CH718544A2 - Verfahren, Zähler und System für Daten-Audit-Trail. - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erstellung eines Daten-Audit-Trails für Zählerdaten eines Zählers. Das Verfahren umfasst die Schritte des Erfassens eines Zählerdatensatzes, der mindestens einen ersten Wert und einen zweiten Wert umfasst, des Signierens des Zählerdatensatzes mit einer ersten digitalen Signatur und des anschliessenden Signierens eines nächsten Zählerdatensatzes und der ersten digitalen Signatur mit einer zweiten digitalen Signatur.

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung eines Daten-Audit-Trails für Zählerdaten eines Zählers.

[0002] Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Zähler und ein Computerprogramm gemäss der vorliegenden Erfindung sowie einen computerlesbaren Datenträger, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf ein Zählersystem mit mindestens einem Zähler zur Durchführung des Verfahrens gemäss der vorliegenden Erfindung.

Technologischer Hintergrund

[0003] Zähler und Zählerdaten sind bekannt und werden in Haushalten und in der Industrie häufig verwendet. Solche Zähler messen zum Beispiel den Verbrauch von Strom, Gas oder Wasser.

[0004] Die vertrauenswürdige Quelle für abrechnungsrelevante Daten ist der Zähler. Ein Versorgungsunternehmen kann nur das abrechnen, was im Zähler steht, und die Zählerstände und weitere Informationen müssen am Zähler überprüft werden, z. B. Energie, Bedarf, Tarife, Lastprofile usw. Dies ist unflexibel und mit gewissen Einschränkungen verbunden. Für zukünftige Abrechnungen ist es daher wünschenswert, dass relevante Daten oder Tarife flexibel an einem zentralen System aus den Abrechnungsrohdaten des Zählers zusammengestellt werden können.

[0005] Um die Tarifierung in ein zentrales System zu verlagern, muss das Versorgungsunternehmen nachweisen, dass die Rechnung auf authentischen Zählerdaten beruht und die Tarifierung im System so funktioniert, wie im Vertrag zwischen dem Versorgungsunternehmen und dem Kunden festgelegt. Heute muss garantiert werden, dass die Rohdaten des Zählers vom richtigen Zähler stammen, d.h. authentisch sind und in keiner Weise verändert wurden. Mit anderen Worten: Die Authentizität der Zählerdaten muss gewährleistet sein.

[0006] Über die Datenauthentizität hinaus zu gehen und gleichzeitig einen vollständigen Audit-Trail für die Zählerdaten bereitzustellen, wird relevant werden. Dies kann in einer loT-Welt, in der Zählerdaten von verschiedenen Parteien und für verschiedene Anwendungsfälle oder Anwendungen gemeinsam genutzt werden, immer wichtiger werden.

[0007] Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, die Authentizität der Zählerdaten nachzuweisen und einen vollständigen Audit-Trail für relevante Daten in einem Zähler oder einem klassischen intelligenten Messsystem und für jedes System eines Dritten zu erstellen, das Daten verwendet, die von einem Zähler oder intelligenten Zähler und angeschlossenen Geräten stammen.

Beschreibung der Erfindung

[0008] Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden. Insbesondere ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Daten-Audit-Trail für Zählerdaten eines Zählers bereitzustellen und zu erstellen. Die Zählerdaten sollen ausserhalb des Zählers überprüfbar sein.

[0009] Dieser Zweck wird durch ein Verfahren, einen Zähler, ein Computerprogramm, computerlesbare Daten und ein Messsystem gemäss den unabhängigen Ansprüchen erreicht.

[0010] Insbesondere wird die Aufgabe gemäss der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren zum Erstellen eines Daten-Audit-Trails für Zählerdaten eines Zählers erreicht. Das Verfahren umfasst die Schritte des Erfassens eines Zählerdatensatzes mit mindestens einem ersten Wert und einem zweiten Wert, des Signierens des Zählerdatensatzes mit einer ersten digitalen Signatur und des anschliessenden Signierens eines nächsten Zählerdatensatzes und der ersten digitalen Signatur mit einer zweiten digitalen Signatur.

[0011] Das Verfahren kann auch die Schritte des Erfassens eines Zählerdatensatzes, der einen Zeitstempelwert und mindestens einen von einem Verbrauchsmesswert und einem ereignisbezogenen Wert umfasst, des Signierens des Zählerdatensatzes mit einer ersten digitalen Signatur und des anschliessenden Signierens eines nächsten Zählerdatensatzes und der ersten digitalen Signatur mit einer zweiten digitalen Signatur umfassen.

