\section{Grundlagen}

In diesem ersten Teil dieser Bachelor-Arbeit wird der momentane Stand von \textit{location privacy} Software auf mobilen
Geräten aufgezeigt. \textit{Location privacy} wird von Beresford und Stanjano durch ``...the ability to prevent other parties from
learning one's current or past position'' \citep{privacy} definiert.\newline
Des weiteren werden die Anforderungen, die an ein Programm dieser Art gestellt werden, analysiert.

\subsection{Aktueller Stand}

Da so gut wie alle aktuellen Smart Phones mit einem \textit{GPS} ausgestattet sind existieren für die verschiedenen
Betriebssysteme schon eine Reihe von Anwendungen die Funktionalitäten rund um die eigene Position bieten. So existieren
Anwendungen um sich Routen erstellen zu lassen, die eigene Position zu bestimmen oder um \textit{Geocaching} zu betreiben. Es
existieren auch eine Menge von Anwendungen, die die eigene Position für Freunde sichtbar macht.\newline
So bietet \textit{Google} beispielsweise den Dienst \textit{Google Latitude} \citep{Latitude} an. Bei diesem Programm ist es
möglich die Position von Freunden, die diesen Dienst auch nutzen, auf einer Karte anzeigen zu lassen. Es besteht hierbei die
Möglichkeit die eigene Position per \textit{GPS} oder mit Hilfe von Daten der \textit{GSM-Funkzelle} zu bestimmen.\newline
Es wurde in einer Befragung von Versuchspersonen herausgefunden, dass diese keine Bedenken im Bezug auf Positionsdaten und
Privatsphäre haben \citep{location}. Da es aber immer mehr solcher Dienste gibt, sollte man gerade zum Schutz dieser Benutzer,
Anwendungen entwickeln welche Wert auf die Wahrung \textit{location privacy } legen.\newline
Um die Positionsdaten auf optimale Art und Weiße zu schützen, sollten diese nur in einem verschlüsselten Format
versendet werden. Positionsdaten stellen für den Nutzer sensible Daten dar, da sie viel über seine Gewohnheiten und täglichen
Ablauf verraten können. Wenn man diese Daten unverschlüsselt versendet so begibt man sich in die Gefahr das regelmäßige
Aufenthaltsorte erkannt werden oder man sogar ständig aufspürbar ist, was eine erhebliche Verletzung der \textit{location
privacy} darstellen würde.\newline
Mit der Thematik von verschlüsselter Datenübertragung auf mobilen Geräten befasst sich eine Arbeit mit dem Titel
\textit{Spontaneous Privacy-Aware Location Sharing} \citep{SPALS}. Hierfür wurde ein Dienst für mobile Geräte implementiert
welcher Daten verschlüsselt an mehrere Nutzer sendet. Es wurde ein möglichst einfaches und verlässliches Protokoll entworfen, mit
dem Ziel die Berechnungszeiten niedrig zu halten. \newline 

Ein anderes Problem stellt die Nutzung von zentral organisierten Netzen dar. Hier ist es möglich, ohne das der Benutzer davon
Kentniss hat, auf alle über diesen Knoten versandten Daten zuzugreifen. Dies könnte durch die Nutzung eines dezentralen,
verteilten Systems eingeschränkt werden. Somit würde nicht nur keine Kontrollinstanz existieren, welche Einsicht in die Daten der
Nutzer hat während die Nutzer selbst immer nur Zugang zu den für sie bestimmten Daten besitzen, sondern man könnte die Daten auf
mehrere Knoten verteilen. Diese Tatsache würde das gezielte Sammeln von Daten erschweren und somit der oben genannten Defintion
von \textit{location privacy} entgegenkommen.\newline

