Privatheit in Location Based Services

Transkript

1 Privatheit in Location Based Services Teil 1: Einführung Dr. Lars Fischer und Prof. Dr. Dogan Kesdogan Universität Siegen 26. Oktober /36

2 Inhalt I 1 Einleitung 2 Definitionen 3 Anonymisierung 2/36

3 Kommunikationsnetze GSM Netze Struktur Einbuchen Location Update Stille Anrufe Datenschutzrechtliche Probleme Profilerstellung (VDS) mobile IP 3/36

4 Klassifikation Mobiler Netze Systeme mit drahtloser Kommunikation Mobiltelefonie Zellularer Mobilfunk Schnurlose Telefonie drahtlose, lokale Netze Personal Area Networks Funk Infrarot (Vgl. [Eckert, 2007]) 4/36

5 GSM 5/36

6 GSM Entitäten Mobile Station (MS) Subscriber Identity Module (SIM) International Mobile Subscriber Identity (IMSI) Temporary Mobile Subscriber Identificator (TMSI) um VLR Location area Identifier (LAI) International Mobile Station Equipment Identification (IMEI) im EIC Network and Switching Center (NSS) Mobile Services Switching Center (MSC) Home Location Register (HLR) Visitor Location Register (VLR) Authentication Center (AC) Equipment Identification Center (EIC) Message Center (MC) Basisstationsubsystem (BSS) Base Station Controller (BSC) Basis Transceiver Station (BTS) 6/36

7 GSM Kryptoalgorithmen Algorithmen: A3 Authentifikation A5 Stromchiffre A8 Schlüsselgenerator Schlüsselmaterial: K i 128-Bit Kartenschlüssel K C 64-Bit Verbindungsschlüssel PIN/PUK Nutzerauthentifizierung Authentication Triplets vorausberechnete Challenge-Response 7/36

8 GSM Grobarchitektur Mobile Station SIM 128-bit K i IMSI,TMSI/LAI PIN,PUK K C IMEI A3 A3 A5 BTS z.b. ISDN MSC AC HLR BTS VLR BSC MC EIC Network and Switching Center (Vgl. [Eckert, 2007], S. 749) 8/36

9 GSM Zellenstruktur BSC BSC BSC Funkzellen, mit jeweils einem Funkmast 9/36

10 GSM Protokolle Location Update Einwahl/Handover Roaming Periodische Registrierung Handover zu neuem MSC: 1 Handy meldet sich in neuem MSC 2 MSC VLR fordert Parameter von altem MSC (via TMSI) 3 MSC VLR sendet LOI an HLR 10/36

11 GSM-Sicherheitsprobleme Einseitige Authentifikation gespoofte BTS IMSI Catcher Abhören Known-Plaintext, Choosen Plaintext auf K i RAND, 8-12h liefert K i Marc Briceno, Ian Goldberg und Dave Wagner http: // 11/36

12 GSM Positionsinformationen Zellgenau Anmeldung, Handover IMSI-Catcher Roaming Stille Anrufe Profilerstellung (VDS) (Bsp /vorratsdaten-malte-spitz) Webzugriff (teilweise) Telefonnummer Funkzelle GPS-Position (durch Handy) 12/36

13 Privatheit 13/36

14 Privatheit, gesellschaftlich Right to be left alone [Warren and Brandeis, 1890] Informationelle Selbsbestimmung die Befugnis des Einzelnen, grundsätzlich selbst über die Preisgabe und Verwendung seiner persönlichen Daten zu bestimmen BVerfGE 65, 1 - Volkszählung (1983) Jede Person hat das Recht auf Achtung ihres Privat- und Familienlebens, ihrer Wohnung und ihrer Korrespondenz. EMRK Art. 8 (1) 14/36

15 Privatheit, wissenschaftlich Privatheit nicht klar Anonymität Anonymity of a subject means that the subject is not identifiable within a set of subjects, the anonymity set. [Pfitzmann and Hansen, 2010] Unverkettbarkeit Unlinkability of two or more IOI from an attacker s perspective means that within the system [... ], the attacker cannot sufficiently distinguish whether these IOIs are related or not. ebd. 15/36

16 Anonyität und Verkettbarkeit Anonymitätsproblem: Verkettbarkeitsproblem: 16/36

17 Anonyität und Verkettbarkeit Anonymitätsproblem: Verkettbarkeitsproblem: 16/36

18 Anonyität und Verkettbarkeit Anonymitätsproblem: Verkettbarkeitsproblem: 16/36

19 Anonymitätsmodelle MIX-Kommunikationsmodell Anonymity Set PROB-Channel Individual Anonymity Degree (IAD) 17/36

20 Kommunikationsmodell MIX-Model (Siehe [Pfitzmann and Hansen, 2010]) 18/36

21 Anonymity Set Kardinalität der Menge der möglichen Sender An anonymity set seen by a set of keys is the set of vertices in a connected component of the graph formed from the original graph by removing the edges concerned. (The Dining Cryptographers Problem [Chaum, 1988]) 19/36