[0012] Ein weiteres alternatives Verfahren zur Erstellung eines Daten-Audit-Trails von Zählerdaten mit einem Verbrauchszähler kann die Schritte der Erzeugung eines Zählerdatensatzes, der einen Zeitstempelwert und mindestens einen von einem Verbrauchsmesswert und einem ereignisbezogenen Wert umfasst, des Bereitstellens des Zählerdatensatzes mit einer ersten digitalen Signatur und der Validierung des signierten Zählerdatensatzes mit einer zweiten digitalen Signatur umfassen.

[0013] Mit einer Signatur über eine ganze Datenzeile ist es möglich, die Authentizität von Zählerdaten in einem Profil- und Ereignisprotokoll zu beweisen. Durch Hinzufügen einer Signatur der vorherigen Erfassungszeile zu jeder Zeile ist es möglich, einen Audit-Trail zu bilden, der alle Daten vom ersten bis zum letzten Eintrag verknüpft. Mit einer solchen Struktur von Signaturen ist es möglich, einen vollständigen Audit-Trail über alle Ebenen von Zählern oder intelligenten Messsystemen und damit verbundenen Drittsystemen zu führen. Die Authentizität und Korrektheit der Zählerdaten können extern, d. h. entfernt vom Zähler, überprüft werden.

[0014] Selbst wenn nur die aktuellsten Daten an ihrem Ursprung, d. h. im Zähler, verfügbar sind, können alle Daten in jedem übergeordneten System anhand der Daten und/oder der Signatur im Zähler und in den Systemen validiert werden.

[0015] In einer Welt des loT, in der Daten zwischen vielen Systemen und Parteien fliessen, um Anwendungen und Geschäftsmöglichkeiten zu ermöglichen, werden Audit-Trails für Daten relevant. Es ist von Vorteil, dass der Audit-Trail mit geringen Mitteln implementiert werden kann, was ihn für jeden modernen Zähler oder intelligenten Zähler qualifiziert.

[0016] In einer Ausführungsform wird ein weiterer Zählerdatensatz und die zweite digitale Signatur anschliessend mit einer dritten digitalen Signatur signiert. Auf diese Weise wird der Daten-Audit-Trail für die Zählerdaten des Zählers weiter ausgebaut. Weitere Zählerdatensätze werden auf ähnliche Weise verarbeitet, um einen überprüfbaren Pfad zu erstellen.

[0017] Bei dem Zähler kann es sich um jeden beliebigen Zähler oder Verbrauchszähler handeln, der beispielsweise den Verbrauch von Strom, Gas oder Wasser misst. Der Zähler signiert die von ihm erzeugten Werte.

[0018] In einer weiteren Ausführungsform wird aus dem Zählerdatensatz ein Hash-Wert erzeugt, bevor der Zählerdatensatz anschliessend signiert wird. Dies ermöglicht es, den Zählerdatensatz beliebiger Grösse auf Werte fester Grösse abzubilden. Die Hash-Werte fester Grösse werden dann durch die digitale Signatur mit einem privaten Schlüssel des Zählers signiert.

[0019] Wenn der Zählerdatensatz einen Zeitstempelwert oder eine Zeitreferenz enthält, ist der genaue Zeitpunkt, zu dem der Zählerdatensatz erfasst wurde, bekannt und kann zu einem späteren Zeitpunkt wiederhergestellt werden. Die Zählerdaten mit Zeitstempelwerten können in einem Profilprotokoll aufgezeichnet werden. Der Zählerdatensatz kann verschiedene oder mehrere Messwerte umfassen, die auch als Messwert oder Messwerttupel bezeichnet werden. Die Werte können sich auf Bedarf und Angebot beziehen. Der Zählerdatensatz kann auch einen oder mehrere ereignisbezogene Werte enthalten. Die Zählerdaten mit ereignisbezogenen Werten können in einem Ereignisprotokoll aufgezeichnet werden. So lässt sich nachträglich zurückverfolgen, welche Ereignisse aufgetreten sind.

[0020] Wenn ein oder mehrere signierte Zählerdatensätze an ein externes Gerät übertragen werden, können die signierten Zählerdatensätze oder Zählerdaten und die Datenkonsistenz über die gesamte Datenkette aus der Ferne authentifiziert werden, während der erstellte Daten-Audit-Trail der Zählerdaten überprüft werden kann.

[0021] Die Übertragung kann in Intervallen erfolgen. Die Intervalle können zeitlich oder durch ein Ereignis definiert werden. Der Registrierungszeitraum kann z. B. auf 15 Minuten festgelegt werden. Der Zähler kann die signierten Zählerdaten über drahtgebundene oder drahtlose Kommunikationsmittel übertragen und kann ein Kommunikationsmodul verwenden.

