การติดตามระยะใกล้แบบกระจายศูนย์ที่รักษาความเป็นส่วนตัว

พัฒนาโดย	เอโคล โปลีเทคนิค เฟเดอราล เดอ โลซาน อีที ซูริค มหาวิทยาลัย KU Leuven มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเดลฟท์ มหาวิทยาลัยคอลเลจลอนดอน ศูนย์เฮล์มโฮลทซ์เพื่อความปลอดภัยทางข้อมูล มหาวิทยาลัยตูริน มูลนิธิไอเอสไอ INESC TEC [ 1 ]
แนะนำ	4 เมษายน 2563 [ 2 ] ( 4 เมษายน 2020 )
อุตสาหกรรม	การติดตามผู้สัมผัสทางดิจิทัล
ฮาร์ดแวร์ที่เข้ากันได้	สมาร์ทโฟน Android และ iOS
~10  ม. (33  ฟุต) [ 3 ]
เว็บไซต์	https://github.com/DP-3T/documents

โปรโตคอลการติดตามความใกล้ชิดแบบรักษาความเป็นส่วนตัวแบบกระจายศูนย์ ( DP-3Tเขียนย่อว่าdp ³ t ) เป็นโปรโตคอลแบบเปิดที่พัฒนาขึ้นเพื่อตอบสนองต่อการระบาดของ COVID-19เพื่ออำนวยความสะดวกในการติดตามผู้สัมผัสที่ติดเชื้อ ทางดิจิทัล ^{[ 4 ] [ 5 ]}โปรโตคอลนี้ เช่นเดียวกับโปรโตคอลคู่แข่งอย่างPan-European Privacy-Preserving Proximity Tracing (PEPP-PT) ใช้Bluetooth Low Energyในการติดตามและบันทึกการพบปะกับผู้ใช้รายอื่น^{[ 6 ] [ 7 ]}โปรโตคอลทั้งสองแตกต่างกันในกลไกการรายงาน โดย PEPP-PT กำหนดให้ไคลเอนต์ต้องอัปโหลดบันทึกการติดต่อไปยังเซิร์ฟเวอร์รายงานส่วนกลาง ในขณะที่ DP-3T เซิร์ฟเวอร์รายงานส่วนกลางจะไม่สามารถเข้าถึงบันทึกการติดต่อได้ และไม่มีหน้าที่ในการประมวลผลและแจ้งให้ไคลเอนต์ทราบเกี่ยวกับการติดต่อ^{[ 1 ]}เนื่องจากบันทึกการติดต่อจะไม่ถูกส่งไปยังบุคคลที่สาม จึงมีข้อดีด้านความเป็นส่วนตัวมากกว่าวิธีการของ PEPP-PT ^{[ 8 ] [ 9 ]}อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้มาพร้อมกับต้นทุนที่ต้องใช้พลังการประมวลผลมากขึ้นในฝั่งไคลเอนต์เพื่อประมวลผลรายงานการติดเชื้อ^{[ 10 ]}

โครงการ แจ้งเตือนการสัมผัสของ Apple/Google ใช้หลักการที่คล้ายคลึงกับโปรโตคอล DP-3T และรองรับรูปแบบต่างๆ ของโปรโตคอลนี้ตั้งแต่เดือนพฤษภาคม 2020 ^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]} Huaweiได้เพิ่มการใช้งาน DP-3T ที่คล้ายกันลงใน API บริการมือถือของ Huawei ซึ่งรู้จักกันในชื่อ "Contact Shield" ในเดือนมิถุนายน 2020 ^{[ 14 ]}

SDK DP-3T และแอปการปรับเทียบตั้งใจที่จะรองรับ Apple/Google API ทันทีที่เปิดตัวสำหรับอุปกรณ์ iOS และ Android ^{[ 15 ] [ 16 ]}

เมื่อวันที่ 21 เมษายน 2563 สำนักงานสาธารณสุขแห่งสหพันธรัฐสวิส ได้ประกาศว่าแอปติดตามผู้สัมผัสเชื้อไวรัสโคโรนาของประเทศสวิสจะใช้ DP-3T เป็นพื้นฐาน^{[ 17 ]}เมื่อวันที่ 22 เมษายน 2563 สภากาชาดออสเตรียซึ่งเป็นผู้นำในการพัฒนาแอปติดตามผู้สัมผัสเชื้อแบบดิจิทัลระดับชาติ ได้ประกาศการเปลี่ยนไปใช้แนวทางของ DP-3T ^{[ 18 ]}เอสโตเนียยังยืนยันว่าแอปของพวกเขาจะใช้ DP-3T เป็นพื้นฐานเช่นกัน^{[ 19 ]}เมื่อวันที่ 28 เมษายน 2563 มีการประกาศว่าฟินแลนด์กำลังทดลองใช้ DP-3T เวอร์ชันหนึ่งที่เรียกว่า "Ketju" ^{[ 20 ]}ในเยอรมนีแอปของประเทศกำลังถูกสร้างขึ้นบน DP-3T โดยSAP SEและDeutsche Telekomร่วมกับCISPAซึ่งเป็นหนึ่งในองค์กรที่ร่างโปรโตคอล^{[ 21 ]}ณ วันที่ 30 กันยายน 2020 แอปติดตามผู้สัมผัสที่ใช้ DP-3T มีให้บริการในออสเตรียเบลเยียมโครเอเชียเยอรมนีไอร์แลนด์อิตาลีเนเธอร์แลนด์โปรตุเกสและสวิ^ตเซอร์แลนด์[ ^{22 ]}

