\section{Friend Finder}

So gut wie alle Geräte der heutigen Generation von Smart Phones besitzen einen GPS Empfänger. Dieser kann auf unterschiedliche
Art und Weiße genutzt werden. Von einfachem bestimmen der aktuellen Position, über Routing bis hin zu Freizeitaktivitäten wie
\textit{Geocaching}. Eine weitere, interessante Möglichkeit wäre es, sich Freunde anzeigen zu lassen, die sich in
einem bestimmten Radius um die eigene Position befinden. Mit diesen könnte man dann, ähnlich wie mit einem Chat Programm,
Nachrichten austauschen.\newline
Da es unter Datenschutzaspekten aber nicht wünschenswert ist das jeder Dritte die Position anderer ermitteln kann, sollten die
Daten verschlüsselt versendet werden. Ansonsten könnte es zu Szenarien, wie das erstellen eines Bewegungsprofiles der Benutzer,
kommen. Es muss somit gewährleistet sein, dass die gesendeten Daten nur dann lesbar sind, wenn der Nutzer dem einwilligt. \newline

Mit einer solchem Programm wäre es zum Beispiel möglich, sich mit Freunden zum Essen zu verabreden, wenn diese sich in der Nähe
der eigenen Position befinden. Der Nutzer sollte einfach nur den Radius wählen, innerhald dessen Personen sichtbar sind, und
könnte diese dann per verschlüsselter Textnachricht anschreiben. \newline
Eine andere Möglichkeit bestünde darin, dass man auf bestimmten Veranstaltungen wissen möchte wer teilnimmt. Dabei stellt
der Nutzer allerdings fest das eine ihm bekannte Person die gleiche Software nutzt, aber für ihn nicht sichtbar ist. Der
Benutzer muss nun die Möglichkeit haben dieser Person ohne aufwand den für die Verschlüsselung genutzen Schlüssel zu
übergeben.\newline

Eine ähnliche Software wurde schon im Paper \textit{Spontaneous Privacy-Aware Location Sharing} \citep{SPALS} beschrieben und
implementiert. Allerdings lag bei dieser Arbeit der Focus auf einem effizienten Protokoll zur verschlüsselten
Positionsübertragung. Der Aspekt, dass Nutzer nur innerhalb eines begrenzten Radius angezeigt werden, wurde hier nicht
berücksichtigt. Auch die Software \textit{SmokeScreen} \citep{SmokeScreen} beschäftigt sich mit versenden privater Informationen
innerhalb von Gruppen die der Nutzer festlegt. Allerdings bewegt sich \textit{SmokeScreen} nich im Rahmen von \textit{location
awareness}. Somit sollte die Software ein effizientes Protokoll, eine sichere Verschlüsselung sowie die Möglichkeit der
Einstellung durch den Anwender verbinden.

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\subsection{Anforderungsanalyse}

Anhand der oben erstellten Szenarien sollte diese Software also folgende Funktionen besitzen:

\begin{itemize}
 	\item Versenden von Nachrichten
 	\item Versenden der eigenen Position
	\item Anzeigen der Position von anderen Teilnehmern
	\item Erstellen eines 2D-Barcodes
 \end{itemize}

\subsubsection{Eigene Position senden}

Um den Standort anderer Nutzer zu sehen, muss das Programm in der Lage sein, auf einer Karte deren Position anzuzeigen. Damit
für andere Nutzer die eigene Position sichtbar ist, muss diese in einem gängigen Format versendet werden. Hierfür fiel die Wahl
auf das Standart Positions Format \textit{Latitude}/\textit{Longtitude}. Um Datensicherheit zu garantieren müssen diese
Positionsdaten in verschlüsselter Form versendet werden. 

\subsubsection{Position anderer Teilnehmer anzeigen}

Um die Position anderer Teilnehmer zu visualisieren muss das Programm in der Lage sein, die eigehenden Positionsdaten sowohl zu
entschlüsseln, als auch diese auf einer Karte darzustellen. Des weiteren muss ein Format für die Karte genutzt werden, welches auf
dem mobilen Gerät darstelbar ist und man einfach auf den neusten Stand bringen kann. Es sollte auch möglich sein, nur
Benutzer innerhalb einer bestimmten Entfernung anzuzeigen, da eine Person die sich in 6 Kilometer Entfernung aufhält für Dienste
dieser Art nur begrenzt sinnvoll sind.

\subsubsection{Nachrichten versenden und empfangen}

Damit man mit anderen Nutzern, welche sich in der Nähe der eigenen Position befinden, auch Kommunizieren kann, muss die Software
in der Lage sein Textnachrichten zu versenden und zu empfangen. Auch soll die Datensicherheit garantiert sein. Der Datenverkehr
muss also auch bei dieser Funktion in verschlüsselter Form stattfinden.

