\section{Friend Finder} Die beschriebene Software trägt den Namen \textit{Friend Finder} und wurde im Rahmen dieser Arbeit realisiert. Im Folgenden wird auf die verwendeten Verfahren sowie Bibliotheken, die zur Realisierung notwendig waren, eingegangen und die Programmstruktur aufgezeigt. %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% \subsection{Verwendete Verfahren und Bibliotheken} \textit{Friend Finder} wurde so konzipiert, dass die graphische Darstellung ohne großen Aufwand von den restlichen Teilen der Software abgekoppelt und durch eine andere Art der Darstellung ersetzt werden kann.\newline Neben dem \textit{Graphical User Interface (GUI)} besteht die Software aus drei unterschiedlichen Modulen. 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. Abbildung \ref{ablauf} zeigt den Kommunikationsaustausch von \textit{Friend Finder}. In dieser Graphik sind die Module zweier Instanzen von \textit{Friend Finder} abgebildet. Es ist ersichtlicht, dass die Kommunikation für Positionsdaten zwischen \textit{Sender} und \textit{Empfänger} stattfindet. Textnachrichten werden zwischen den \textit{Message Sendern} ausgetauscht. Des Weiteren geben \textit{Sender}, \textit{Empfänger} und \textit{Message Sender} die entschlüsselten Daten an die \textit{GUI} weiter. \begin{figure}[!ht] \centering \includegraphics[width=10cm]{Bilder/ablauf} \caption{\textit{Friend Finder} Nachrichtenaustausch} \label{ablauf} \end{figure} \subsubsection{Grafisches Benutzeroberfläche} Um die Modularität zu wahren wird der gesammte Programmcode der Benutzeroberfläche in einer Datei zusammengefast. In dieser Datei sind alle Funktionen enthalten um die Oberflächenelement 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 Zur Darstellung der Karte wurden Daten des offenen Kartenprojekts \textit{OpenStreetMap}\footnote{OpenStreetMap http://www.openstreetmap.de/ [Online; letzter Aufruf 13.02.2010]} genutzt. \subsubsection{Versenden der Nachrichten} Der \textit{Message Sender} kümmert sich um das Versenden von Nachrichten. Um das Versenden und Empfangen der Daten zu implementieren wurde \textit{libircclient}\footnote{libircclien http://libircclient.sourceforge.net/ [Online; letzter Aufruf 25.01.2010]} genutzt. Im ersten Schritt baut dieser eine Verbindung zum \textit{IRC-Server} auf. Um eine Verbindung mit einem \textit{IRC-Server} zu etablieren, 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, können nun Nachrichten versandt werden. Textnachrichten müssen vor dem Versenden in Blöcke aufgeteilt werden, da das genutze Verschlüsselungsverfahren \textit{Blowfish} \citep{blowfish} maximal 64 Bit lange Zeichenkette verschlüsselt. Das verwendete Verfahren stammt aus der \textit{OpenSSL}\footnote{OpenSSL http://www.openssl.org/ [Online; letzter Aufruf 25.01.2010]} Bibliothek. Diese Implementierung wurde wurde Aufgrund der schnellen Verschlüsselungsrate sowie einfachen Implementierungsmöglichkeiten gewählt. Da das \textit{IRC}-Protokoll nicht alle Zeichen darstellen kann oder bestimmte Zeichen als Präfixe vor einem Kommando nutzt werden, alle versendeten Daten des Programmes in die \textit{Base64}\citep{Base64} Darstellung umgewandelt.