โปรโตคอล DP-3T ทำงานบนพื้นฐานของ Ephemeral IDs (EphID) ซึ่งเป็นสตริงหมุนเวียนแบบกึ่งสุ่มที่ใช้ระบุไคลเอ็นต์ได้อย่างเฉพาะเจาะจง^{[ 23 ]}เมื่อไคลเอ็นต์สองรายพบกัน พวกเขาจะแลกเปลี่ยน EphID และจัดเก็บไว้ในบันทึกการติดต่อในเครื่อง^{[ 24 ]}จากนั้น เมื่อผู้ใช้ตรวจพบว่าติดเชื้อ รายงานจะถูกส่งไปยังเซิร์ฟเวอร์กลาง ไคลเอ็นต์แต่ละรายในเครือข่ายจะรวบรวมรายงานจากเซิร์ฟเวอร์และตรวจสอบบันทึกการติดต่อในเครื่องของตนเองอย่างอิสระเพื่อหา EphID ที่อยู่ในรายงาน หากพบ EphID ที่ตรงกัน แสดงว่าผู้ใช้ได้สัมผัสใกล้ชิดกับผู้ป่วยที่ติดเชื้อ และไคลเอ็นต์จะได้รับการแจ้งเตือน เนื่องจากอุปกรณ์แต่ละเครื่องตรวจสอบบันทึกการติดต่อในเครื่อง และบันทึกการติดต่อจึงไม่ถูกส่งไปยังบุคคลที่สาม เซิร์ฟเวอร์รายงานกลางจึงไม่สามารถตรวจสอบตัวตนหรือบันทึกการติดต่อของไคลเอ็นต์ใด ๆ ในเครือข่ายได้ด้วยตนเอง ซึ่งแตกต่างจากโปรโตคอลคู่แข่งเช่น PEPP-PT ที่เซิร์ฟเวอร์รายงานกลางรับและประมวลผลบันทึกการติดต่อของไคลเอ็นต์^{[ 25 ]}

เช่นเดียวกับโปรโตคอล TCNและหมายเลขติดต่อชั่วคราว โปรโตคอล DP-3T ใช้รหัส Ephemeral ID (EphID) ขนาด 16 ไบต์เพื่อระบุอุปกรณ์ต่างๆ ที่อยู่ใกล้กับไคลเอ็นต์โดยเฉพาะ EphID เหล่านี้จะถูกบันทึกไว้ในอุปกรณ์ไคลเอ็นต์ที่รับข้อมูล และจะไม่ถูกส่งไปยังบุคคลที่สาม^{[ 1 ]}

ในการสร้าง EphID ขั้นแรก ไคลเอนต์จะสร้างคีย์ลับที่หมุนเวียนทุกวัน ( ) โดยการคำนวณโดยที่เป็นฟังก์ชันแฮชเข้ารหัสลับ เช่นSHA-256คำนวณโดยอัลกอริทึมคีย์ลับมาตรฐาน เช่นEd25519ไคลเอนต์จะใช้ในระหว่างวันเพื่อสร้างรายการ EphID ในตอนต้นของวัน ไคลเอนต์จะสร้างรายการEphID ใหม่ขนาด เพื่อกระจายไปตลอดทั้งวัน โดยที่คืออายุการใช้งานของ EphID ในหน่วยนาที เพื่อป้องกันไม่ให้บุคคลที่สามที่เป็นอันตรายสร้างรูปแบบการเคลื่อนไหวโดยการติดตามตัวระบุคงที่ในพื้นที่ขนาดใหญ่ EphID จะถูกหมุนเวียนบ่อยครั้ง เมื่อได้รับคีย์ลับประจำวันอุปกรณ์แต่ละเครื่องจะคำนวณโดยที่เป็นสตริงคงที่ทั่วโลกเป็นฟังก์ชันสุ่มเทียม เช่นHMAC-SHA256และเป็นการเข้ารหัสแบบสตรีมที่สร้างไบต์ จากนั้นสตรีมนี้จะถูกแบ่งออกเป็นส่วนๆ ละ 16 ไบต์และเรียงลำดับแบบสุ่มเพื่อให้ได้ EphID ของวันนั้น^{[ 1 ]}${\displaystyle SK_{t}}$${\displaystyle SK_{t}=H(SK_{t-1})}$${\displaystyle H()}$${\displaystyle SK_{0}}$${\displaystyle SK_{t}}$${\displaystyle t}$${\displaystyle n=(24*60)/l}$${\displaystyle l}$${\displaystyle SK_{t}}$${\displaystyle S\_EphID(BK)=PRG(PRF(SK_{t},BK))}$${\displaystyle BK}$${\displaystyle PRF()}$${\displaystyle PRG()}$${\displaystyle n*16}$

