\section{Grundlagen}

In diesem ersten Teil dieser Bachelor-Arbeit wird der momentane Stand von \textit{location awareness} Software auf mobilen
Geräten aufgezeigt. Es wird auch analysiert, was für Anforderungen an ein Programm dieser Art gestellt werden um einen sicheren
Datenverkehr zu garantieren.

\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 für \textit{location awareness} 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 an Anwendungen die die eigene Position für Freunde sichtbar macht.\newline
So bietet \textit{Google} den Dienst \textit{Google Latitude} \citep{Latitude} an. Bei diesem Programm ist es möglich die Position
von Freunden, die diesen auch Dienst 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. Es existiert auch eine Paper 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. Für diesen Dienst wurde auch mit ein möglichst einfaches und verlässliches
Protokoll entworfen, mit dem Ziel die Berechnungszeiten niedrig zu halten. Des weiteren hat man in dem Paper
\textit{FriendSensing: Recommending Friends Using Mobile Phones} \citep{FriendSensing} Möglichkeiten erörtert um die Position
anderer Benutzer mit Hilfe von \textit{Bluetooth} zu bestimmen. Hierbei registrierte eine Software wie oft welcher Nutzer mit
einem anderen in Kontakt stand und wie oft sie in \textit{Bluetooth} Reichweite waren. Diese Aufzählung, über Software die
sich mit der Thematik von \textit{location awareness} auseinandersetzt könnte an dieser Stelle noch weiter fortgeführt werden da
es hierfür Unmengen an Programmen gibt. \newline

Allerdings nutzen diese Programme, die oft auf \textit{Google Maps} basieren, meistens das Prinzip eines zentralen Knotenpunktes,
an welchen die Positionsdaten gesendet werden und dieser diese dann weiterleitet. Somit existiert immer eine zentrale
Kontrollinstanz, welche Einsicht in die Daten der Nutzer hat, während die Nutzer selbst immer nur Zugang zu den für sie bestimmten
 Daten besitzen. Somit können die Nutzer auch nicht die Nutzung ihrer Daten durch den Anbieter einsehen. Die Folgen hiervon
könnten sein, dass zum Beispiel der Anbieter gezielt Werbung für die Position der Nutzer einspielt, da er ihren Aufenthaltsort
immer kennt. \newline

Bestehende Software dieser Art verschlüsselt auch in den seltensten Fällen die versendeten Daten. Da es sich bei Positionsdaten
um sehr sensible Daten handelt stellt dies ein großes Manko dar. So könnten Dritte den Datenverkehr abhören und auch
Positionsdaten von Nutzern erhalten, die diese nur einer bestimmten Gruppe zur Verfügung stellen wollten. Sind diese
Positionsdaten erst einmal gesammelt können ohne weiteres Bewegungsprofile erstellt und missbraucht werden. Der Benutzer begibt
sich also mit der Nutzung von solchen Programmen in die Gefahr das regelmäßige Aufenthaltsorte erkannt werden und der ständig
aufspürbar ist. Somit stellen solche Dienste, die sensible Daten dieser Art ohne Verschlüsselung versenden, eine starke
Einschränkung für die Privatsphäre dar.\newline

\subsection{Ziele}

Die obigen zwei Punkte wurden bisher in den meisten noch nicht berücksichtigt. Somit besteht seitens der Nutzer
mit Sicherheit eine Nachfrage nach einer Software, welche ihre Persönlichen Daten auf sicherem Wege schützt und trotzdem noch die
gewohnte Funktionalität bietet. Hierfür muss sichergestellt sein, dass es den Nutzern ohne Fachkentniss möglich ist, Schlüssel
zur Verschlüsselung untereinander auszutauschen und somit festzulegen wer alles diese Positionsdaten erhalten darf. Des
weiteren muss beim Schlüsselaustausch gewährleistet sein, dass der Schlüssel auf eine sichere Art und Weiße übertragen
wird, ohne das andere diesen abfangen 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 nach 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{Anwendungsmöglichkeiten}