\subsection{Anwendungsmöglichkeiten}

Die Verbreitung von solchen mobilen Geräten hat in den letzten Jahren beständig zugenommen und alle neueren Modelle besitzen ein
\textit{GPS}-Modul. Des weiteren sind alle modernen Geräte in der Lage, Daten sowohl über den \textit{3G}-Standart
sowie per \textit{WLAN} zu übertragen. Wenn nun eine Gruppe, welche mit entsprechenden mobilen Geräten ausgestattet ist,
die Positionen austauschen möchte, so wird zuallererst ein Protokoll benötigt welches die Daten versenden kann. Dieses Protokoll
sollte sowohl verlässlich als auch für langsame Netze konzipiert sein. Im nächsten Schritt soll diese Verbindung nun nur
verschlüsselte Daten übertragen. Hierzu wird also ein geeigneter Algorithmus benötigt, welcher die Daten verschlüsselt. Dieser
sollte möglichst wenig Berechnungsaufwand eine möglichst gute Verschlüsselung bieten.\newline
Will man nun Daten verschlüsseln so benötigen sowohl Sender als auch Empfänger dieser Daten die gleichen Schlüssel. Es wird also
auch eine Möglichkeit gesucht, mit deren Hilfe man Schlüssel auf eine sichere Art und Weiße übertragen kann. Sind diese
Anforderungen erfüllt, so können die Mitglieder dieser Gruppe nun ihre Positionsdaten austauschen, ohne diese Möglichweise
Personen mitzuteilen für die diese Daten nicht bestimmt sind.\newline
Mit diesem gegebenen Protokoll und den Verschlüsselungsverfahren ist es nun ohne weiteres möglich auch Textnachrichten zwischen
zwei Mitgliedern einer Gruppe auszutauschen. \newline
%Wenn nun eine Benutzergruppe dieses Programm nutzen möchte, so sollte dies für sie mit einfachen Mitteln möglich sein. Hierzu
%betrachten wir den Fall, dass eine Gruppe von Touristen in einer ihnen fremden Stadt
%unterwegs ist. Die Reiseteilnehmer möchten nun auf eigene Faust die Stadt erkunden. Da die Gruppeteilnehmer ihre Daten nicht
%öffentlich preisgeben wollen, möchten sie ein verschlüsselte Verbindung untereinander aufbauen. Dazu wird im ersten Schritt ein
%oder mehrere Schlüssel benötigt. Beim Verteilen der Schlüssel stellt sich nun die Frage wie dies ohne großen Aufwand aber mit
%maximaler Sicherheit möglich ist. Hier könnte nun ein Gruppenmitglied einen oder mehrere Schlüssel erstellen und diese an die
%jeweiligen Teilnehmer senden. Nach dem Austausch der Schlüssel kann nun über eine beliebige Infrastruktur eine Verbindung mit den
%anderen Teilnehmern der Gruppe aufgebaut werden. \newline
%Nun stellt sich allerdings auch die Frage nach der Anzahl der zu verteilenden Schlüssel. Je nach Art der Verschlüsselung reicht
%ein Schlüssel aus, oder es sind mehrere nötig. Würde die Software eine asymmetrische Verschlüsselung benutzen, so müsste jeder
%Nutzer einen privaten Schlüssel erstellen und sich, mittels scannen eines Barcodes, den zugehörigen öffentlichen Schlüssel
%besorgen. Dies hätte zur Folge das man, je nach Gruppe mit der kommuniziert werden soll, immer mehrere Schlüssel besitzen und
%verwalten müsste. Je nach gewähltem Verfahren kann auch zusätzlich noch ein Zertifikat für diese Schlüssel hinzukommen. Ein
%symmetrischen Kryptographieverfahren hätte hier den Vorteil, dass man nur einen Schlüssel an alle Benutzer der Gruppe verteilen
%müsste. Des weitern fällt der Verwaltungsaufwand hier wesentlich geringer aus, da nur ein Schlüssel pro Gruppe von nöten ist.
%Zusätzlich würde auch noch für ein symmetrisches Verfahren sprechen,dass diese einen wesentlich geringeren Berechnungsaufwand
%haben und somit der Akku länger halten würde.\newline
%Wenn diese Gruppe sich nun aufteilt, um getrennt die Stadt zu erkunden, so kann nun über die bestehnde Verbindung kommuniziert
%werden. Die Gruppenteilnehmer möchten hierbei sehen wo die anderen Mitreisenden sich gerade befinden. Allerdings ist es für die
%Teilnehmer hier nicht von Interesse, die Position weit entfernter Teilnehmer zu sehen, da der Fussweg zu deren Standort zu weit
%wäre. Es wäre also nützlich, für den Benutzer, wenn er ab einem bestimmten Abstand die anderen Teilnehmer ausblenden könnte.
%Endeckt nun ein Mitglied dieser Reisegruppe eine besondere Sehenswürdigkeit, möchte er dies vielleicht einem Freund aus der
%Reisegruppe mitteilen. Zu diesem Zweck bräuchte er eine Chatfunktion, mit welcher er andere Gruppenmitglieder kontaktieren und
%mit
%ihnen Nachrichten austauschen kann. Allerdings sollte auch diese Funktion, aus Gründen der Privatsphäre, Daten nur in einem
%%verschlüsselten Format übertragen. Des weiteren sollte es möglich sein nur mit dieser einen Person gezielt zu chatten, ohne das
%die gesamte Gruppe mithören kann. Natürlich wäre hier noch eine Zusatzfunktion möglich, die einen Chat mit der gesamten Gruppe
%%verfügbar macht. Wenn dieser Tourist nun seinen Freund per Chat kontaktiert hat, können sich diese nun einen Treffpunkt
%verabreden
%und diesen auf der Karte dem anderen Teilnehmer senden und im Anschluss sich den Weg dorthin errechnen lassen. \newline