\newline Wird nun von einer anderen Instanz des \textit{Message Senders} eine Nachricht empfangen, so setzt er die Teilstücke zusammen. Dies geschieht solange, bis ein vom Nachrichtentext getrennt gesendetes Terminierungszeichen empfangen wird. Wurde dieses Zeichen empfangen, so gilt die Textnachricht als wiederhergestellt und wird an die Benutzeroberfläche weitergereicht. \newline In Abbildung \ref{chat} ist das die graphische Darstellung eines Nachrichtenaustausches abgebildet. \begin{figure}[!ht] \centering \includegraphics[width=8cm]{Bilder/chat} \caption{Versenden von Chatnachrichten} \label{chat} \end{figure} \subsubsection{Versenden der eigenen Position} Der \textit{Sender} ist zuständig für das Versenden der Positionsdaten. Auch hier muss vor dem Versenden von Daten eine \textit{IRC-Session} initialisiert werden. Der Ablauf beim Senden der Positionen erfolgt in einer vorgegebenen Reihenfolge. Zuerst wird der verschlüsselte Längengrad, danach der verschlüsselte Breitengrade gesendet. Allerdings muss auch hier, wie beim Versenden der Textnachrichten, darauf geachtet werden, dass maximal eine Zeichenkette der Länge 64 Bit verschlüsselt wird. Somit ist es auch hier nötig Längen- und Breitengrad in zwei Teile aufzuteilen und getrennt zu versenden. An jedes Ende, dieser insgesamt vier Fragmente, wird ein zusätzlicher, jeweils unterschiedlicher Suffix angehängt. Da sich diese vier Suffixe unterscheiden, können die Positionsfragmente später eindeutig zugeordnet werden. Beispielsweise hat eine \textit{Latitude}-Koordinate den Wert $47.996578$. Dieser Koordinate wird nun in $47.99$ und $6578$ aufgeteilt. Nach dem Anhängen der Suffixe werden $47.99a$ und $6578b$ versendet und können anhand der Suffix ``a'' und ``b'' als erster, bzw zweiter Teil der \textit{Longtitude}-Koordinate identifiziert und zugeordnet werden. Somit werden für das Versenden von einer Position insgesamt vier Nachrichten an den \textit{IRC}-Server übermittelt. Wurden diese vier Nachrichten übermittelt, so werden solange keine Daten mehr gesendet, bis der \textit{Empfänger} eine Bestätigung für jedes Fragment an den \textit{IRC-Channel} sendet. Kommt diese Bestätigung beim \textit{Sender} an, so versendet dieser wieder ein \textit{Latitude/Longtitude} Paar. Abbildung \ref{protocol} zeigt, das Versenden von Positionsdaten des \textit{Senders} über einen \textit{IRC-Channel} an den \textit{Empfänger}. Dieser schickt im Anschluss auf gleichem Weg \textit{Acknowledgements} an den \textit{Sender}. \begin{figure}[!ht] \centering \includegraphics[width=10cm]{Bilder/protocol} \caption{Versenden von Chatnachrichten} \label{protocol} \end{figure} \subsubsection{Empfangen von Positionen} Auch beim \textit{Empfänger} muss im ersten Schritt eine \textit{IRC-Session} initialisiert werden. Da mehrere Benutzer Positionsdaten senden können legt der \textit{Empfänger} für jeden \textit{Sender} einen Datensatz an. Wird nun ein Fragment der Positionsdaten empfangen, so kann der dies anhanden des Buchstabensuffix zuordnen. Sind alle Fragmente einer Position empfangen worden, so werden die benötigten Daten zur Visuallisierung weitergereicht und ein \textit{Acknowledgement} gesendet. Dieses \textit{Acknowledgement} beinhaltet, in verschlüsselter Form, den Namen des \textit{Senders} der Nachricht. Somit kann der \textit{Sender} die für ihn bestimmten \textit{Acknowledgements} zuordnen. Abbildung \ref{position} zeigt die Darstellung einer Position eines anderen Benutzers. \begin{figure}[!ht] \centering \includegraphics[width=8cm]{Bilder/position} \caption{Ausgabe einer Benutzerposition} \label{position} \end{figure} \subsubsection{Erzeugen eines 2D-Barcodes} Um einen 2D-Barcode zu erstellen wird eine Zeichenkette benötigt. Aus dieser werden durch die Nutzung von \textit{qrencode} \footnote{libqrencode http://megaui.net/fukuchi/works/qrencode/index.en.html\newline[Online; letzter Aufruf 11.02.2010]} Bilddaten generiert. Diese werden im nächsten Schritt durch \textit{libpng}\footnote{libpng http://www.libpng.org/ [Online; letzter Aufruf 11.02.2010]} gerendert und auf das Speichermedium geschrieben. Dieses Bild wird dann durch die \textit{GUI} geladen