einen bildschirmfüllenden Wartungsscreen; Administratoren behalten uneingeschränkten Zugriff für Deployments.

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🗄️ Datenbank-Schema & Persistenz

Alle Anwendungsdaten werden in einer relationalen SQLite-Datenbank (platform_data.db) mit Foreign-Key-Unterstützung und Indizes verwaltet:

-- 1. Benutzer & Rollen
CREATE TABLE IF NOT EXISTS users (
    id INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT,
    email TEXT UNIQUE NOT NULL,
    password_hash TEXT NOT NULL,
    salt TEXT NOT NULL,
    name TEXT NOT NULL,
    role TEXT NOT NULL DEFAULT 'student',  -- 'admin', 'teacher', 'student', 'solo'
    xp INTEGER NOT NULL DEFAULT 0,
    level INTEGER NOT NULL DEFAULT 1,
    streak_days INTEGER NOT NULL DEFAULT 1,
    created_at TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP,
    last_login TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP
);

-- 2. Kapitel-Fortschritt
CREATE TABLE IF NOT EXISTS chapter_progress (
    id INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT,
    user_id INTEGER NOT NULL,
    chapter_id TEXT NOT NULL,
    code_draft TEXT,
    subgoals_json TEXT,
    is_solved BOOLEAN NOT NULL DEFAULT 0,
    solved_at TIMESTAMP,
    UNIQUE(user_id, chapter_id),
    FOREIGN KEY (user_id) REFERENCES users(id) ON DELETE CASCADE
);

-- 3. Klassenräume & Einschreibungen
CREATE TABLE IF NOT EXISTS classrooms (
    id INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT,
    teacher_id INTEGER NOT NULL,
    name TEXT NOT NULL,
    invite_code TEXT UNIQUE NOT NULL,
    created_at TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP,
    FOREIGN KEY (teacher_id) REFERENCES users(id) ON DELETE CASCADE
);

CREATE TABLE IF NOT EXISTS class_enrollments (
    classroom_id INTEGER NOT NULL,
    user_id INTEGER NOT NULL,
    joined_at TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP,
    PRIMARY KEY (classroom_id, user_id),
    FOREIGN KEY (classroom_id) REFERENCES classrooms(id) ON DELETE CASCADE,
    FOREIGN KEY (user_id) REFERENCES users(id) ON DELETE CASCADE
);

-- 4. Verifizierbare Zertifikate
CREATE TABLE IF NOT EXISTS certificates (
    id INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT,
    uuid TEXT UNIQUE NOT NULL,
    user_id INTEGER NOT NULL,
    track_id TEXT NOT NULL,
    student_name TEXT NOT NULL,
    issued_at TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP,
    FOREIGN KEY (user_id) REFERENCES users(id) ON DELETE CASCADE
);

-- 5. Globale Plattform-Einstellungen & Wartung
CREATE TABLE IF NOT EXISTS platform_settings (
    key TEXT PRIMARY KEY,
    value TEXT NOT NULL,
    updated_at TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP
);

-- 6. Revisionssicheres Audit-Log
CREATE TABLE IF NOT EXISTS audit_log (
    id INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT,
    user_id INTEGER,
    action TEXT NOT NULL,
    details TEXT,
    ip_address TEXT,
    created_at TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP
);

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🚀 Setup, Deployment & Betriebsführung

1. Lokale Entwicklung

# Repository klonen
git clone ssh://git@git.alex-mueller.biz:2222/alex-mueller/it-praxisportal.git
cd it-praxisportal

# Server starten
python3 server.py
# Server läuft auf http://localhost:8008

2. Systemd Service (Production)

Der API-Server wird über einen systemd-Dienst im Hintergrund betrieben:

# /etc/systemd/system/it-praxisportal-backend.service
[Unit]
Description=IT-Praxisportal API Backend Server
After=network.target

[Service]
Type=simple
User=root
WorkingDirectory=/root/uebungen_python
ExecStart=/usr/bin/python3 /root/uebungen_python/server.py
Restart=always
RestartSec=3
StandardOutput=journal
StandardError=journal

[Install]
WantedBy=multi-user.target

Service steuern:

systemctl daemon-reload
systemctl restart it-praxisportal-backend.service
systemctl status it-praxisportal-backend.service

3. Caddy Reverse Proxy Konfiguration

alpha.it-praxisportal.de {
    encode gzip zstd

    # Sicherheits-Header
    header {
        X-Frame-Options "SAMEORIGIN"
        X-Content-Type-Options "nosniff"
        Referrer-Policy "strict-origin-when-cross-origin"
        Permissions-Policy "camera=(), microphone=(), geolocation=()"
        Strict-Transport-Security "max-age=31536000; includeSubDomains; preload"
    }