[0022] Jede digitale Signatur kann einen öffentlichen Schlüssel des Zählers enthalten. Der Schlüssel ist zählerspezifisch. Die Verwendung asymmetrischer Kryptographie, auch Public-Key-Kryptographie genannt, und insbesondere die Verwendung der Elliptischen-Kurven-Kryptographie, gilt als sicher und vertrauenswürdig. Mit der Public-Key-Kryptografie ist eine robuste Authentifizierung möglich.

[0023] Vorteilhaft ist, dass die signierten Zählerdaten durch Private-Key-Kryptographie validiert werden können. Das bedeutet, dass nur die Person oder Einrichtung, die über den entsprechenden privaten Schlüssel verfügt und autorisiert ist, die Daten überprüfen darf.

[0024] Wenn Hash-Werte von signierten Zählerdaten entschlüsselt werden können, können die ursprünglichen Zählerdaten authentifiziert werden. Je nach Jurisdiktion dürfen solche Daten nach einer bestimmten Zeit nicht mehr gespeichert werden.

[0025] Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Zähler oder Verbrauchszähler, der so konfiguriert ist, dass er die Schritte des Erfassens eines Zählerdatensatzes, der mindestens einen ersten Wert und einen zweiten Wert umfasst, des Signierens des Zählerdatensatzes mit einer ersten digitalen Signatur und des anschliessenden Signierens eines nächsten Zählerdatensatzes und der ersten digitalen Signatur mit einer zweiten digitalen Signatur ausführt.

[0026] In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Messsystem mindestens einen Zähler und mindestens eine Verwaltungsvorrichtung umfassen, die ein beliebiges externes System einschliesslich eines Head-End Systems (HES) sein kann.

[0027] Mit einem Computerprogramm zum Erstellen eines Daten-Audit-Trails für Zählerdaten eines Zählers wird der Zweck dadurch erreicht, dass das Computerprogramm Anweisungen umfasst, die bei Ausführung des Computerprogramms durch einen Zähler und/oder eine Verwaltungsvorrichtung in einem Messsystem den Zähler und/oder die Verwaltungsvorrichtung veranlassen, die Schritte eines Verfahrens gemäss der vorliegenden Erfindung durchzuführen.

[0028] Auf einem computerlesbaren Datenträger gemäss der vorliegenden Erfindung ist ein Computerprogramm gemäss der vorliegenden Erfindung gespeichert.

[0029] Ein Zähler oder Stromzähler gemäss der vorliegenden Erfindung erfüllt den Zweck, indem der Zähler zur Durchführung eines Verfahrens gemäss der vorliegenden Erfindung eingerichtet ist.

[0030] Der Zweck wird auch durch ein Messsystem erreicht, indem das Messsystem mindestens einen erfindungsgemässen Zähler und/oder mindestens eine Verwaltungsvorrichtung umfasst, die zur Durchführung eines erfindungsgemässen Verfahrens ausgebildet ist.

[0031] Diese erfindungsgemässen Lösungen haben gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Techniken den Vorteil, dass Zählerdaten und Datenkonsistenz über die gesamte Datenkette ausserhalb des Zählers überprüfbar werden. Datenintegritäts- und Datenkonsistenzprobleme können mit wirksamen Mitteln erkannt werden.

[0032] Die Lösungen gemäss der vorliegenden Erfindung können beliebig kombiniert und durch die folgenden Ausführungsformen, die jeweils für sich genommen vorteilhaft sind, weiter verbessert werden. Sofern nicht anders angegeben, können die Ausführungsformen ohne weiteres miteinander kombiniert werden. Der Fachmann wird leicht verstehen, dass alle Ausstattungsmerkmale von Vorrichtungen und Systemen gemäss der vorliegenden Erfindung auch als Schritte eines Verfahrens und/oder Computerprogramms gemäss der vorliegenden Erfindung implementiert werden können und/oder diese darstellen und umgekehrt.

Kurze Beschreibung der beigefügten Zeichnungen

[0033] Die Erfindung wird im Folgenden anhand vorteilhafter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher und beispielhaft beschrieben. Die beschriebenen Ausführungsformen sind nur mögliche Konfigurationen, bei denen jedoch einzelne der oben beschriebenen Merkmale unabhängig voneinander vorgesehen sein können oder weggelassen werden können.