und ausgegeben. Die Abbildung \ref{barcode} zeigt einen solchen erstellten Barcode, wie er von \textit{Friend Finder} ausgegeben wird. Wenn nun Schlüssel ausgetauscht werden so kann nun ein anderer Nutzer den ausgegebenen Barcode mit der Kamera seines Mobiltelefones fotographieren. Im Anschluss kann aus dem auf dem Foto abgebildeten 2D-Barcode, mit Hilfe von \textit{qrencode}, wieder eine Zeichenkette erstellt und als Schlüssel genutzt werden. \begin{figure}[!ht] \centering \includegraphics[width=8cm]{Bilder/barcode} \caption{2D-Barcode mit \textit{Friend Finder}} \label{barcode} \end{figure} %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% \subsection{Analyse} Beim Versenden der Daten durch \textit{Friend Finder} soll möglichst wenig Datenoverhead produziert und versendet werden. Unter Datenoverhead werden Hintergrunddaten gesehen, welche versendet werden um die Verbindung aufrecht zu erhalten oder um die Anzahl der verfügbaren Teilnehmer zu überprüfen, aber nichts mit den eigentlichen Daten zu tun haben. \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. Ein Interessanter Punkt stellt die Frage dar, wie sich das versendete Datenaufkommen im Vergleich zu einer Lösung verhält, welche die Daten an jeden Teilnehmer einzeln verschickt. Hier ist besonders von Interesse, ob der Datenoverhead den Vorteil eines \textit{Broadcast}-Mediums wie ein \textit{IRC}-Channel revidiert oder nicht. \newline Der \textit{Traffic} wurde mit Hilfe des Programmes \textit{Wireshark}\footnote {Wireshark http://www.wireshark.org/ [Online; letzter Aufruf 27.01.2010]} untersucht. Wie bereits erwähnt wird zum Versenden der Nachrichten das \textit{IRC}-Protokoll verwendet. In dieser Testumgebung wurde die Software \textit{IRCD-Hybrid}\footnote{IRCD http://www.ircd-hybrid.org/ [Online; letzter Aufruf 27.01.2010]} genutzt. Der Server lief auf dem gleichen Computer wie der Client. Der Client hat sich in diesem Szenario über das \textit{localhost} Interface mit dem Server verbunden. \newline Die Analyse 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 der Datenverkehr beim Versenden und Empfangen von Positionen genauer betrachtet. Alle folgenden Größen beziehen sich nur auf die Größe des Datenfeldes, exklusive der Header. \subsubsection{Allgemeiner Datenverkehr} Der Allgemeine Hintergrundverkehr bei \textit{Friend Finder} besteht zum Einen aus \textit{Keep-Alive} Nachrichten, sowie der Anfrage des Clients nach aktiven Nutzern in den \textit{Channels} in denen er selbst aktiv ist. Die \textit{Keep-Alive} Nachrichten werden alle 30 Sekunden zwischen Server und Client ausgetauscht. Die Größe einer solchen Nachricht beträgt 24 Byte. Das Antwortpaket, welches vom Server an den Client gesendet wird, hat die Größe von 44 Byte. \newline Die Anfragen nach den anderen Benutzern in einem \textit{Channel} werden alle 60 Sekunden versandt. Die Größe der Pakete welche von Client zu Server gesandt werden, betragen hierbei 10 Bytes. Die Größe der Antwort des Servers hängt von der Anzahl der aktiven Benutzer innerhalb eines Channels ab. Für zwei Benutzer ergibt sich ein Datenvolumen von 193 Byte, wobei diese Größe auch Abhängig von der Länge der Benutzernamen sowie des Namens des \textit{Channels} und Servers ist. \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``. Das resultierende Paket hat eine Größe von 99 Byte.\newline Die versendete Textnachricht hat im unverschlüsselten Format die Größe von elf Byte. Nach der Verschlüsselung werden beim Senden noch Informationen bezüglich \textit{Channel} und der Empfänger der Nachricht in das zu versendende \textit{IRC}-Paket geschrieben. Nach der \textit{Base64}-Kodierung hat sich die Größe der Nachricht circa um den Faktor neun vergrößert.