โปรโตคอล DP-3T ประกอบด้วยหน้าที่แยกกันสองส่วน คือ การติดตามและบันทึกการพบปะในระยะใกล้กับผู้ใช้รายอื่น (การจับมือของอุปกรณ์) และการรายงานการพบปะเหล่านั้นเพื่อให้ไคลเอนต์รายอื่นสามารถตรวจสอบได้ว่าตนเองได้สัมผัสกับผู้ป่วยที่ติดเชื้อหรือไม่ (การรายงานการติดเชื้อ) เช่นเดียวกับโปรโตคอลการติดตามผู้สัมผัสทางดิจิทัลส่วนใหญ่ การจับมือของอุปกรณ์ใช้Bluetooth Low Energyเพื่อค้นหาและแลกเปลี่ยนรายละเอียดกับไคลเอนต์ในพื้นที่ และขั้นตอนการรายงานการติดเชื้อใช้HTTPSเพื่ออัปโหลดรายงานไปยังเซิร์ฟเวอร์รายงานส่วนกลาง นอกจากนี้ เช่นเดียวกับโปรโตคอลการรายงานแบบกระจายศูนย์ อื่นๆ เซิร์ฟเวอร์รายงานส่วนกลางจะไม่สามารถเข้าถึงบันทึกการติดต่อของไคลเอนต์ใดๆ ได้เลย แต่รายงานจะถูกจัดโครงสร้างเพื่อให้ไคลเอนต์แต่ละรายสามารถระบุการติดต่อจากรายงานได้^{[ 1 ]}

เมื่อผู้ใช้ติดตั้งแอป DP-3T ระบบจะถามพวกเขาว่าต้องการยินยอมให้แบ่งปันข้อมูลกับนักระบาดวิทยาหรือไม่ หากผู้ใช้ยินยอม เมื่อได้รับการยืนยันว่าได้สัมผัสใกล้ชิดกับผู้ป่วยติดเชื้อ ระบบจะกำหนดรายการบันทึกการติดต่อที่เกี่ยวข้องซึ่งมีข้อมูลเกี่ยวกับการพบปะดังกล่าวให้ส่งไปยังเซิร์ฟเวอร์สถิติส่วนกลาง เพื่อป้องกันไม่ให้บุคคลที่สามที่เป็นอันตรายค้นพบการติดเชื้อที่อาจเกิดขึ้นโดยการตรวจจับการอัปโหลดเหล่านี้ ระบบจะส่งรายงานเป็นระยะๆ โดยจะส่งรายงานปลอมที่ไม่สามารถแยกแยะได้เมื่อไม่มีข้อมูลที่จะส่ง^{[ 1 ]}

เพื่ออำนวยความสะดวกในการใช้งานร่วมกันระหว่างแอป DP-3T ที่บริหารจัดการโดยหน่วยงานสาธารณสุขที่แตกต่างกัน แอปจะเก็บรายการภูมิภาคที่ผู้ใช้เคยไปเยือนไว้ ภูมิภาคเหล่านี้เป็นพื้นที่ขนาดใหญ่ที่สอดคล้องกับเขตอำนาจของหน่วยงานสาธารณสุขโดยตรง โดยจะไม่บันทึกตำแหน่งที่ตั้งที่แน่นอน แอปจะเชื่อมต่อภูมิภาคเหล่านี้กับเซิร์ฟเวอร์รายงานกลางต่างประเทศที่เกี่ยวข้องในภายหลัง และดึงรายงานจากเซิร์ฟเวอร์เหล่านี้เพิ่มเติมจากเซิร์ฟเวอร์รายงานหลักปกติ แอปจะส่งรายงานไปยังเซิร์ฟเวอร์รายงานต่างประเทศเหล่านี้ด้วย หากผู้ใช้ตรวจพบว่าติดเชื้อ^{[ 1 ]}