[0034] In den Zeichnungen: Fig. 1 zeigt ein schematisches Diagramm, das eine beispielhafte schematische architektonische Darstellung eines Elektrizitätszählersystems mit einem Stromzähler gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; Fig. 2 zeigt ein weiteres schematisches Diagramm, das eine beispielhafte schematische architektonische Darstellung eines Elektrizitätszählersystems mit einem Stromzähler gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; Fig. 3 zeigt eine beispielhafte Struktur eines intelligenten Zählerprofilprotokolls gemäss der vorliegenden Erfindung; Fig. 4 zeigt eine beispielhafte Struktur eines intelligenten Zählerereignisprotokolls gemäss der vorliegenden Erfindung; Fig. 5 zeigt eine beispielhafte Darstellung der Signierung und Übermittlung von Zählerdaten aus dem Profilprotokoll und der Invertierung zur Verifizierung; Fig. 6 zeigt eine beispielhafte Darstellung von signierten Zählerdaten unter Auslassung der reinen Zählerdaten Fig, 7 zeigt eine beispielhafte Darstellung eines Stromzählers; Fig. 8 zeigt ein beispielhaftes Flussdiagramm zur Veranschaulichung der Schritte zur Erstellung eines Daten-Audit-Trails für Zählerdaten gemäss der vorliegenden Erfindung.

Ausführungsformen der Erfindung

[0035] Fig. 1zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften schematischen Architektur eines Elektrizitätsmesssystems 1 mit einem Stromzähler 2, einer Kommunikationsinfrastruktureinrichtung 3, einer Verwaltungsvorrichtung 4, wie z. B. einem Head-End System (HES) in Form eines Computers, Servers o. ä., zur Verwaltung und Steuerung des Elektrizitätsmesssystems 1. Das Stromzählersystem 1 kann darüber hinaus ein zusätzliches System oder Verwaltungsvorrichtung 5 umfassen. Der Stromzähler 2 wird auch als Smart Meter 2 oder Zähler 2 bezeichnet.

[0036] Die Kommunikationsinfrastruktureinrichtung 3, die aus einem Datenkonzentrator bestehen kann, befindet sich an entfernten Standorten und kann aus einer Reihe von Geräten wie Computern, SPS oder anderen Geräten bestehen, die mit Feldinstrumenten wie dem Stromzähler 2 oder dem Gas- oder was auch immer Zähler 2 verbunden sind.

[0037] Die Steuerung und Verwaltung des Messsystems 1, insbesondere des Stromzählers 2, im Folgenden auch als Zähler 2 bezeichnet, und der Verwaltungsvorrichtung 4 und/oder der Admin-Vorrichtung 5 erfolgt mit Hilfe eines Computerprogramms. Das Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Datenträger bereitgestellt werden, der für den Zugriff durch den Stromzähler 2 und/oder die Verwaltungsvorrichtungen 4, 5 konfiguriert ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Computerprogramm auf einem Datenträgersignal bereitgestellt werden. Das Datenträgersignal oder jede andere Art von Daten und/oder Informationen kann über Energie- und/oder Informationsübertragungsleitungen zwischen dem Zähler 2 und der Verwaltungsvorrichtung 4 oder der Verwaltungsvorrichtung 5 ausgetauscht werden. Die Energie- und/oder Informationsübertragungsleitungen können drahtgebunden und/oder drahtlos ausgeführt sein. Für den Empfang und das Senden von Daten und Informationen über die Energie- und/oder Informationsübertragungsleitung ist der Stromzähler 2 mit Übertragungsmitteln in Form einer drahtgebundenen oder drahtlosen Kommunikationsleitung, einer Antenne oder ähnlichem ausgestattet. Darüber hinaus umfasst das Strommesssystem 1 elektrische Leitungen in Form von Kabeln oder Drähten zur Übertragung der vom Stromzähler 2 zu messenden elektrischen Leistung.

[0038] Fig. 2zeigt eine weitere schematische Darstellung einer beispielhaften schematischen architektonischen Darstellung eines Elektrizitätsmesssystems 1, das einen Stromzähler oder Smart Meter 2, eine Head-End-System-Vorrichtung (HES) 4, ein zusätzliches System oder Verwaltungsvorrichtung 5 und ein Speichergerät 6 umfasst. Alle Geräte oder Systeme sind über ein Netzwerk 7 miteinander verbunden.

[0039] Fig. 3zeigt einen beispielhaften Aufbau eines von einem Stromzähler 2 erzeugten intelligenten Zählerprofilprotokolls gemäss der vorliegenden Erfindung.

[0040] Fig. 3 zeigt die Zählerdaten 30 mit den Zählerdatensätzen 300, 301, 302, ...300n in verschiedenen Spalten und Zeilen. Als erster Wert 31 werden in der ersten Spalte Zeitwerte erfasst und nach Reihenfolge sortiert dargestellt. Als zweiter Wert 32 werden Werte oder Ereignisnummern angegeben. Weitere Spalten können Status oder weitere Werte anzeigen. Auf der rechten Seite der Tabelle ist eine erste digitale Signatur D1 dargestellt. Diese erste digitale Signatur D1 resultiert aus dem Signieren des Zählerdatensatzes 300. Anschliessend ist ein nächster Zählerdatensatz 301 dargestellt, der mit der ersten digitalen Signatur D1 und einer zweiten digitalen Signatur D2 signiert ist, wie in der rechten Spalte angegeben. Ein weiterer Zählerdatensatz 302 und die zweite digitale Signatur D2 werden mit einer dritten digitalen Signatur D3 signiert und so weiter.

