In einer zunehmend digitalisierten Welt gewinnt der Schutz von Standortdaten immer mehr an Bedeutung. Viele Anwendungen auf Smartphones und anderen mobilen Geräten tracken fortlaufend die Position ihrer Nutzer. Dieses Tracking erfolgt häufig ohne das bewusste Wissen oder die Zustimmung der Betroffenen. Die daraus resultierenden Daten, die umfangreiche Bewegungsprofile offenbaren können, bergen ein erhebliches Risiko für den Datenschutz und die Privatsphäre. Menschen können durch diese Daten Rückschlüsse auf ihre Arbeitsstätte, Gewohnheiten und persönliche Vorlieben preisgeben, was im schlimmsten Fall zu Missbrauch und unerwünschter Überwachung führt.
Im Jahr 2019 zeigte beispielsweise eine Untersuchung der New York Times eindrucksvoll, wie anhand von kommerziellen Standortdaten die Bewegungen eines Mitglieds aus dem Umfeld von Präsident Trump innerhalb von Minuten nachvollzogen werden konnten – inklusive Besuchen an sensiblen Orten wie Mar-a-Lago oder dem Pentagon. Im Kampf gegen diese potenziellen Gefahren haben Forscher der Technischen Universität München (TUM) eine bahnbrechende Methode entwickelt, mit der Personen ihre Standorte beweisen können, ohne diese preiszugeben. Das Herzstück dieser Methode bildet ein Zero-Knowledge-Beweis, eine mathematische Technik, die es erlaubt, die Wahrheit einer Aussage zu verifizieren, ohne dabei die zugrunde liegenden Daten offenzulegen. Dabei wird speziell auf standardisierte Gleitkommazahlen zurückgegriffen, wie sie in modernen Computersystemen üblich sind. Dieser Ansatz sorgt für eine deutlich präzisere und fehlerfreiere Verarbeitung von Positionsdaten, was ein großer Fortschritt gegenüber bisherigen Systemen darstellt, die oftmals auf fehleranfälligen Ganzzahlarithmetik beruhten.
Ein zentraler Bestandteil des Systems ist die Nutzung eines hierarchischen hexagonalen Spatial-Index. Die Erdoberfläche wird in eine Reihe von hexagonalen Zellen unterschiedlicher Auflösung unterteilt. Durch dieses Raster kann der Standort eines Nutzers auf verschiedenen Genauigkeitsstufen angegeben werden – von der groben Angabe, etwa einer Stadt, bis hin zur detaillierten Lokalisierung in einem bestimmten Park oder einer Straßenbahn- Haltestelle. Dieses flexible Prinzip erlaubt es den Nutzern, die gewünschte Präzision selbst zu bestimmen und dennoch die genaue Position verborgen zu halten. Die weiterentwickelten Zero-Knowledge-Beweise arbeiten mit Gleitkommazahlen anstatt mit Ganzzahlen.
Dies ist von besonderer Bedeutung, weil Berechnungen im Bereich der Geolokalisierung häufig komplexe mathematische Operationen, beispielsweise Wurzelziehungen oder trigonometrische Funktionen, erfordern. In vorherigen Systemen konnten aufgrund von Rundungsfehlern oder Ungenauigkeiten falsche Ergebnisse auftreten, die nicht nur die Sicherheit, sondern auch die Verlässlichkeit der Standortnachweise gefährdeten. Durch den Einsatz standardisierter Gleitkommazahlen wird dieses Problem umgangen. Dies sorgt nicht nur für eine präzise Berechnung, sondern erhöht auch die Sicherheit, da mögliche Fehlerquellen, die von Angreifern ausgenutzt werden könnten, beseitigt werden. Ein weiterer wesentlicher Vorteil dieses Verfahrens ist seine Effizienz.
Trotz der hohen mathematischen Komplexität lässt sich der Beweis in weniger als einer Sekunde berechnen. In einer Prototypanwendung gelang es, die räumliche Nähe zweier Nutzer in gerade einmal 0,26 Sekunden nachzuweisen, ohne dass deren genaue Koordinaten preisgegeben wurden. Solche Performance ermöglicht praktische Anwendungen im Alltag – sei es bei Peer-to-Peer-Näherungstests, die überprüfen, ob zwei Personen sich in unmittelbarer Nähe zueinander aufhalten, oder in Bereichen, in denen zertifizierte Standortangaben benötigt werden, ohne die Privatsphäre der Beteiligten zu gefährden. Die Einsatzmöglichkeiten für die neue Methode sind vielfältig und reichen weit über einfache Standortverifizierungen hinaus. Im Mobilitätssektor können Anwendungen profitieren, beispielsweise bei der sicheren Überprüfung von Ticketkontrollen oder bei der Vernetzung von Fahrzeugen, ohne dass genaue Positionsdaten offengelegt werden müssen.