\newline Wenn $h$ die Größe des \textit{TCP-Headers} und $t$ die Anzahl der Zeichen einer unverschlüsselten Nachricht repräsentiert, so ergibt sich die ungefähre Größe der zu versendenden Nachricht aus: $h + (t \cdot 9)$. \subsubsection{Versenden und Empfangen von Positionen} Wie schon erwähnt, werden die Positionsdaten beim Sender aufgeteilt und mit vier unterschiedlichen Nachrichten versandt. Bei der Messung wurden vier Verschiedene Pakete, mit jeweils unterschiedlichen versandten Positionen untersucht. Dabei betrug sich die Größe des Datenfeldes im Mittel um die 430 Byte. Die Anzahl der unverschlüsselten Zeichen, die für ein \textit{Latitude}/\textit{Longtitude}-Paar zu senden sind, beträgt 21 Zeichen. Jedes Zeichen ist 1 Byte groß, womit sich in der Summe eine Größe von 21 Byte ergibt. Durch die Verschlüsselung, \textit{Base64}-Kodierung sowie Zusatzinformationen vergrößert sich das Datenvolumen also um circa den Faktor zwanzig. Wenn $h$ die Größe des \textit{TCP-Headers} und $t$ die Anzahl der Zeichen der unverschlüsselten Nachricht darstellt, ergibt sich die Größe der versendeten Nachricht circa durch $h + (t \cdot 20)$. Hinzu kommt noch, das für jedes empfangene Positions-Fragment ein \textit{Acknowledgement} gesendet wird. Die Größe der eines \textit{Acknowledgment} Paketes beträgt zwischen 147 und 153 Byte. In einem solchen Paket werden vier Acknowledgments zusammengefasst.\newline Daraus kann Folgende Formel für den Datenverkehr pro versendeter Position, bei $n$ Teilnehmern hergeleitet werden: $((h + (t \cdot 20)) + (4 \cdot a))\cdot n$, wobei $a$ die Größe eines Acknowledgement-Paketes ist und $n$ die Anzahl der versandten Pakete repräsentiert. \subsubsection{Fazit der Auswertung} Die Hintergrunddaten welche vom \textit{IRC}-Protokoll versandt werden ergeben einen geringen, in Kauf zu nehmenden Datenoverhead. Der große Vorteil von \textit{IRC} ist, dass die \textit{Channels} als \textit{Broadcast}-Medium genutzt werden können. Diese Tatsache macht es möglich, Daten $n$ Teilnehmer zugänglich zu machen und dabei diese nur einmal, über eine aktive Verbindung, zu senden. Berücksichtigt man dies, so fällt, der ohnehin geringe Datenoverhead, nicht mehr ins Gewicht. Würde man diese Daten über $n$ getrennte Verbindungen an die Teilnehmer versenden, so müssten ebensoviele Verbindungen geöffnet werden und die Daten anstelle von einmal, $n$ Mal versandt werden.\newline In der folgenden Graphik \ref{graph} wird das Versenden der Daten über $n$ getrennte Verbindungen, sowie die in \textit{Friend Finder} implementierte Methode, zu einem beliebigen Zeitpunkt $t$ verglichen. Es wird angenommen das die versandten Positionsdaten eine Größe von 430 Byte, und ein \textit{Acknowledgement} 150 Byte haben. Des weiteren wird angenommen dass alle Nutzer die Daten empfangen auch Positionsdaten senden und somit auch $4 \cdot n$ \textit{Acknowledgements} versandt werden müssen. Daraus ergibt sich die Formel $(n \cdot 430) + (n \cdot 4 \cdot 150)$, welche als Grundlage für die Abbildung \ref{graph} dient. Die Abbildung \ref{graph2} zeigt dass Datenaufkommen der zwei verschiedenen Methoden innerhalb eines Zeitraums von 25 Sekunden, gegeben dass die Positionsdaten alle drei Sekunden versandt werden. \begin{figure}[!ht] \centering \includegraphics[width=10cm]{Bilder/graph} \caption{Vergleich von $n$-Verbindungen und \textit{Friend Finder}} \label{graph} \end{figure} \begin{figure}[!ht] \centering \includegraphics[width=10cm]{Bilder/graph2} \caption{Versandte Daten über die Zeit von $n$-Verbindungen und \textit{Friend Finder}} \label{graph2} \end{figure}