[0041] Mit der jeweiligen Signatur D1, D2, D3, ... Dn über die gesamte Datenzeile ist es möglich, die Authentizität der Zählerdaten 30 im Profilprotokoll zu beweisen. Mit anderen Worten, durch Hinzufügen und Verwenden der Signatur der vorherigen Erfassungszeile zu jeder Zeile ist es möglich, einen Audit-Trail 10 zu bilden, der alle Daten vom ersten bis zum letzten Eintrag miteinander verbindet.

[0042] Fig. 4zeigt eine beispielhafte Struktur eines Ereignisprotokolls für intelligente Zähler gemäss der vorliegenden Erfindung.

[0043] Fig. 4 zeigt Zählerdaten 40 mit mehreren Zählerdatensätzen 400, 401, 402, ...400n in verschiedenen Spalten. Als erster Wert 41 werden in der ersten Spalte die erfassten Ereignisse angezeigt und der Reihe nach aufgelistet. Als zweiter Wert 42 können Ereigniswerte oder Ereignisinformationen gespeichert sein. Weitere Spalten können einen Status und/oder weitere Werte wie Zeit und/oder Datum anzeigen. Auf der rechten Seite der Abbildung ist eine erste digitale Signatur D1 abgebildet. Diese erste digitale Signatur D1 resultiert aus dem Signieren des Zählerdatensatzes 400 mit dem Ereignis 245. Anschliessend ist ein nächster Zählerdatensatz 401 dargestellt, der mit dem Ereignis 280 und der ersten digitalen Signatur D1 mit einer zweiten digitalen Signatur D2 signiert ist, wie in der rechten Spalte angegeben. Ein weiterer Zählerdatensatz 402 mit Ereignis Nr. 2 und der zweiten digitalen Signatur D2 wird mit einer dritten digitalen Signatur D3 signiert.

[0044] Mit der jeweiligen Signatur D1, D2, D3, ... Dn über die gesamte Datenzeile ist es möglich, die Authentizität der Zählerdaten 40 im Ereignisprotokoll zu beweisen. Mit anderen Worten, durch Hinzufügen und Verwenden der Signatur der vorherigen Erfassungszeile zu jeder Zeile ist es möglich, einen Audit-Trail 10 zu bilden, der alle Daten vom ersten bis zum letzten Eintrag verknüpft.

[0045] Fig. 5zeigt eine beispielhafte Darstellung des Signierens und Übertragens von Zählerdaten 30 aus dem Profilprotokoll und der Inversion zur Verifizierung.

[0046] Zeile I. zeigt von links nach rechts die Entwicklung eines Zählerdatensatzes 300. Aus dem Zählerdatensatz 300 wird ein Hashwert 300H erzeugt. Dieser Hashwert 300H wird mit einer ersten digitalen Signatur D1 signiert. Der auch als signierte Zählerdaten 30' bezeichnete Wert 300H/D1 wird an das HES bzw. die Verwaltungsvorrichtung 4 und/oder die Verwaltungsvorrichtung 5 übermittelt. Anschliessend wird, wie in Zeile II. angegeben, aus einem nächsten Zählerdatensatz 301 ein Hashwert 301 H+D1 generiert. Dieser Hashwert 300H+D1 wird mit einer zweiten digitalen Signatur D2 signiert. Der Wert 301H/D1D2 bzw. die signierten Zählerdaten 30' werden an das HES bzw. Verwaltungsvorrichtung 4 und/oder Admin-Vorrichtung 5 übermittelt. Anschliessend wird in einem weiteren Schritt, wie in Zeile III. angegeben, aus einem weiteren Zählerdatensatz 302 ein Hashwert 302H+D2 erzeugt. Dieser Hashwert 302H+D2 wird mit einer dritten digitalen Signatur D3 signiert. Der Wert 302H/D2D3 bzw. die signierten Zählerdaten 30' werden an das HES bzw. Verwaltungsvorrichtung 4 und/oder Admin-Vorrichtung 5 übermittelt. Der Wert 302H/D2D3 enthält die erste digitale Signatur D1 und die zweite digitale Signatur D2.

