Die Redefreiheit zählt zu den wichtigsten Werten unserer Gesellschaft. Während die Redefreiheit in der physischen Welt anonym gegenüber unerwünschten Fremden ausgeübt werden kann, basiert das Internet auf nicht-anonymen, sondern vielmehr eindeutigen, Identifikationsmerkmalen (IDs). Zur Ausübung der Redefreiheit ohne politische Verfolgung ist die Anonymität jedoch eine Kernanforderung. Anonymity bedingt, dass eine Nachricht nicht mit Sender und Empfänger in Verbindung gebracht werden kann. Insbesondere darf eine Nachricht nicht mit IDs oder anderen Identifikationsmerkmalen in Beziehung gesetzt werden. Anonymisierungsdienste wie Tor können im Internet verwendet werden, um etwa Webinhalte anonym abzurufen. Mit einer solchen Lösung ergeben sich jedoch 2 Arten von Herausforderungen: Erstens hat sich die Internet-Nutzung mit dem Aufkommen sozialer Medien verändert; statt einem ein Produzent mit vielen Konsumenten von Inhalten Nutzungs-Paradigma nimmt nun das viele Produzenten mit vielen Konsumenten-Paradigma eine gewichtige Rolle ein. Zweitens stellt eine Social-Media-Webseite mit vielen Nutzer eine zentrale Schwachstelle da, sowohl in Bezug auf die Verfügbarkeit als auch auf die Anonymität. Eine solche Webseite kann Profildaten ihrer Nutzer sammeln um schlussendlich deren Anonymität zu brechen. Publish/subscribe (pub/sub) ist ein Konzept zur Nachrichten-Verteilung, welches die erste Herausforderung sehr gut adressiert. P2P Pub/Sub kommt ohne zentrale Schwachstelle aus, und deckt damit auch die zweite Herausforderung teilweise ab. Jedoch steht Forschung, welche Anonymität als Sicherheitsanforderung für Pub/Sub berücksichtigt, erst am Anfang. Diese Dissertation erweitert den aktuellen Forschungsstand in mehreren Bereichen. Die folgenden Aspekte der Konstruktion von anonymen Pub/Sub Systemen werden dabei angesprochen: (i.) Bausteine zur Erleichterung zukünftiger Entwicklung von anonymen Pub/Sub Systemen werden vorgeschlagen; (ii.) Methoden zur anonymen Erzeugung von Overlay-Netzwerken werden vorgestellt; (iii.) eine anonyme Inter-Overlay-Optimierung zur Verteilung von Last wird präsentiert; (iv.) Methoden zur Optimierung der Anonymität in Overlay-Netzwerken werden eingebührt; (v.) Angriffe der Anonymität sowie Schutzmaßnahmen werden vorgeschlagen.

Beiträge. Die Beiträge dieser Dissertation lassen sich in folgende Forschungsschwerpunkte einteilen:

Anonyme Overlay-Erzeugung: Es wird ein anonymes Pub/Sub System anhand von sechs in sich geschlossenen Bausteinen vorgestellt. Hierbei wird das Ziel verfolgt, Overlay-Netzwerke zu erzeugen, welche nachfolgend Nachrichten von Produzenten zu Konsumenten transportieren. Jeder Baustein wird im Detail und in Bezug auf relevante verwandte Arbeiten erläutert. Für einen der wichtigsten Bausteine, die Lokalisierung von Attributen (attribute localization), werden mehrere Beiträge geleistet: Hash-Ketten kombinieren Transaktions-Pseudonym und Distanz-Metrik unter Schutz der Privatsphäre; sogenanntes flooding, forest fires, und doppelte random walks werden zum Verteilen von Attributs-Wissen verwendet.

Anonyme Overlay-Optimierung: Die Dissertation stellt zwei Optimierungen zur Verbesserung der Anonymität sowie eine Optimierung zur Verteilung von Last vor. Die erste Anonymitäts-Optimierung, probabilistic forwarding (PF), überträgt das Konzept von “mimi traffic” auf Pub/Sub. Die zweite Optimierung, das Hütchen-Spiel (shell game (SG)), zerwürfelt Overlay-Netzwerke. Beide Optimierungen verfolgen das Ziel, die Preisgabe von Information durch die Overlay-Topologie zu vermeiden. Die Optimierung zur Last-Verteilung verwendet einen Kommunikations-Ring sowie Bloom-Filter um die Last unter den Knoten von Overlay-Netzwerken zu verteilen

Anonymitäts-Angriffe und Schutzmaßnahmen: Mehre bekannten Anonymitäts-Attacken werden auf anonymes Pub/Sub angewendet und im Detail analysiert. Weiterhin werden neue Attacken, wie etwa die Anfrage/Antwort-Attacke (request/response-attack) sowie die Einengungs-Attacke (corner-attack), vorgestellt und mit entsprechenden Schutzmechanismen versehen.

Auswertung. Die vorgestellten Mechanismen und Angriffe werden anhand von drei Analyse-Verfahren ausgewertet: einem qualitativen Ansatz, einer umfangreichen Simulation, sowie empirisch mit einem Prototyp. Der qualitative Ansatz deutet an, dass die vorgestellten Mechanismen gut zum Schutz der Anonymität gegenüber der Gefahr von bösartigen Insidern geeignet ist. Die quantitative Analyse wird mit einer Ereignis-diskreten Simulation anhand des OMNeT++ Werkzeugs durchgeführt. Den Ergebnissen folgend ist das vorgestellte anonyme Pub/Sub System in der Tat zum Schutz der Anonymität geeignet, selbst wenn ein besonders starkes Angreifer-Modell aus bösartigem Insider sowie globalen Überwacher angenommen wird. Die Resultate zeigen auch, in welchen Situation PF oder das SG besseren Schutz bieten. Weiterhin ergeben die Resultate, welche Fähigkeiten einem Angreifer am Meisten nutzen. Für die empirische Auswertung wurde eine anonyme Micro-Blogging Anwendung für Twitter entwickelt. Diese Anwendung zeigt, dass die in dieser Dissertation vorgestellten Mechanismen in der Tat in realistischen Szenarien eingesetzt werden können. Mit der Anwendung können Teilnehmer Tweets über Hashtag-Overlay-Netz ausgetauschen. QR-Codes und NFC dienen der Verteilung von Schlüsselmaterial.