\subsection{Ziele}

Die Anwendung eines solchen Programmes soll dem Nutzer möglichst einfach gemacht werden und trotzdem die gesetzten Ziele, wie die
Verschlüsselung der Daten und Nutzung einer dezentralen Infrastruktur, erfüllen. \newline

Es soll also sicher gestellt sein, dass es auch Benutzern ohne Fachkentniss möglich ist, die benötigten Schlüssel untereinander
auszutauschen und somit festzulegen wer alles diese Positionsdaten einsehen darf. Des weiteren muss beim Schlüsselaustausch
gewährleistet sein, dass der Schlüssel auf eine sichere Art und Weiße übertragen wird, ohne das andere diesen mitlesen können.
Hierbei muss allerdings beachtet werden, dass diese Software auf mobilen Geräten lauffähig sein soll. Es sollte also gewährleistet
werden dass die genutzten Algorithmen nicht zu berechnungsintensiv sind, die Datensicherheit aber trotz allem gegeben ist.
\newline

Da auch ein zentraler Knoten, über den der gesamte Datenverkehr aller Benutzer läuft, unerwünscht ist, muss hier ein
Kommunikationsdienst genutzt werden, welcher ein dezentrales Prinzip verfolgt. Auch hier muss, wie bei der
Datenverschlüsselung, gewährleistet sein dass die Bedienung für den Anwender möglichst einfach gehalten wird und er somit ohne
Aufwand und Fachwissen die Kommunikationsparameter einstellen und abändern kann. \newline

Da mittlerweile eine große Anzahl an unterschiedlichen Plattformen für mobile Geräte existieren, sollte gewährleistet sein dass
die Software auf möglichst vielen dieser Betriebssystemen lauffähig ist. So ist sichergestellt, dass möglichst viele Benutzer
erreicht werden. \newline

\subsection{Anforderungen}

Anhanden der Anwendungsmöglichkeiten lassen sich die Anforderungen, die an die Software gestellt werden, ableiten. So sollte
es möglich sein die Standorte anderer Nutzer anzuzeigen. Damit für andere Anwender die eigene Position sichtbar
ist, muss diese in einem gängigen Format versendet werden. Hierfür ist das Format \textit{Latitude}/\textit{Longtitude} bestens
geignet, da es sich um das am meisten verbreitetste Format handelt und es möglich ist jeden Punkt auf der Erdeerfläche ob in
diesem Geokoordinatensystem darzustellen. Um zu verhindern dass die Daten von jedem gelesen werden können müssen diese
Positionsdaten in verschlüsselter Form versendet werden. \newline

Um die Position anderer Teilnehmer zu visualisieren sollte 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 werden nur Benutzer innerhalb
eines Radiuses angezeigt, da die Positionen von Teilnehmern, die sich in größerer Entfernung befinden, schwerer zu erreichen
sind.\newline

Um die Kommunikation zwischen verschiedenen Teilnehmern zu ermöglichen sollte es möglich sein Chatnachrichten auszutauschen. Auch
hier muss gewährleistet sein, dass der Datenverkehr verschlüsselt abläuft und somit das mitlesen der Konversation nicht möglich
ist. \newline

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. Es ist allerdings darauf zu achten, dass dieser
Schlüssel nicht während der übertragung abgefangen werden kann, da die Kommunikation ansonsten nichtmehr sicher wäre.\newline

Auf dem Markt sind aktuell viele unterschiedliche Betriebsysteme für Smartphones vertreten. Um möglichst viele Benutzer zu
erreichen sollte das Programm der Lage sein auf möglichst vielen dieser Plattformen zu arbeiten. Im Zuge dieser
Plattformunabhängigkeit sollte die Software in einer Sprache implementiert werden, die von möglichst vielen
Betriebssystemen der mobilen Geräte unterstützt wird. \newline

Die Struktur des Programmes sollte möglichst modular gehalten werden, damit es auch in späteren Phasen den Entwicklern
leicht fällt bestimmte Programmteile auszutauschen. Somit soll gewährleistet werden das bestimmte Funktionen auch zu einem
späteren Zeitpunkt ausgetauscht werden können. So wäre es zum Beispiel denkbar verschiedene Algorithmen zur Verschlüsselung oder
ein anderes Protokoll zum Versenden der Daten zusätzlich zu implementieren oder die bisher genutzten Algrorithmen auszutauschen.
\newline