[0047] Die signierten Zählerdaten 30' können auf der HES-Vorrichtung 4 und/oder einem weiteren Admin-Vorrichtung 5 und/oder dem Speichergerät 6, wie in Fig. 2 dargestellt, gespeichert werden. Mit einem jeweiligen öffentlichen Schlüssel PK (Public Key), wie in Zeile III' angegeben, kann eine Inversion zur Verifizierung durchgeführt werden, um den Wert 302H und den Zählerdatensatz 302 abzuleiten. In einem weiteren Schritt kann, wie in Zeile II' angegeben, eine Invertierung zur Verifizierung durch die HES-Vorrichtung 4 und/oder ein anderes Admin-Vorrichtung 5 durchgeführt werden, um den Wert 301H und/oder den Zählerdatensatz 301 abzuleiten. In einem weiteren Schritt, wie in Zeile I' angegeben, kann eine Invertierung zur Verifizierung durch die HES-Vorrichtung 4 und/oder eine andere Admin-Vorrichtung 5 durchgeführt werden, um den Wert 300H und den Zählerdatensatz 300 abzuleiten.

[0048] Alle Daten vom ersten bis zum letzten Eintrag werden verknüpft, so dass ein Daten-Audit-Trail 10 entsteht und die Zählerdaten 30 bzw. Zählerdatensätze 300, 301, 302 usw. überprüfbar sind.

[0049] Fig. 6zeigt eine beispielhafte Darstellung von signierten Zählerdaten unter Auslassung der reinen Zählerdaten 300, 301, 302 Es kann gewünscht sein, dass die Zählerdaten nach einer bestimmten Zeit nicht mehr zugänglich sind. In diesem Fall können die reinen Zählerdaten 300, 301, 302 gelöscht werden, aber die Integrität der Zählerdaten ist immer noch über die angegebene Audit-Trail 10 überprüfbar.

[0050] Mit der vorgeschlagenen Struktur der Signaturen ist es möglich, einen vollständigen Audit-Trail 10 über alle Ebenen der Zähler- oder intelligenten Zählersysteme 1 und der zugehörigen Drittsysteme 4, 5 zu führen. Selbst wenn nur die neuesten Daten an ihrem Ursprung, z. B. im Zähler 2, verfügbar sind, können alle Daten in einem beliebigen übergeordneten System 4, 5, 6 anhand der Daten/Signatur im Zähler 2 validiert werden.

[0051] Fig. 7zeigt eine beispielhafte Darstellung eines Stromzählers 2 oder Zählers 2. Das Diagramm veranschaulicht verschiedene Funktionen des Zählers 2.

[0052] Haupteingaben 70 des Zählers 2 sind Anschlüsse für Phasenspannungen (U1, U2, U3), Phasenströme (11, 12, 13) und Neutralleiter N zur Verarbeitung in einem Messsystem 71 und für eine dreiphasige Stromversorgung 72 des Zählers 2 und anderer Module 73. Der Zähler 2 umfasst einen Mikroprozessor 74.

[0053] Der Zähler 2 hat als Ausgänge eine lokale Schnittstelle 73, einen optischen Prüfausgang 76 und eine LCD-Anzeige 7 zum lokalen Ablesen der registrierten Werte.

[0054] Das Messsystem 71 besteht aus drei unabhängigen einphasigen Messsystemen. Die Eingangsschaltungen, Spannungsteiler und Sensorchip, erfassen Spannung und Strom der einzelnen Phasen. A/D-Wandler digitalisieren diese Werte und führen sie Signalprozessoren zu, die die digitalen Rohwerte berechnen und an den Mikroprozessor 74 weiterleiten. Der Signalprozessor kalibriert die Rohwerte aus dem Messsystem 71 und ermittelt über eine Sekunde gemittelt folgende Messwerte: Wirk- und Blindleistung pro Phase sowie Phasenspannungen, -ströme und -winkel.

[0055] Zur Temperaturkompensation dienen die Temperaturwerte, die von einem Temperatursensor 75 an den Mikroprozessor 74 weitergegeben werden.

[0056] Anstelle eines Gerätetaktes kann ein Sekundenindex 78 verwendet werden. Der Sekundenindex 78 kann zur Erzeugung eines Erfassungszeitraums des Lastprofils, zur Übertragung des Erfassungszeitraums, als Zeitstempel in Lastprofilen und Ereignisprotokollen und als Zeitbasis verwendet werden. Der Sekundenindex 78 ist eine streng monoton steigende natürliche Zahl, die jede Sekunde um eins mit der Taktgenauigkeit des Taktgebers erhöht wird. Sie ist eine vorzeichenlose Ganzzahl mit 32-Bit und kann eine Zeitspanne von etwa 135 Jahren abdecken. Der Sekundenindex 78 kann während der Lebensdauer des Zählers 2 nicht zurückgesetzt werden und benötigt daher im Gegensatz zu einem herkömmlichen Gerätetakt keine Einstell- oder Synchronisationsmechanismen. Eine Gangreserve ermöglicht eine Leistung von >150 h.