22 PROB-Channel IN PROB-Channel OUT Verweildauer δ Dichtefunktion der Verweildauer: f(δ) : f(δ)dδ = 1 IN/OUT in 0 in 1... out 0 δ 0,0 δ 0,1... Messungen: out 1 δ nein1,0 δ 1, Lösung: Optimales Assignment bezüglich erwarteter Verweildauer 0 20/36

23 Kommunikationsanonymität 21/36

24 Sicherheitsziele Sender/Receiver Anonymity Message Unlinkability 22/36

25 Anonymität in der Kommunikation (1) Anonymity Set Probability Anonymity Set p 1 p 2 p n 23/36

26 Individual Anonymity Degree (IAD) 0 min(p r) 0.5 < max(p r) max(p r) 1 absolute privacy beyond suspicion probable innocence possible innocence exposed provably exposed (Vgl. [Reiter and Rubin, 1998]) 24/36

27 Anonymität in der Kommunikation (1) Entropy für zwei Wahrscheinlichkeiten: p, (1 p) H p H(X) = N p i log 2 (1/p i ) i=1 Degree of Anonymity D(P ) = H(X) log 2 (N) (Vgl. [Shannon, 1948], S. 1-12) (Vgl. [Díaz et al., 2002]) 25/36

28 Anonymität in der Kommunikation (2) Kombinatorische Anonymität Wieviele Anfragen einer bestimmten Art um zu lösen? Disclosure Attack Bestimme Gesprächspartner von Alice potentielle Empfänger/Nachricht Ausschluss durch weitere Beobachtung (Vgl. [Agrawal and Kesdogan, 2003]) Unlinkability Degree of Unlinkability Expected Distance Unlinkability [Fischer et al., 2008] 26/36

29 Datenbankprivatheit 27/36

30 Privatheitsziele Controlled Information Disclosure Anonymised Database Database Queries 28/36

31 Privatheit in Datenbanken k-anonymity [Sweeney, 2002] l-diversity t-closeness [Li et al., 2007] ɛ-indistinguisability (Differential Privacy) [Dwork, 2006] Prozedurales Paradigma (allgemeine Zusammenfassung: [Kelly et al., 2008]) 29/36

32 Beispiel PLZ Alter Diagnose Heart Disease Heart Disease Heart Disease Flu Heart Disease Cancer Heart Disease Cancer Cancer (Quelle: [Li et al., 2007]) 30/36

33 Beispiel, PLZ Alter Diagnose 1 476** 2* Heart Disease 2 476** 2* Heart Disease 3 476** 2* Heart Disease * 40 Flu * 40 Heart Disease * 40 Cancer 7 476** 3* Heart Disease 8 476** 3* Cancer 9 476** 3* Cancer k-anonymity = 3 l-diversity = 1 31/36

34 Literatur I Agrawal, D. and Kesdogan, D. (2003). Measuring anonymity: the disclosure attack. Security & Privacy, IEEE, 1(6): Chaum, D. (1988). The dining cryptographers problem: Unconditional sender and recipient untraceability. Journal of Cryptology, 1(1): Díaz, C., Seys, S., Claessens, J., and Preneel, B. (2002). Towards measuring anonymity. In Designing Privacy Enhancing Technologies, LNCS 2482, pages /36

35 Literatur II Dwork, C. (2006). Differential privacy. In in ICALP, pages Springer. Eckert, C. (2007). IT-Sicherheit: Konzepte, Verfahren, Protokolle. R. Oldenbourg-Verlag, 5 edition. Fischer, L., Katzenbeisser, S., and Eckert, C. (2008). Measuring unlinkability revisited. In Seventh ACM Workshop on Privacy in the Electronic Society (WPES 08), Alexandria, VA. 33/36

36 Literatur III Kelly, D. J., Raines, R. A., Grimaila, M. R., and Baldwin, R. O. (2008). A survey of state-of-the-art in anonymity metrics. In Proceedings of the 1st ACM workshop on Network Data Anonymization, pages Li, N., Li, T., and Venkatasubramanian, S. (2007). t-closeness: Privacy beyond k-anonymity and -diversity. In IEEE 23rd International Conference on Data Engineering. Pfitzmann, A. and Hansen, M. (2010). A terminology for talking about privacy by data minimization: Anonymity, unlinkability, undetectability, unobservability, pseudonymity, and identity management. 34/36

37 Literatur IV Terminology v0.34.pdf. v0.34. Reiter, M. K. and Rubin, A. D. (1998). Crowds: Anonymity for web transactions. ACM Transactions on Information and System Security, 1(1): Shannon, C. E. (1948). A mathematical theory of communication. The Bell System Technical Journal, 27: Sweeney, L. (2002). k-anonymity: a model for protecting privacy. Journal on Uncertainty, 10(5): /36

38 Literatur V Warren, S. D. and Brandeis, L. D. (1890). The right to privacy. Harvard Law Review, 4(5): /36