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\section{Grundlagen}

In diesem ersten Teil dieser Bachelor-Arbeit wird der momentane Softwarestand von \textit{location awareness} auf mobilen Geräten
aufgezeigt. Es wird auch analysiert werden, was für Anforderungen an ein Programm dieser Art gibt 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 Dienst 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. Dieser Dienst wurde auch mit einem möglichst einfachen und verlässlichen
Protokoll entworfen um 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 mithilfe
von \textit{Bluetooth} zu bestimmen. Hierbei registrierte eine Software wie oft welcher Nutzer mit einem anderen in Kontakt stand
und wie oft sie in Reichweite von \textit{Bluetooth} 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, immer 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 ist dies ein großes Manko. So können Dritte den Datenverkehr abhören und auch Positionsdaten von
Nutzern erhalten die diese nur einer bestimmten Gruppe zur Verfügung stellen wollten. Sind diese Positionsdaten ersteinmal
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 Fällen noch nicht als Software realisiert. 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 werden, dass es dem Nutzer 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 muss also gewährleistet werden dass die genutzten Algorithmen nicht zu berechnungsintensiv sind, die
Sicherheit der Daten aber trotz allem gewährleistet 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 einem dezentralen Prinzip funktioniert. Auch hier muss, wie bei der
Datenverschlüsselung, gewährleistet sein dass die Bedinung für den Anwender möglichst einfach gehalten wird und er somit ohne
Aufwand und Fachwissen die Kommunikationsparameter einrichten und ändern 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 gewährleistet, dass möglichst viele Benutzer
erreicht werden. \newline

\subsection{Anwendungsmöglichkeiten}

Wenn nun eine Benutzergruppe diese 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 Ist dies der Fall, so wird ein Schlüssel erstellt und an alle Teilnehmer dieser Gruppe verteilt. 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 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 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. Der normale Benutzer müsste
hier also schon seine Schlüssel richtig verwalten. 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. Was des weiteren auch noch für ein symmetrisches Verfahren sprechen würde,
ist die Tatsache 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 Radius 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 könnte man sich auch hier noch eine Zusatzfunktion überlegen, die einen Chat mit
der gesamten Gruppe ermöglicht. Wenn dieser Tourist nun seinen Freund per Chat kontaktiert hat, können sich diese nun einen
Treffpunkt verabreden und diesen entweder 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. Es sollte also auch sichergestellt sein dass die Datenpakete, welche versandt werden, nicht allzu groß sind und auch die
Anzahl der Hintergrunddaten, die vom verwendeten Protokoll versandt werden, 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. Wie schon erwähnt ist aufgrund von sowohl Berechnungsaufwand als auch von
Schlüsselverwaltung 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
ausgetauscht werden.

Für die Kommunikation zwischen den einzelnen Teilnehmern ist ein dezentrales Protokoll von nöten, welches möglichst wenig
Daten verschickt welche 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, die
mehrere \textit{Channels} haben können. \textit{IRC} ist ein Chatprotokoll welches auch Dateien versenden kann. Würde nun ein
Server ausfallen, so könnten die Nutzer auf einen anderen \textit{IRC}-Server wechseln. 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.\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 ist gering da nur ein Schlüssel pro Gruppe gespeichert werden muss 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, anderst als bei anderen Anwendungen
dieser Art, gesichert.