[0057] Ein nichtflüchtiger Flash-Speicher 79 dient der Aufzeichnung des Lastprofils und enthält auch Konfigurationsdaten. Ein weiterer Flash-Speicher enthält erstere und, falls vorhanden, die neu heruntergeladene Firmware. Auf diese Weise sind sowohl die Zählerdaten 30, 40 als auch die Firmware gegen Verlust durch Spannungsausfälle gesichert.

[0058] Die Eingangssignale des Zählers 2 sind die analogen Stromwerte I1, I2 und I3 und die ana-log Spannungswerte U1, U2 und U3. Das Messsystem 71 erzeugt aus den analogen Eingangssignalen kalibrierte digitale Rohwerte für Spannung und Strom jeder Phase. Der Signalprozessor (DSP) berechnet aus den Spannungs- und Stromrohwerten jeder Phase die folgenden digitalen Mittelwerte, jeweils gemittelt über eine Sekunde: Wirkleistungen P1, P2 und P3 (mit Vorzeichen der Energierichtung) Blindleistungen Q1, Q2 und Q3 (mit Vorzeichen der Energierichtung) Phasenspannungen U1, U2, U3 Phasenströme I1, I2, I3 und Neutralleiterstrom IN Phasenwinkel zwischen den Spannungen U1 und U2 sowie zwischen U1 und U3

[0059] Es ist möglich, die Summe der drei Phasen, die einzelnen Phasen, Phasenwinkel zwischen Spannung und Strom sowie den Winkel zwischen den Spannungen U1 - U2 und U1 - U3 zu erfassen.

[0060] Der Mikroprozessor 74 kalibriert die Rohwerte der Signalprozessoren und errechnet die folgenden, über 1 Sekunde gemittelten Messwerte: Wirkleistungen P1, P2 und P3 Wirkleistung P, Summe aus L1, L2, L3 Wirkenergie-Import +A, Summe aus L1, L2, L3 Wirkenergieexport -A, Summe aus L1, L2, L3 Blindenergie R1, R2, R3, R4 Phasenströme I1, I2, I3 und Neutralleiterstrom IN Phasenspannungen U1, U2, U3 Phasenwinkel U2 zu U1; Phasenwinkel U3 zu U1 Phasenwinkel I1 zu U1 Phasenwinkel I2 zu U2 Phasenwinkel I3 zu U3

[0061] Die im Messsystem 71 periodisch erzeugten Daten werden vom Mikroprozessor oder der Verarbeitungseinheit 74 zu signierten Messdaten oder Datentupeln weiterverarbeitet.

[0062] Die Messdaten werden jede Sekunde über einen lokalen Bus gesendet und enthalten die folgenden Werte: aktuelle Inhalte der Gesamtregister: +A, -A, R1, R2, R3, R4 aktueller Status aktueller Sekundenindex Gerätekennung (MAC-Adresse) Signatur für +A, R1, R4 (Datenpaket importieren) Signatur für -A, R2, R3 (Datenpaket exportieren)

[0063] Es sind Signaturen vorhanden, die eine interessengruppenbezogene (Import/Export) Datenauswertung ermöglichen. Das Signaturverfahren basiert auf einem ECC-Verfahren (Elliptic Curve Cryptography oder Elliptische-Kurven-Kryptografie). Der zum Signieren verwendete geheime Schlüssel ist im Zähler 2 gespeichert und kann nicht ausgelesen werden. Der zur Verifizierung der Signatur verwendete Schlüssel kann über die lokale Kommunikationsschnittstelle 3 ausgelesen und auf ein Typenschild des Zählers 2 gedruckt werden.

[0064] In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Mikroprozessor- oder Verarbeitungseinheit 74 des Stromzählers 2 mindestens einen mikroelektronischen Primärprozessor, Speicher, Oszillator und/oder unterstützende Schaltungen. Eine Kommunikationseinheit umfasst eine Kommunikationsmikroelektronik, wie z.B. mindestens einen Transceiver oder Funksender zur Kommunikation über Übertragungsmittel oder die lokale Schnittstelle 73. Die Stromversorgungseinheit 72 des Stromzählers 2 umfasst Stromversorgungsschaltungen und Mikroelektronik zur Umwandlung der Netzversorgungsspannung in Spannungen, die für den Betrieb der internen Zählerschaltungen und -komponenten geeignet sind. Die Versorgungsspannungen für die Zählerelektronik werden aus dem Drehstromnetz abgeleitet. Es können Phasenspannungen zwischen 46 V und 1500 V verwendet werden.