\subsubsection{2D-Barcode}

Um einen Schlüssel an eine Person weiterzugeben, deren Positon man sehen oder mit ihr kommunizieren möchte, muss es eine
Möglichkeit geben diesen Schlüssel auf einfach Weise weiterzugeben. Hierzu kann aus einer vorher festgelegten Zeichenkette einen
2D-Barcode erstellt und angezeigt werden. Zur weitergabe des Schlüssels muss nun der andere Anwender diesen vom Display
fotographieren oder per MMS versenden und auf dem anderen Gerät wiederherstellen.

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\subsection{Verwendete Verfahren und Bibliotheken}

Die oben beschriebene Software wurde mit fast all diesen Funktionen, ausser das abfotographiern und umwandeln der 2D-Barcodes in
einen Schlüssel, im Rahmen dieser Arbeit implementiert und hört auf den Namen \textit{Friend Finder}. Im folgenden Abschnitt wird
die Implementierung und Funktionsweise der einzelnen Funktionen erläutert, sowie die zugrundeliegenden Bibliotheken vorgestellt.
\newline

\textit{Friend Finder} wurde so konzipiert, dass die Graphische Darstellung ohne großen Aufwand vom den restlichen
Teilen der Software abgekoppelt und durch eine andere, darstellende Bibliothek ersetzt werden kann. Somit
könnte man \textit{Enlightenment} durch eine andere Art der Darstellung austauschen, ohne dabei die Funktionalität der
zugrunde liegenden Komponenten zu zerstören. \newline
Da das ver- und entschlüsseln der Daten möglichst wenig Rechenaufwand erzeugen und der Schlüsselaustausch nicht zu
kompliziert sein soll, nutzt das Programm ein symmetrisches Verschlüsselungsverfahren. \newline
\textit{Abbildung 3} zeigt den Kommunikationsaustausch von \textit{Friend Finder}. Der \textit{Message Sender} ist für das
Versenden und Empfangen der Textnachrichten zuständig, \textit{Sender} sendet die eigene Position, \textit{Receiver} empfängt
die Positionen der anderen Nutzer und sendet Acknowledgements an die teilnehmenden \textit{Sender}. Alle drei Teile geben ihre
empfangenen Daten an die \textit{GUI} weiter, welche sie mit Hilfe von \textit{Enlightenment} ausgibt.

\begin{figure}[h]
\centering
 \includegraphics[width=10cm]{Bilder/ablauf}
 \caption{\textit{Friend Finder} Nachrichtenaustausch}
\end{figure}


\textit{Friend Finder} ist an sich in fünf Submodule aufgeteilt:

\begin{enumerate}
  \item Graphische Benutzeroberfläche
  \item Versenden von Textnachrichten
  \item Versenden der eigenen Position
  \item Empfangen der eigenen Position
  \item Erstellen eines Barcodes
\end{enumerate}

\subsubsection{Grafisches Benutzeroberfläche}

Zum erstellen der Oberfläche wurde \textit{Enlightenment} verwendet. Diese Bibliothek stellt alle benötigten Funktionen bereit und
bietet eine Fülle an vordefinierten Oberflächenelement. Der gesammte Programmcode der Benutzeroberfläche wurde in einer Datei
zusammengefast (\textit{gui.c}). Diese Tatsache vereinfacht das Erhalten der Modularität, da einfach nur diese Datei
durch eine andere ersetzen werden muss um einen anderen Typ von Oberfläche zu benutzen. \newline
In der der Datei \textit{gui.c} sind alle Funktionen enthalten um die Oberflächenelement zu erzeugen und zu platzieren. Um die
gewünschte Funktionalität der einzelnen Elemente zu realisieren wurden auch die Aufrufe der benötigten Funktionen aus anderen
Modulen in dieser Datei implementiert. \newline
Wie schon erwähnt, wurde die Graphische Nutzeroberfläche mit Hilfe von Bibliotheken aus dem \textit{Elementary}-Paket
realisiert.