Serge Vaudenayนักวิชาการด้านการเข้ารหัสและความปลอดภัยได้วิเคราะห์ความปลอดภัยของ DP-3T ^{[ 28 ]}และโต้แย้งว่า:

มาตรการปกป้องความเป็นส่วนตัวบางอย่างของ DP3T อาจส่งผลตรงกันข้ามกับที่ตั้งใจไว้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ข้อมูลเกี่ยวกับผู้ป่วยและผู้ที่ถูกรายงานอาจถูกเปิดเผย การพบปะส่วนตัวอาจถูกเปิดเผย และผู้คนอาจถูกบังคับให้เปิดเผยข้อมูลส่วนตัวที่พวกเขารวบรวมไว้

งานของ Vaudenay นำเสนอการโจมตีหลายครั้งต่อ DP-3T และระบบที่คล้ายคลึงกัน ในการตอบสนอง กลุ่ม DP-3T อ้างว่าจากความเสี่ยงสิบสองประการที่ Vaudenay นำเสนอ มีแปดประการที่พบในระบบส่วนกลาง สามประการใช้งานไม่ได้ และหนึ่งประการซึ่งเกี่ยวข้องกับการเข้าถึงโทรศัพท์ทางกายภาพนั้นใช้งานได้ แต่สามารถลดผลกระทบได้^{[ 29 ]} ในงานต่อมา^{[ 30 ]} Vaudenay ได้ทบทวนการโจมตีต่อระบบติดตามทั้งแบบรวมศูนย์และแบบกระจายศูนย์ และอ้างถึงการโจมตีการระบุตัวตนของผู้ที่ได้รับการวินิจฉัย สรุปได้ว่า:

จากการเปรียบเทียบสถาปัตยกรรมแบบรวมศูนย์และแบบกระจายศูนย์ เราพบว่าการโจมตีระบบแบบกระจายศูนย์นั้นตรวจจับได้ยาก สามารถทำได้ในวงกว้าง และมาตรการรับมือที่เสนอมานั้นอย่างดีที่สุดก็สามารถลดผลกระทบจากการโจมตีได้ในสถานการณ์ที่จำกัดเท่านั้น ในทางตรงกันข้าม ระบบแบบรวมศูนย์มีมาตรการรับมือมากมาย เช่น การบัญชีและการตรวจสอบ

ในงานเดียวกัน^{[ 30 ]} Vaudenay สนับสนุนว่า เนื่องจากทั้งแนวทางแบบรวมศูนย์และแบบกระจายศูนย์ไม่ได้ให้การปกป้องความเป็นส่วนตัวในระดับที่เพียงพอ จึงควรสำรวจโซลูชันที่แตกต่างกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งแนะนำระบบ ConTra Corona ^{[ 31 ]} Epione ^{[ 32 ]}และ Pronto-C2 ^{[ 33 ]}เป็น "ทางเลือกที่สาม"

Tang ^{[ 34 ]} สำรวจระบบ ติดตามการติดต่อทางดิจิทัลหลักๆและแสดงให้เห็นว่า DP-3T อยู่ภายใต้สิ่งที่เขาเรียกว่า "การโจมตีการระบุเป้าหมาย"

การโจมตีเชิงทฤษฎีบน DP-3T ได้รับการจำลอง^{[ 35 ]}ซึ่งแสดงให้เห็นว่าการติดตามผู้ใช้เวอร์ชันแรกของระบบ DP-3T อย่างต่อเนื่องซึ่งได้อัปโหลดตัวระบุของตนเองโดยสมัครใจนั้น สามารถทำได้ง่ายสำหรับบุคคลที่สามที่สามารถติดตั้ง อุปกรณ์ Bluetooth Low Energy จำนวนมาก การโจมตีนี้ใช้ประโยชน์จากความสามารถในการเชื่อมโยงของผู้ใช้ในระหว่างวัน ดังนั้นจึงเป็นไปได้ภายในหนึ่งวันกับผู้ใช้ทั้งหมดของระบบส่วนกลางบางระบบ เช่น ระบบที่เสนอในสหราชอาณาจักร^{[ 36 ]}แต่ใช้งานไม่ได้กับเวอร์ชัน DP-3T ที่ 'เชื่อมโยงไม่ได้' ซึ่งตัวระบุของผู้ใช้ที่ติดเชื้อจะไม่ถูกส่งโดยใช้การแสดงแบบกระชับ เช่น คีย์หรือซีด^{[ 37 ]}

• บลูเทรซ
• โปรโตคอล TCN
• ระบบติดตามระยะใกล้แบบรักษาความเป็นส่วนตัวทั่วยุโรป
• โครงการติดตามผู้สัมผัสโรคของ Google/Apple

• DP-3T Github