Die Technik-Lotsen der Corona-Warn-App

COVID-19 hat vieles verändert. Auch die Geschwindigkeit, in der wir geforscht haben und im Auftrag des Robert-Koch-Instituts (RKI) mit T-Systems und SAP im Juni 2020 eine funktionale App präsentieren konnten. Stringenz und Beharrlichkeit – trotz intensiver Diskussionen über Datenschutz und Verfügbarkeit – haben die Innovationsgeschwindigkeit nicht ausgebremst: Die Corona-Warn-App wurde bis Ende 2020 über 24 Millionen Mal heruntergeladen und gilt als die datenschutzrechtlich unbedenklichste App.

 

Wie schnell aus einer Herausforderung eine Idee und eine vielversprechende Lösung entstehen können, beweist unsere Fraunhofer-Expertengruppe seit Anfang März 2020. Steffen Meyer, Projektleiter am Fraunhofer IIS für die Corona-Warn-App, und sein Team haben insbesondere die Bereitstellung und die Technologietests der Exposure-Notification-Schnittstelle von Google/ Apple für die App begleitet und sie kontinuierlich durch fachkundige Beratung und das Know-how aus ihrer Forschungs-und Entwicklungstätigkeit von Abstandsschätzung für drahtlose Funktechnik wie Bluetooth und WLAN angepasst. Die Schnittstelle ermöglicht die Erkennung von Dauer und Annäherung eines Kontakts. Wir interviewten Steffen Meyer dazu.

Herr Meyer, wie kam das Projekt zustande und wie schnell mussten Sie und Ihr Team mit den ersten Entwicklungsschritten starten?

Steffen Meyer: Ein Anruf aus dem Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz- Institut, HHI an unseren Institutsleiter gab den Startschuss. Wir als BLE (Bluetooth Low Energy)- Spezialisten sollten Teil des Projektteams für eine Corona-Warn-App sein. Und von da an waren alle an Bord und die Arbeiten gingen los. Ziel war es, vorhandene Technik in Smartphones zu nutzen, die jeder fast ständig bei sich trägt, und keine unnötigen neuen Technologien einzubringen – dies wäre bei der benötigten Geschwindigkeit für die Entwicklung und für die flächige Ausbringung in der Bevölkerung nicht möglich gewesen.

Wo lagen für Sie die Besonderheiten bei der Nutzung von Bluetooth als »Messinstrument«?

Wir beschäftigen uns seit mehr als zehn Jahren mit Abstandsschätzungen durch Feldstärke- signalmessungen auf Basis von BLE und haben diese Technologie in Anwendungen für die Produktion, in der Logistik, im Verkehr sowie in Messen und Museen in den Markt gebracht. Deswegen konnten wir gut einschätzen, was eine Bluetooth-basierte Schätzung leisten kann und was nicht. Es lag auf der Hand, dass sie ein sinnvolles und vor allem das einzige Hilfsmittel für den Großteil der Bevölkerung sein kann, um die Kriterien »Nähe« und »Dauer« aus dem RISK-Score des Robert-Koch-Instituts zu detektieren und damit Infektionsketten schneller zu unterbrechen. Jedoch korrekt für alle verständlich zu machen, dass es hier nicht um zentimeter- genaue Messungen geht, war eine der Herausforderungen in der Diskussion der App.

Welche Beiträge hat Ihr Team bei der Entwicklung geleistet?

Die anspruchsvollste Aufgabe bestand in der Analyse und Optimierung der Messwerterfassung und -verarbeitung hinter der Exposure-Notification-Schnittstelle, die in den Android- und iOS- Systemen durch Google/Apple für die Realisierung der App notwendig waren. Hier waren fast 24/7-Diskussionen, Tests und wieder Beratungsgespräche zusammen im Team mit T-Systems und SAP, aber auch mit Google- und Apple-Entwicklern zu führen – eine ziemliche Mammut- aufgabe, aber eben auch spannend. Mein Team am Fraunhofer IIS, das sich aus Fachleuten für WLAN/Bluetooth, Systemdesign und Analyse zusammensetzt, war mit der gebotenen wissenschaftlichen Sorgfalt, aber auch mit riesigem Engagement am Werk. Allen war bewusst, worum es in diesem Projekt geht.

Der wesentliche Part dabei war die technologische »Übersetzung« des RKI-Risikomodells in die Konfigurationsparameter der Exposure-Notification-Schnittstelle der verschiedenen Smartphones sowie das stetige Feintuning der Schnittstelle, um dies so gut wie möglich abbilden zu können. Die begleitenden und vergleichenden Tests dieser Schnittstellenimplementierung und neue Verfahren zur Kalibrierung von Smartphone-Typen sind essenzielle Beiträge meines Teams.

Video »Corona-Warn-App - Tests am Fraunhofer IIS«

Datenschutz und Datenverarbeitung

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Welche Hürden mussten bei der Entwicklung der App umschifft werden?

Um zwei Beispiele herauszugreifen: Da BLE-Signale nicht zeitlich koordiniert sind, muss der Empfänger kontinuierlich »mithören«, um alle BLE-Signale in der Umgebung zu empfangen. Wir haben daher ein Verfahren vorgeschlagen, das häufigere und längere Messintervalle zulässt, und es zusammen mit Google und Apple definiert. Dies ist eine der wichtigen Grundlagen der weltweit verwendeten Exposure-Notification-Schnittstelle.

Bei der Messung mittels Funksignalen und deren Übertragung auf andere Messwerte wie Distanzen müssen verschiedene Einflussfaktoren in der Berechnung und Abschätzung berück- sichtigt werden; das sind beispielsweise Bewegung, weitere Funksignale und in der Umgebung reflektierende Materialien wie Metall, Wände usw. Die Varianz dieser Einflussfaktoren und ihre Gewichtung im Hinblick auf eine Risikoabschätzung im Sinne des RKI gehörten zu den schwierigsten Aufgaben.

Da mittels BLE keine präzisere Abstandsschätzung des Smartphones möglich ist, müssen Prioritäten festgelegt werden, wie mit der Ungenauigkeit umzugehen ist. Dabei hat sich die Bundesregierung entschieden, eine leicht erhöhte Anzahl von Falsch-Positiven in Kauf zu nehmen und lieber mehr zu testen.

Welche Entwicklungen stehen als Nächstes auf der »Reiseroute«?

Neben weiterer begleitender Real-Life-Tests steigen die Nachfragen aus dem Unternehmens- und Businessbereich. Auch hier sollen Infektionsketten schnellstens unterbrochen werden. Zusätzlich gibt es Bestrebungen, auch akustische Distanzmessverfahren mit zu integrieren, um für bestimmte Anwendungsfälle noch mehr Genauigkeit herstellen zu können.

Danke für das Gespräch, Herr Meyer.

Die Techniklotsen der Corona- Warn-App mit dem Fraunhofer-Präsidenten Prof. Dr. Reimund Neugebauer (mit Smartphone), der den Dank der Kanzlerin persönlich überbrachte.