\subsubsection{Versenden der Nachrichten}

Um Daten im Allgemeinen zu versenden wurde das \textit{IRC}-Protokoll \citep{IRC} verwendet. Die
Vorteile dieses Protokolles liegen in seiner weiten Verbreitung, einer ausgedehnten Serverstruktur, sowie in dessen
Stabilität.\newline

In der Datei \textit{msg\_sender.c} sind alle Funktionen und Aufrufe implementiert, welche nötig sind um die Verbindung zum 
\textit{IRC-Server} zu erstellen und die Nachrichten zu verschicken. Um eine Verbindung zu einem gegebenen \textit{IRC-Server} zu
erstellen muss eine \textit{IRC-Session} initialisiert werden. Diese \textit{Session} beinhaltet Informationen wie zum Beispiel
den \textit{Nickname} des Benutzers oder die \textit{IP-Adresse} des Servers. Nachdem diese \textit{Session} gestartet wurde,
kann man nun durch das Aufrufen der Funktion "\textit{set\_txt\_msg(char* msg)}" die Nachricht versenden. Wird eine Nachricht
empfangen so wird diese an die Funktion "\textit{show\_message(char* msg)}" , welcher zur Benutzeroberfläche gehört, übergeben.
Bei der Implementerierung des Nachrichtenversandes ist eine Besonderheit zu erwähnen. Das genutzte Verschlüsselungsverfahren
\textit{Blowfish} wurde seitens der \textit{OpenSSL}\citep{OpenSSL} Bibliothek als \textit{Blockcipher} implementiert. Das
bedeutet, das immer nur maximal 64 Bit Nachrichten verschlüsselt werden können. Da in der Programmiersprache \textit{C} dies genau
acht ASCII-Zeichen entspricht, werden alle zu sendenden Nachrichten in Blöcke der Größe acht aufgeteilt, versendet und beim
Empfänger wieder zusammengesetzt. \newline
Ein weiterer wichtiger Unterschied zu den Modulen Senden und Empfangen von \textit{GPS}-Positionen ist die Tatsache, dass bei
diesem Programmteil Sender und Empfänger in der gleichen Datei implementiert wurden. Der Grund hierfür ist, dass man hier nicht
zwischen mehreren Sendern oder Empfängern unterscheiden muss, und diese zwei Teile hier somit nicht komplett getrennt voneinander
arbeiten müssen.\newline

Um Nachrichten zu versenden wurde für dieses Projekt die \textit{IRC-Client Bibliothek}\citep{libircclient} verwendet. Diese
\textit{library} bietet verschiedene Funktionen um eine Verbindung mit einem \textit{IRC-Server} zu erstellen und Nachrichten an
diesen zu senden, sowie eingehende Nachrichten zu empfangen.\newline
Zur Ver- und Entschlüsselung der gesendeten Nachrichten, sowie der Positionsdaten wird die Bibliothek
des \textit{OpenSSL-Projekts}\citep{OpenSSL}, namens \textit{libcrypto}, verwendet. Hierzu werden die Daten mit dem
\textit{Blowfish-Algorithmus} verschlüsselt. Bei diesem Algorithmus handelt es sich um ein symmetrisches
Verfahren, bei welchem alle Teilnehmer den gleichen privaten Schlüssel zum ver- sowie entschlüsseln nutzen.

\subsubsection{Versenden der eigenen Position}

Der benötigte Programmcode zum Versenden der eigenen Position ist in der Datei \textit{sender.c} zu finden. Auch hier muss zuerst
eine \textit{IRC-Session} initialisiert werden um danach die Position zu versenden. Der Ablauf beim Senden der Positionen erfolgt
in einer vorgegebenen Reihenfolge. Zuerst wird der verschlüsselte Längengrad, danach der verschlüsselte Breitengrade gesendet.
Daraufhin werden solange keine Daten mehr gesendet, bis der Empfänger eine Bestätigung an den \textit{IRC-Kanal} sendet. Diese
Bestätigung ist unverschlüssel. Kommt dieses \textit{Acknowledgement} beim Sender an, so versendet dieser wieder ein
\textit{Latitude/Longtitude Paar}.\newline

Auch hier wird, wie beim Versenden der Nachrichten zum verschlüsseln der \textit{Blowfish-Algorithmus} aus \textit{libcrypto}, 
sowie \textit{libircclient} zum versenden der Daten genutzt.
\subsubsection{Empfangen der eigenen Position}

noch nicht final....empfänger empfängt nachricht, ordnet sie, leitet sie zum zeichnen weiter....grob gesehen

\subsubsection{Erzeugen eines 2D-Barcodes}

Die Datei \textit{barcode.c} beinhaltet die Funktionen zum erstellen eines 2D-Barcodes. Hierzu wird die Funktion
"\textit{generate\_barcode(char* key)}", mit einer Zeichenkette als Übergabeparameter, aufgerufen. Aus dieser Zeichenkette wird
dann ein Barcode erstellt, welcher im darauf folgenden Schritt als \textit{.png} Datei auf das Speichermedium geschrieben wird.

