Merge pull request #1 from Untori/bluetooth
continuous-integration/drone/push Build is passing
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continuous-integration/drone/push Build is passing
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Bluetooth
This commit is contained in:
GitHub
commit
6e3df58d61
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@ -27,6 +27,11 @@ steps:
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event:
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- tag
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trigger:
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branch:
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- master
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- develop
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volumes:
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- name: config
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host:
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@ -1,4 +1,4 @@
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# Protocollo TCN
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# Protocollo TCN {#sec:tcn-protocol}
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@ -27,15 +27,89 @@
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# Applicazione
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L'applicazione permette di tracciare i contatti degli utenti attraverso l'impiego del Bluetooth Low Energy (BLE).
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In particolare lo smartphone di ogni utente si comporta sia da trasmittente di beacon bluetooth che da ricevente.
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In questo modo quando due utenti entrano nel raggio di azione del bluetooth il contatto verrà memorizzato sui rispettivi dispositivi.
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L'applicazione prevede differenti modalità di funzionamento, ognuna delle quali garantisce un diverso livello di privacy.
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Nella modalità di funzionamento ***A*** ogni qual volta si verifica un contatto l'applicazione si occupa di notificare immediatamente l'evento al server in modo tale che esso possa essere aggiunto al database remoto.
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Questa modalità è quella meno *privacy friendly* in quanto la comunicazione avviene in *real-time* e all'interno del messaggio scambiato viene riportato sia l'UUID dell'utente sia quello della persona incontrata.
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La modalità ***B*** prevede lo scambio delle stesse informazioni previste per la modalità precedente, ma solo se richiesto dalle autorità sanitarie.
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In questo modo non solo si evita che i dati siano catturati dal server in *real-time*, ma si espongono le informazioni dell'utente solo quando queste sono strettamente necessarie.
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Sia in questa modalità, che nella precedente si è scelto di non ruotare gli UUID identificativi degli utenti in modo da facilitare la generazione del grafo sul server.
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Questa soluzione può mettere a repentaglio la privacy degli utenti ed essere sfruttata da *avversari* per ottenere informazioni sulle abitudini degli utilizzatori[^catena-negozi].
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[^catena-negozi]: Per esempio una catena di negozi attraverso l'impiego di uno scanner bluetooth potrebbe ricostruire la *fedeltà* degli utenti, conoscere i settori del negozio preferiti ecc.
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L'ultima modalità, la ***C***, è quella che tutela maggiormente la privacy degli utilizzatori attraverso due accorgimenti:
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- Rotazione degli UUID
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- Matching locale
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La generazione degli UUID avviene attraverso una derivazione deterministica come visto nella @sec:tcn-protocol, in modo tale da avere lo stesso livello di privacy di una soluzione randomica, ma con una migliore scalabilità.
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Mentre il matching locale permette di condividere il minor numero di informazioni possibili e solo quando questo è strettamente necessario.
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Infatti in questa modalità l'applicazione carica le informazioni sul server solo in seguito alla richiesta delle autorità sanitarie.
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Inoltre a differenza delle prime due modalità è previsto l'upload unicamente degli UUID che il dispositivo ha assunto nel tempo, in questo modo il server non è in grado di conoscere o ricavare i contatti avuti dall'utente.
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## Bluetooth
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L'interazione tra l'hardware bluetooth del dispositivo e l'applicazione è stata gestita attraverso l'impiego della libreria *Android Beacon Library* @AndroidBeaconLibrary che permette di gestire più facilmente le operazioni con beacon bluetooth.
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Inoltre per rendere l'applicazione più funzionale, e quindi garantirne il funzionamento anche in background o a schermo spento è stato utilizzato un *foreground service* @ServicesOverview, che consente di mantenere in *primo piano* le operazioni di trasmissione e scansione anche quando l'applicazione non lo è.
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Data la natura variegata di Android, le diverse implementazioni del sistema operativo adoperate dai vari produttori non si comportano sempre nello stesso modo, motivo per il quale alcuni dispositivi tenderanno a terminare, o mettere in pausa ugualmente l'applicazione[^dont-kill-my-app].
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Potendo opera unicamente nello spazio utente non è stato possibile superare questi limiti.
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[^dont-kill-my-app]: Molti produttori Android per aumentare la durata della batteria dei propri dispositivi tendono a stoppare e ridurre le funzionalità delle applicazioni. Maggiori dettagli possono essere trovati al seguente link \url{https://dontkillmyapp.com}.
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### Trasmissione
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Il dispositivo dell'utente deve eseguire il broadcast di un beacon bluetooth contenete l'UUID identificativo.
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Questa operazione è stata svolta attraverso la classe `BeaconTransmitter` messa a disposizione dalla *Android Beacon Library*.
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Inoltre per la modalità di funzionamento *C* è stato necessario prevedere un meccanismo di rotazione delle chiavi.
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Questa rotazione viene settata attraverso la funzione `rotateTCN()` che sfrutta un `Handler` per programmare la rotazione dell'UUID.
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``` {.kotlin #lst:rotate-tcn caption="Codice necessario alla torazione del tcn."}
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private fun rotateTCN() {
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val advertiseHandler = Handler()
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val changeTCN: Runnable = object : Runnable {
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override fun run() {
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tcnManager.nextTcn()
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startAdvertising()
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advertiseHandler.postDelayed(
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this,
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TCNManager.ELAPSE_BETWEEN_NEW_TCN
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)
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}
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}
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advertiseHandler.postDelayed(
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changeTCN,
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TCNManager.ELAPSE_BETWEEN_NEW_TCN
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||||
)
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}
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```
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La scelta della frequenza di *advertising* è stata dettata dai vincoli tracciati dall'API di Android @AdvertiseSettings.
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Infatti la libreria permette di trasmettere un beacon con una frequenza di 1 *Hz*, 3 *Hz* o 10 *Hz*.
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Fortunatamente questi vincoli non si sono rilevati troppo limitanti infatti la frequenza di un Hertz, quindi un beacon trasmetto ogni secondo, permette di avere una buona trasmissione e di risparmiare batteria.
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Inoltre in fase di scanning evita che siano registrate più interazioni nello stesso ciclo.
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Sempre attraverso l'API di Android è stata settata la potenza di trasmissione del beacon.
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Anche in questo caso la scelta era limitata a poche alternative:
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- HIGH
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- MEDIUM
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- LOW
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- ULTRA_LOW
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Com'è possibile dedurre anche dai nomi dei vari livelli, l'API non fornisce nessuna stima quantitativa[^dispositivi-non-omogenei], ma solo delle indicazioni qualitative delle intensità del segnale trasmesso.
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L'individuazione del livello più adatto è stata svolta per via sperimentale utilizzando cinque dispositivi differenti.
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I due livelli più alti sono stati immediatamente scartati in quanto permettevano di rilevare i beacon a distanze elevate cosa che avrebbe minato la bontà dell'applicazione.
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Con il livello ULTRA_LOW si è notato che venivano rilevate unicamente le interazioni inferiori al metro in contesti *free space*.
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Poiché l'organizzazione mondiale della sanità raccomanda una distanza di almeno un metro @AdvicePublicCOVID19 questo livello di trasmissione non consente di rilevare contatti potenzialmente a rischio.
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Per questo motivo si è scelto di utilizzare il livello LOW che permette di rilevare contatti fino a circa due metri.
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[^dispositivi-non-omogenei]: D'altronde, data la natura non omogenea dei vari dispositivi Android, una stima quantitativa sarebbe stata impossibile da ottenere.
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### Scansione
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