Exposure Notification

Das Exposure Notification Framework (ENF; deutsch „Expositionsbenachrichtigungs-Rahmenwerk“; auch Google/Apple Exposure Notification, GAEN[1]) ist ein von Apple und Google entwickeltes System, dessen Ziel die Reduzierung der Verbreitung von COVID-19 durch Contact-Tracing ist.[2][3] Es stellt eine Programmierschnittstelle (API) bereit, über das offizielle Regierungsstellen wie Gesundheitsbehörden beziehungsweise von diesen beauftragte Dritte auf bereitgestellte Funktionen zugreifen können.[3][4] Das ENF ist auf Betriebssystemebene in iOS und die Google-Play-Dienste eingebunden und ermöglicht den Austausch von Zufallsschlüsseln über Bluetooth Low Energy (BLE).[5]

Funktionsweise

Die hier beschriebene Funktionsweise des ENF basiert auf den Spezifikationen zur Kryptografie in der Version 1.2.[6]

Zu Beginn des Key Schedules wird ein Temporary Exposure Key ( t e k i {\displaystyle tek_{i}} ) – ein 16-Byte-Schlüssel – mit einem Cryptographic Random Number Generator (CRNG) generiert. Generierte t e k i {\displaystyle tek_{i}} wechseln täglich und umfassen jeweils T E K R o l l i n g P e r i o d := 144 {\displaystyle TEKRollingPeriod:=144} ca. zehn-minütige Zeitintervalle der Form E N I n t e r v a l N u m b e r ( z ) = Z e i t s t e m p e l 60 × 10 {\displaystyle ENIntervalNumber(z)={\frac {Zeitstempel}{60\times 10}}} mit Zeitangabe in Unixzeit. Die t e k i {\displaystyle tek_{i}} werden jeweils mit dem Startintervall i = ⌞ E N I n t e r v a l N u m b e r ( S t a r t z e i t p u n k t ) T E K R o l l i n g P e r i o d ⌟ × T E K R o l l i n g P e r i o d {\displaystyle i=\llcorner {\frac {ENIntervalNumber(Startzeitpunkt)}{TEKRollingPeriod}}\lrcorner \times TEKRollingPeriod} assoziiert. Das ENF speichert die letzten 14 t e k i {\displaystyle tek_{i}} auf dem Endgerät ab.[6]

Durch R P I K i = H K D F i ( t e k i , N U L L , U T F 8 ( ′ E N − R P I K ′ ) , 16 ) {\displaystyle RPIK_{i}=HKDF_{i}(tek_{i},NULL,UTF8('EN-RPIK'),16)} und A E M K i = H K D F i ( t e k i , N U L L , U T F 8 ( ′ E N − A E M K ′ ) , 16 ) {\displaystyle AEMK_{i}=HKDF_{i}(tek_{i},NULL,UTF8('EN-AEMK'),16)} ergeben sich die mit HKDF abgeleiteten Schlüssel Rolling Proximity Identifier Key ( R P I K i {\displaystyle RPIK_{i}} ) und Associated Encrypted Metadata Key ( A E M K i {\displaystyle AEMK_{i}} ). Für jedes der 144 zehn-minütigen Zeitintervalle können unter Verwendung des Advanced Encryption Standard (AES) durch R P I i , j = A E S 128 ( R P I K i , P a d d e d D a t a j ) {\displaystyle RPI_{i,j}=AES_{128}(RPIK_{i},PaddedData_{j})} Rolling Proximity Identifier ( R P I i , j {\displaystyle RPI_{i,j}} ) gebildet werden. P a d d e d D a t a j {\displaystyle PaddedData_{j}} besteht dabei aus U T F 8 ( ′ E N − R P I ′ ) {\displaystyle UTF8('EN-RPI')} , 0 x 000000000000 {\displaystyle 0x000000000000} sowie E N I n t e r v a l N u m b e r ( j ) {\displaystyle ENIntervalNumber(j)} mit j {\displaystyle j} als Zeitpunkt der R P I i , j {\displaystyle RPI_{i,j}} -Erzeugung. Der R P I i , j {\displaystyle RPI_{i,j}} fließt dann als Initialisierungsvektor in die Verschlüsselung von Bluetooth-Daten wie der Protokollversion und Signalstärke mit AES im Counter Mode. Durch A E M i , j = A E S 128 − C T R ( A E M K i , R P I i . j , M e t a d a t e n ) {\displaystyle AEM_{i,j}=AES_{128}-CTR(AEMK_{i},RPI_{i.j},Metadaten)} entsteht die Associated Encrypted Metadata ( A E M i , j {\displaystyle AEM_{i,j}} ). R P I i , j {\displaystyle RPI_{i,j}} und A E M i , j {\displaystyle AEM_{i,j}} wechseln parallel zur zufälligen BLE MAC-Adresse.[6][7]

Die entstandenen R P I i , j {\displaystyle RPI_{i,j}} und A E M i , j {\displaystyle AEM_{i,j}} werden in einem Broadcast via Bluetooth an Geräte in der Umgebung verschickt. Zudem empfängt das Endgerät selbst die R P I i , j {\displaystyle RPI_{i,j}} und A E M i , j {\displaystyle AEM_{i,j}} anderer Geräte, die das ENF nutzen, und speichert diese ab.[6]

Liegt ein bestätigtes positives Ergebnis eines COVID-19-Tests vor, können die t e k i {\displaystyle tek_{i}} der letzten 14 Tage mit den zugehörigen i {\displaystyle i} als Diagnosis Keys zu einem designierten Server hochgeladen werden, welcher die Schlüssel verwaltet und den Clients zur Verfügung stellt.[6]

Die Clients können die Diagnosis Keys herunterladen und über die aufgeführten Schritte die R P I i , j {\displaystyle RPI_{i,j}} infizierter Personen generieren. Durch einen Vergleich der so generierten R P I i , j {\displaystyle RPI_{i,j}} mit den über Bluetooth gesammelten R P I i , j {\displaystyle RPI_{i,j}} lässt sich ermitteln, ob eine Übereinstimmung vorliegt. Ist dies der Fall, liegt ein Risikokontakt vor und die zugehörige A E M i , j {\displaystyle AEM_{i,j}} wird entschlüsselt, um eine Risikoeinschätzung zu ermöglichen.[6]

Einzelnachweise

  1. ↑ Jaap-Henk Hoepman: A Critique of the Google Apple Exposure Notification (GAEN) Framework. 12. Januar 2021, abgerufen am 26. März 2021 (englisch). 
  2. ↑ Privacy-Preserving Contact Tracing. Abgerufen am 25. März 2021 (englisch). 
  3. ↑ a b Apple Developer Documentation - Exposure Notification. Abgerufen am 25. März 2021 (englisch). 
  4. ↑ Exposure Notification APIs Addendum. 5. April 2020, S. 1, abgerufen am 25. März 2021 (englisch). 
  5. ↑ Bericht zur Datenschutzfolgeabschätzung für die Corona Warn App der Bundesrepublik Deutschland. Robert Koch-Institut, 2. März 2021, S. 15, abgerufen am 25. März 2021. 
  6. ↑ a b c d e f Apple Inc., Google LLC: Exposure Notification Cryptography Specification. 2021, abgerufen am 26. März 2021 (englisch). 
  7. ↑ Apple Inc., Google LLC: Exposure Notification Bluetooth Specification. 2021, abgerufen am 26. März 2021 (englisch).