\subsection{Verfahren}

Anhanden der Anforderungen müssen nun geeignete Verfahren und Protokolle sowohl für Kommunikation als auch für Verschlüsselung
gewählt werden. Wie schon erwähnt muss die Verschlüsselung möglichst einfach zu berechnen sein und dabei trotzdem noch
bestmögliche Verschlüsselung bieten. Aus Gründen des Berechnungsaufwand als auch von Schlüsselverwaltung ist ein symmetrisches
Verfahren besser geeignet als ein asymmetrisches. Es ist einfacher einen Schlüssel pro Gruppe zu verwalten als einen privaten,
einen öffentlichen sowie unter Umständen noch ein Zertifikat. Des weiteren sind symmetrische Verfahren nicht so
berrechnungsintensiv wie asymmetrische, was einen wichtigen Punkt auf mobilen Geräten darstellt. \newline

Der Austausch der Schlüssel könnte theoretisch auf mehreren Wegen geschehen. So könnte man sie per \textit{Bluetooth} übertragen
oder einen 2D-Barcode \citep{qrcode} aus der Zeichenkette erstellen, fotographieren und wieder in eine Zeichenkette umwandeln. Da
\textit{Bluetooth} ein unsicheres Medium darstellt \citep{bluetooth}, der Sitzungs PIN kann per Daten-Phishing wiederhergestellt
werden, werden die Schlüssel per Barcode verteilt. Es findet somit keine Datenübertragung durch Kommunikation zwischen den
Geräten statt, womit der Schlüssel auf diesem Weg nicht abgefangen werden kann. \newline

Für die Kommunikation zwischen den einzelnen Teilnehmern ist ein dezentrales Protokoll von Nöten, welches möglichst wenig
Daten verschickt, die nichts mit der eigentlichen Kommunikation zu tun haben, das stabil läuft und welches beim Ausfallen eines
Knotenpunktes diesen mit einem anderen ersetzen kann.\newline
Ein Vorhandenes Protokoll, welches ein aktives Netzwerk bereitstellt das auch rege genutzt wird, ist das \textit{IRC}-Protokoll
\citep{IRC}. Es stehen bereits mehrere Server zur Verfügung und jeder Nutzer kann einen eigenen Server bereitstellen.
Jeder Server verwaltet mehrere \textit {Channels}. Würde nun ein Server ausfallen, so könnten die Nutzer auf einen anderen
\textit{IRC}-Server ausweichen. Des weiteren sind \textit{IRC}-Netzwerke nicht mit einem zentralen Knotenpunkt organisiert,
sondern bestehen aus mehreren Servern. Somit ist auch die Anforderung der Dezentralität gegeben, da Nutzer beliebig zwischen den
Servern wechseln können. Das Versenden von Hintergrunddaten, wie zum Beispiel Sitzungsinformationen, ist von der Anwendung
auf Clientseite frei auswählbar und skalierbar.\newline
Auf dieses Verfahren soll nun das Protokoll zum Versenden von Textnachrichten sowie Positionsdaten aufsetzten. Die Daten werden
in beiden Fällen verschlüsselt über einen \textit{IRC}-Channel gesendet und dort ausgegeben. Beim Versenden der Positionen muss
zwischen Sender und Empfänger unterschieden werden. Dies geschieht, indem dem User ein entsprechender Suffix angehängt wird. Somit
kann zwischen diesen beiden Diensten unterschieden werden. Beim Kommunizieren mit Textnachrichten muss der Benutzer im Vorfeld
festlegen mit welchem anderen Teilnehmer er Nachrichten austauschen möchte. Daraufhin werden den zwei Anwendern nur die jeweiligen
Textnachrichten des anderen aus dem \textit{Channel} angezeigt. \newline

Durch die Wahl dieser Lösung ist sowohl die Berechnungszeiten durch ein symmetrisches Verfahren niedrig gehalten, der
Verwaltungsaufwand für die Schlüssel gering und die Verteilung der Schlüssel kann durch die angesprochenen Barcodes erfolgen. Bei
der Kommunikation gibt es keinen einzelnen zentralen Server der den gesamten Datenverkehr einsehen kann. Der Verkehr erfolgt über
die \textit{IRC}-Server nur in verschlüsselter Form. Des weiteren kann jeder beliebige \textit{IRC}-Server gewählt werden. Somit
sind die Eingangs erwähnten Punkte, Verschlüsselung und dezentralles Protokoll, hiermit abgedeckt und die Privatsphäre ist für den
Anwender, im Unterschied zu den meisten anderen Anwendungen dieser Art, gesichert.