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Democratizing measurement of critical mobile infrastructure
security and privacy in an increasingly centralized communication ecosystem
Gabriel Karl Gegenhuber
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Informatik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doktoratsstudium der technischen Wissenschaften Informatik
Betreuer*innen
Edgar Weippl ,
Johanna Ullrich
DOI
10.25365/thesis.80591
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-12016.01247.299957-6
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Mobilfunknetze bilden das Rückgrat der globalen Kommunikation und ermöglichen den Zugang zu Telefondiensten und dem Internet, häufig auch in Regionen, in denen keine alternativen Zugangstechnologien verfügbar sind. Die zunehmende Komplexität dieser Netze, bedingt durch architektonische Innovationen (z. B. Voice over IP, eSIMs) sowie durch kommerzielle Dynamiken (z. B. Roaming, virtuelle Netzbetreiber, Zero-Rating), ist jedoch bislang nur unzureichend erforscht. Ein wesentlicher Grund hierfür ist das Fehlen offener, skalierbarer und geografisch diverser Messwerkzeuge sowie unabhängiger empirischer Messstudien. Darüber hinaus ist der Zugang zu Mobilfunkdiensten heute nicht mehr ausschließlich auf die klassische Funkschnittstelle beschränkt. Technologien wie Voice-over-WiFi (VoWiFi) ermöglichen alternative Zugangspfade über das Internet und erweitern damit die Reichweite von Netzbetreibern auf Umgebungen mit eingeschränkter Netzabdeckung. Gleichzeitig haben sich sogenannte Over-the-Top-(OTT-)Messaging-Dienste wie WhatsApp und Signal zu zentralen Bestandteilen moderner Kommunikation entwickelt. Sie tragen einen erheblichen Anteil des weltweiten Nachrichten- und Sprachverkehrs, ohne dabei auf die traditionellen, von Mobilfunkbetreibern kontrollierten Signalisierungs- und Abrechnungsstrukturen zurückzugreifen. Diese Dissertation adressiert die genannten Herausforderungen durch die Entwicklung neuer Ansätze für unabhängige, skalierbare und reproduzierbare Messungen mobiler Kommunikationssysteme, ohne eine Kooperation mit Netz- oder Plattformbetreibern vorauszusetzen. Hierzu werden Messplattformen entworfen, implementiert und als Open-Source-Software veröffentlicht, die kontrollierte Experimente über Mobilfunkzugangsnetze, betreiberseitige Dienste sowie OTT-Messaging-Anwendungen hinweg ermöglichen. Mithilfe dieser Werkzeuge werden umfassende empirische Studien durchgeführt, die sicherheits- und privatsphärerelevante Schwachstellen aufdecken, darunter Inkonsistenzen bei Roaming-Abrechnung und Traffic-Klassifikation, unsichere VoWiFi-Konfigurationen, sowie Metadatenleaks in weit verbreiteten Messaging-Plattformen, die eine unbemerkte Überwachung von Nutzer:innen und Denial-of-Service-Angriffe ermöglichen. Insgesamt zeigt diese Arbeit, dass unabhängige, aktive Messungen unerlässlich sind, um das sich wandelnde Mobilfunkkommunikationssystem zu verstehen. Sie stellt praxisnahe Werkzeuge und empirische Erkenntnisse bereit, die die Transparenz erhöhen und zukünftige Forschung zur Sicherheit und zum Schutz der Privatsphäre moderner mobiler Kommunikationssysteme unterstützen.
Abstract
(Englisch)
Cellular networks serve as the backbone of global communication, providing critical access to telephony and the Internet, often in regions lacking alternatives. However, the growing complexity of these networks, driven by architectural innovations (e.g., Voice over IP, eSIMs) and commercial dynamics (e.g., roaming, virtual operators, zero-rating), remains poorly understood due to the lack of open, scalable, and geographically diverse measurement tools and independent measurement studies. Moreover, access to mobile networks today is no longer limited to the traditional radio interface. Technologies like Voice-over-WiFi (VoWiFi) offer alternative connectivity paths via third-party Internet infrastructure, extending operator reach into environments with limited cellular coverage. At the same time, over-the-top (OTT) messaging services such as WhatsApp and Signal have become central to modern communication, accounting for a substantial share of global messaging and voice traffic while bypassing traditional operator-controlled channels entirely. This dissertation addresses these challenges by introducing new approaches for independent, scalable, and reproducible measurements of mobile communication systems without requiring cooperation from network or platform operators. We design, implement, and open-source measurement platforms that enable controlled experiments across cellular radio networks, operator-provided services, and OTT messaging applications. Using these tools, we conduct multi-layer empirical studies and uncover security- and privacy-relevant weaknesses, including inconsistencies in roaming billing and traffic classification, insecure VoWiFi configurations, and metadata leaks in widely used messaging platforms that enable silent user monitoring and denial-of-service attacks. Overall, this dissertation demonstrates that independent, active measurements are essential for understanding the evolving cellular communication system. It provides practical tools and empirical evidence that increase transparency and support future research into the security and privacy of modern mobile communication systems.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Internet measurement cellular networks mobile network measurement roaming VoWiFi OTT WhatsApp security privacy Signal protocol VoWiFi net neutrality
Autor*innen
Gabriel Karl Gegenhuber 
Haupttitel (Englisch)
Democratizing measurement of critical mobile infrastructure
Hauptuntertitel (Englisch)
security and privacy in an increasingly centralized communication ecosystem
Publikationsjahr
2026
Umfangsangabe
ix, 138 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Daniel Gruss ,
Georgios Smaragdakis
Klassifikationen
54 Informatik > 54.38 Computersicherheit ,
54 Informatik > 54.80 Angewandte Informatik
AC Nummer
AC17797347
Utheses ID
79554
Studienkennzahl
UA | 786 | 880 | |