Im Gesundheitswesen eröffnet das Verfahren neue Perspektiven für digitale Anwendungen, die etwa zuverlässige Standortdaten für die Notfallversorgung oder die Nachverfolgung von Kontaktpersonen bereitstellen können – und das alles unter Wahrung höchster Datenschutzstandards. Darüber hinaus könnten die entwickelten Zero-Knowledge-Schaltkreise mit Gleitkommazahlen in anderen Bereichen der Kryptografie Anwendung finden. Beispielsweise besteht Potenzial in der verifizierten Verarbeitung physikalischer Messdaten, etwa zur Sicherstellung der Korrektheit von Sensordaten in IoT-Systemen, oder bei sicheren maschinellen Lernverfahren, in denen vertrauliche Daten ausgewertet werden, ohne sie offenlegen zu müssen. Auch in der digitalen Identitätsprüfung könnte das Prinzip der standortbasierenden Nachweise ohne Preisgabe von Details ein wichtiger Baustein für vertrauenswürdige und datenschutzfreundliche Lösungen sein. Die Verbindung von mathematischer Innovationskraft mit praktischen Anforderungen an den Datenschutz markiert einen bedeutenden Schritt in Richtung der Umsetzung moderner Datenschutzprinzipien.
Jens Ernstberger, der leitende Autor der Studie, betont die Herausforderung, eine Kombination aus Datenschutz und Genauigkeit zu schaffen, die in der Praxis anwendbar ist. Die TUM-Forscher haben mit ihrem Ansatz bewiesen, dass es möglich ist, sowohl Datenschutz als auch Verifizierbarkeit effizient unter einen Hut zu bringen. Insgesamt zeigt die Entwicklung der TUM, wie moderne kryptografische Methoden genutzt werden können, um den Schutz besonders sensibler persönlicher Daten wie dem Standort grundlegend zu verbessern. Während die digitale Welt immer stärker vernetzt bleibt, gewinnen solche Technologien an Relevanz, um das Vertrauen der Nutzer zurückzugewinnen und gleichzeitig den Nutzen vernetzter Dienste nicht zu schmälern. Die Kombination aus Zero-Knowledge-Beweisen, hexagonalem Spatial-Index und präziser Gleitkommazahlenverarbeitung bildet eine vielversprechende Grundlage für eine neue Generation von Anwendungen, die Privatsphäre und Sicherheit gleichermaßen ernst nehmen.
Die Veröffentlichung der Forschungsergebnisse auf dem renommierten IEEE Symposium on Security and Privacy unterstreicht die Bedeutung dieser Innovation für die wissenschaftliche Gemeinschaft und die praktische Anwendung. Die Erkenntnisse der TUM könnten somit nicht nur die Grundlage für neue Produkte und Services schaffen, sondern auch Impulse für weiterführende Forschungen im Bereich des Datenschutzes, der Kryptografie und der sicheren Datenverarbeitung setzen. In der Zukunft wird es essenziell sein, Technologien zu fördern und zu integrieren, die nicht nur den Schutz persönlicher Daten gewährleisten, sondern auch die Erfüllung gesetzlicher Datenschutzanforderungen unterstützen. Die Methode, die es ermöglicht, den Standort nachzuweisen, ohne ihn offenzulegen, repräsentiert einen wichtigen Trend hin zu mehr Kontrolle und Selbstbestimmung über die eigenen Daten und bietet einen effektiven Schutz gegen unerwünschtes Tracking und Überwachung. Für Anwender bedeutet dies, dass sie künftig selbst entscheiden können, welche Informationen sie preisgeben möchten, während Behörden, Unternehmen und Dienstleister weiterhin auf verifizierte Standortdaten zurückgreifen können – jedoch ohne deren preiszugeben.
Der innovative Ansatz bindet dabei Effizienz, Präzision und Sicherheit zusammen und öffnet Türen für eine datenschutzfreundlichere Zukunft in einer vernetzten Welt.