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\subsection{Analyse}

Das Ziel war es mit \textit{Friend Finder} Daten verschlüsselt zu übertragen. Es soll dabei ein möglichst geringer
Berechnungsaufwand entstehen um die Daten zu verschlüsseln, sowie möglichst wenig Datenoverhead produziert und versendet werden.
Dies ist notwendig, damit das Programm möglichst lange auf dem mobilen Gerät ausgeführt werden kann und nicht schon nach
kurzer Zeit der Akku versagt. \newline

Im folgenden Teil wird der erzeugte Datenverkehr von \textit{Friend Finder} analysiert. Ein Hauptaugenmerkt wird hierbei vor allem
auf die Packetgröße, sowie die Menge der versendeten Datenpakete geworfen. Der \textit{Traffic} wurde mit Hilfe des Programmes
\textit{Wireshark} \citep{Wireshark} untersucht.\newline 

Die Analyse selbst ist in drei Teile aufgeteilt. Als erstes wird auf den allgemein entstehenden Datenverkehr eingegangen, welcher
bei Verbindungsaufbau, sowie bei Beenden der Verbindung entsteht. Der zweite Teil beschäftigt sich mit dem Versenden sowie
Empfangen von Nachrichten. Im letzten Teil dieser Analyse wird auch das dritte Feature, dass Versenden und Empfangen von
Positionen, unter die Lupe genommen.

\subsubsection{Allgemeiner Datenverkehr}

Wie bereits erwähnt wird zum Versenden der Nachrichten das \textit{IRC-Protokoll} \citep{IRC} verwendet. Dieses Protokoll basiert
\textit{TCP/IP} und führt somit bei Verbindungsaufbau einen \textit{TCP-Handshake} durch. Des weiteren werden
während der gesamten Verbindungsdauer \textit{ACK-} oder \textit{NACK-Pakete} für jede Nachrichten versendet. \newline

Während einer bestehenden Verbindung zu einem \textit{IRC-Server} schicken sich Server und Client fortlaufend Nachrichten. So
sendet der Client zum Beispiel immer eine "Who" Anfrage an den Server, welcher dann mit allen im Channel eingelogten Nutzern
antwortet.\newline

Wird eine bestehnde Verbindung beendet, so entsteht auch hier wieder Datenverkehr, da \textit{TCP} auch beim Beenden einer
Verbindung ein eigenes Verfahren nutz. Bei diesem wird ein Paket versendet welches angibt dass die Verbindung nun beendet wird.
Dieses Paket wird auch wieder bestätigt. Diese beiden Pakete werden von beiden Seiten der Kommunikation versandt.\newline

\subsubsection{Versenden und Empfangen von Nachrichten}

Um das Versenden von Nachrichten zu evaluieren wurde "Hello World" als Testnachricht benutzt. Der \textit{Blockcipher} von
\textit{Friend Finder} teilt den Satz "Hello World" in zwei Teile auf: "Hello " und "World". Diese werden dann von \textit{TCP}
aufgrund der Fenstergröße in ein Paket gepackt. Das gesamte Paket hat die größe von 81 Bytes, wobei der \textit{TCP-Header} 32
Bytes und der \textit{IP-Header} 20 Bytes groß ist. Somit haben die Daten eine Größe von insgesamt 29 Bytes.\newline
Beachtet man dass ein \textit{char} in \textit{C} die Größe von einem Byte hat und der Beispielsatz aus elf Zeichen besteht, so
ist dieser unverschlüsselt 11 Byte groß. Somit vergrößern sich die Daten nach der Verschlüsselung um circa den Faktor 2,6.\newline
Wenn $h$ die Größe des \textit{TCP-Headers} und $t$ die Anzahl der Zeichen der unverschlüsselten Nachricht ist, so ergibt sie die
Länge der zu versendenden Nachricht aus: $h + (t * 2,6)$.

\subsubsection{Versenden und Empfangen von Positionen}

\subsubsection{Fazit der Auswertung}

Zur Analyse des Allgemeinen Datenverkehrs ist zu sagen dass Aufgrund der Tatsache dass das \textit{IRC-Protokoll}
auf \textit{TCP/IP} bassiert, eine großer Overhead an Paketen versandt wird. Somit werde wesentlich mehr Pakete als
nur die benötigten Daten verschickt. Hinzu kommen noch Pakete welche zur ständigen Kommunikation zwischen Server und
Client ausgetauscht werden.

Um den den von \textit{TCP} generierten Datenoverhead zu minimieren, wäre auch das versenden von Daten über \textit{UDP}
interessant. Dies gilt weniger für das versenden der Textnachrichten sondern eher für das versenden der Positionen. Hier werden,
wenn mehrere User aktiv sind, ständig Positionsdaten und Acknowledgements zwischen Server und Clients ausgetauscht. Somit könnte
durch die Nutzung von \textit{UDP} hier einiges an versendeten Packeten gespart werden.\newline