Wenn nun eine Benutzergruppe dieses Programm nutzen möchte, so sollte sie in der Lage sein mit einfachen Mitteln die nötigen
Parameter zu verteilen. Hierzu betrachten wir den möglichen Fall, dass eine Gruppe von Touristen in einer ihnen fremden Stadt
unterwegs sind. Diese möchten nun auf eigene Faust diese Stadt erkunden. Hierzu müssen zuerst geignete Kartendaten vorhanden
sein. Hier sollten, wenn möglich, freie Kartendaten verwendet werden um Nebenkosten zu verringern. Es muss allerdings darauf
geachtet werden das diese möglichst immer auf einem aktuellen Stand sind. Wenn so eine Karte vorhanden ist, so kann im
nächstenwird Schritt ein Schlüssel erstellt  und an alle Teilnehmer dieser Gruppe verteilt werden. Beim Verteilen 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 sich in Form eines \textit{2D-Barcodes} ausgeben lasen. Dieser Barcode kann nun
von den anderen Nutzern, mit deren Smart Phones, gescannt und wieder in einen Schlüssel, bestehend aus Zeichenketten, umgewandelt
werden. Da dies keine Kommunikation zwischen den Geräten erfordert kann kein dritter diese Schlüssel während der Datenübertragung
abfangen.\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
Nachdem diese Gruppe von Touristen nun ihre Schlüssel ausgetauscht haben erkunden sie unabhängig voneinander die Stadt. Dabei
möchten sie sehen wo die anderen Mitreisenden sich gerade befinden. Allerdings ist es für die Teilnehmer hier nicht von
Interesse, die anderen Teilnehmer auserhalb eines bestimmten Radiuses 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 den Weg dorthin sich
errechnen lassen. \newline

Ein weiterer möglicher Fall wäre dass man mit Freunden kommunzieren möchte, aber keine \textit{UMTS} Datenflatrate
besitzt und kein öffentliches WLAN in Reichweite ist. Es sollte also auch sichergestellt sein dass die Datenpakete, welche
versandt werden, nicht allzu groß sind. Auch die Anzahl der Hintergrunddaten, die vom verwendeten Protokoll versandt werden,
sollten nicht zu groß ist. So ist zum einen gesichert das nicht zu hohe Verbindungskosten entsehen und zum anderen auch der
Berechnungsaufwand für das erstellen und versenden dieser Pakete nicht zu groß ist. \newline

\subsection{Anforderungen}

Anhand der zwei vorrangegangenen Beispielen ist gut erkennbar was an Funktionalität benötigt wird. So sollte es möglich sein die
Standorte anderer Nutzer zu auf einer Karte zu anzuzeigen. Damit für andere Nutzer die eigene Position sichtbar ist, muss diese in
einem gängigen Format versendet werden. Hierfür ist das Format \textit{Latitude}/\textit{Longtitude} bestens geignet. Um
die Datensicherheit zu garantieren müssen diese Positionsdaten in verschlüsselter Form versendet werden. \newline

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. \newline

Um die Kommunikation zwischen verschiedenen Teilnehmern zu ermöglichen sollte es möglich sein Chatnachrichten auszutauschen. Auch
hier muss gewährleistet sein das der Datenverkehr verschlüsselt ablaufen muss und somit Dritte nicht die Konversation mitlesen
können. \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. 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. \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 von 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. Die Daten werden also durch Client A ver- und von Client B
entschlüssel. \newline
Die Schlüssel können, wie schon beschrieben, durch das Erstellen eines \textit{2D-Barcodes} und das fotographieren von diesem
zwischen den Anwendern Ausgetauscht werden.

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
Eine Möglichkeit wäre hier eine \textit{Peer-to-Peer} Lösung. Allerdings verbietet ein Großteil der \textit{GSM}-Provider
\textit{Peer-to-Peer} Datenverkehr innerhalb ihrer Netze, womit diese Lösung praktisch nicht anwendbar wäre. Ein Vorhandenes
Protokoll, welches ein aktives Netzwerk bereitstellt und dieses und auch rege genutzt wird, ist das \textit{IRC}-Protokoll
\citep{IRC}. Dieses stellt mehrere Server zur Verfügung, wobei jeder Nutzer auch einen eigenen Server bereitstellen
kann. 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

Durch die Wahl dieser Lösung ist also garantiert, dass sowohl die Berechnungszeiten durch ein symmetrisches Verfahren niedrig
gehalten werden, der Verwaltungsaufwand für die Schlüssel gering ist 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 diesen 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.