    # Frische-Garantie für Plattform-Skripte & HTML
    @noCache {
        path / /index.html *.html /assets/app_auth.js /assets/course_sidebar.js /assets/courses_manifest.js
    }
    header @noCache Cache-Control "no-cache, no-store, must-revalidate"

    # Backend REST API
    handle /api/* {
        reverse_proxy 172.17.0.1:8008 {
            header_up Host {host}
            header_up X-Real-IP {remote_host}
        }
    }

    # Schutz für vertrauliche Dateien
    @forbidden {
        path *.db *.sqlite* *.secret_key .git* *.py *.sh *.php *.sql *.env* *.bak *.log /exams/*
    }
    handle @forbidden {
        respond "Access denied" 403
    }

    # Statische Plattform-Auslieferung
    handle {
        root * /srv/it-praxisportal
        file_server
    }
}

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📡 REST-API Dokumentation

Methode	Pfad	Authentifizierung	Beschreibung
GET	/api/platform/status	Öffentlich	Liefert Wartungsstatus, Ankündigungen & Registrierungs-Flag
POST	/api/auth/register	Öffentlich	Registriert einen neuen Nutzer (email, password, name, role)
POST	/api/auth/login	Öffentlich	Meldet Nutzer an und liefert HMAC-Bearer-Token
GET	/api/auth/me	Bearer Token	Liefert Profildaten des angemeldeten Nutzers
GET	/api/progress/get	Bearer Token	Liefert gelöste Kapitel und optional Code-Drafts
POST	/api/progress/save	Bearer Token	Speichert Code-Entwurf und Teilziele für ein Modul
POST	/api/progress/solve	Bearer Token	Markiert Modul als gelöst und vergibt XP/Level-Aufstieg
GET	/api/classrooms/list	Bearer Token	Listet Klassenräume (für Schüler oder Dozenten)
POST	/api/classrooms/create	Dozent / Admin	Erstellt neuen Klassenraum mit individuellem Einladungscode
POST	/api/classrooms/join	Schüler	Tritt einer Schulklasse via Invite-Code bei
GET	/api/classrooms/matrix	Dozent / Admin	Liefert Live-Fortschrittsmatrix aller Schüler einer Klasse
POST	/api/certificates/create	Bearer Token	Generiert verifizierbare Zertifikats-UUID
GET	/api/admin/stats	Admin	Liefert System-KPIs, Benutzerzahlen und Aktivitätsmetriken
GET	/api/admin/users	Admin	Listet registrierte Benutzer mit Filter und Paginierung
POST	/api/admin/users/role	Admin	Ändert Benutzerrolle (student, teacher, admin)
POST	/api/admin/users/reset-password	Admin	Setzt Benutzerpasswort administrativ zurück
POST	/api/admin/users/delete	Admin	Löscht Benutzerkonto und zugehörige Daten
POST	/api/admin/settings	Admin	Ändert Plattform-Einstellungen (Wartungsmodus, Banner etc.)

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👥 Rollen- & Berechtigungskonzept

1. Gast / Unangemeldeter Besucher:
   • Sieht die Marketing-Landingpage (index.html) mit vollständiger Curriculum-Auflistung.
   • Kann keine Module in der Web-IDE starten (erhält Registrierungs-Modal).
2. Schüler / Auszubildender (student / solo):
   • Hat vollen Zugriff auf den Lernbereich (dashboard.html), alle 13 Kurse, 216 Module und die Web-IDE (workspace.html).
   • Kann Klassenräumen beitreten, Lernfortschritte synchronisieren und Zertifikate ausstellen.
3. Dozent / Ausbilder (teacher):
   • Beinhaltet alle Schülerrechte.
   • Hat Zugriff auf das Dozenten-Dashboard (teacher.html).
   • Kann Klassenräume erstellen, Einladungscodes vergeben und die Live-Lernmatrix der Klassenmitglieder einsehen.
4. Administrator (admin):
   • Beinhaltet alle Schüler- und Dozentenrechte.
   • Hat exklusiven Zugriff auf das Admin Control Panel (admin.html).
   • Kann globale Plattform-Parameter (Wartungsmodus, Ankündigungen) konfigurieren, Benutzer verwalten, Passwörter zurücksetzen und das Audit-Log einsehen.
   • Hat auch bei aktivem Wartungsmodus vollen Zugriff auf alle Schnittstellen.

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📄 Lizenz & Autoren

• Entwickler & Maintainer: Alexander Müller (alex-mueller.biz)
• Plattform-Domain: alpha.it-praxisportal.de
• Git-Repository: git.alex-mueller.biz/alex-mueller/it-praxisportal
• Version: 1.0 Alpha • 2026