[0065] Fig. 8zeigt ein beispielhaftes Flussdiagramm, das die Schritte zur Erstellung eines Daten-Audit-Trails 10 gemäss der vorliegenden Erfindung illustriert. Bei der Laufzeitlogik handelt es sich um computerlesbare Anweisungen, wie Software und/oder Firmware, die zumindest einen Teil des Computerprogramms bilden, das von dem Zähler 2 auszuführen ist.

[0066] In einem ersten Schritt S1 wird ein Zählerdatensatz 300, 400 erfasst, der zumindest einen ersten Wert 31, 41 und einen zweiten Wert 32, 42 umfasst. In einem zweiten Schritt S2 wird der Zählerdatensatz 300, 400 mit einer ersten digitalen Signatur D1 signiert. In einem anschliessenden Signierschritt S3 werden ein nächster Zählerdatensatz 301, 401 und die erste digitale Signatur D1 mit einer zweiten digitalen Signatur D2 signiert. In einem weiteren nachfolgenden Signierschritt S4 werden ein weiterer Zählerdatensatz 302, 402 und die zweite digitale Signatur D2 mit einer dritten digitalen Signatur D3 signiert, wodurch der verifizierbare Daten-Audit-Trail 10 entsteht.

[0067] In einer bevorzugten Ausführungsform wird vor dem anschliessenden Signieren des Zählerdatensatzes 300, 301, 302, ... 300n; 400, 401, 402, ... 400n ein Hash-Wert 300h, 301h, 302h, ...; 400h, 401h, 402h, ... erzeugt. Digitale Signaturen werden in der Regel auf Hash-Werte angewendet, die grössere Daten wiedergeben.

[0068] Mit Hash- und digitalen Signaturfunktionen können die Zählerdaten 30, 40 zu signierten Zählerdaten 30', 40' digital signiert werden, so dass jeder andere Benutzer überprüfen kann, dass die Daten seit ihrer Signierung nicht verändert wurden. Auch die Identität des Zählers 2, der die Daten signiert hat, kann überprüft werden. Eine digitale Signatur kann aus einer kleinen Menge von Binärdaten bestehen, in der Regel weniger als 256 Byte. Die Signatur wird mit dem Zählerdatensatz gebündelt und gespeichert. Der nächste Zählerdatensatz wird unter Einbeziehung der vorherigen Signatur signiert usw.

[0069] Kryptografische digitale Signaturen verwenden öffentliche Schlüsselalgorithmen, um die Datenintegrität zu gewährleisten. Wenn die Zählerdaten 30, 40, d. h. ein Zählerdatensatz mit einer digitalen Signatur und der nächste Zählerdatensatz mit einer weiteren digitalen Signatur signiert wird, kann eine andere Person die Signaturen überprüfen und nachweisen, dass die Daten vom Zähler 2 stammen und nach der Signatur nicht verändert wurden, d. h. die Datenintegrität überprüfen.

[0070] Abweichungen von den oben beschriebenen Ausführungsformen sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich.

[0071] Das Elektrizitätsmesssystem 1 kann Stromzähler 2, Verwaltungsvorrichtung 4, 5, Computerprogramme, computerlesbare Datenträger, Datenträgersignale, Energie- und/oder Informationsübertragungsleitungen, Übertragungsmittel und/oder elektrische Leitungen in beliebiger Anzahl und Form umfassen, die zur Realisierung einer gewünschten Konfiguration zum Betrieb, zur Überwachung und/oder zur Steuerung des Elektrizitätsmesssystems 1 und insbesondere der darin enthaltenen Stromzähler 2 erforderlich sind.

[0072] Die Verwaltungsvorrichtung 4, 5, das Übertragungsmittel, die Verarbeitungseinheit 74, die Kommunikationseinheit oder die lokale Schnittstelle 73 und/oder die Stromversorgungseinheiten 72 können jede Art von elektrotechnischen Datenverarbeitungs-, Speicher-, Schnittstellen- und/oder Betriebsmitteln in beliebiger Anzahl und Form umfassen. Die Energie- und/oder Informationsübertragungsleitungen können als jede Art von drahtgebundenen und/oder drahtlosen Mitteln zur Übertragung von Energie, insbesondere elektrischer Energie, und/oder Informationen, wie z.B. analoge und/oder digitale Daten, einschliesslich jeder Art von Computer-Softwareprogrammen, Schnittstellen, Modulen und/oder Funktionen, sowie Kommunikationssystemen, wie z.B. das Global System for Mobile Communications (GSM), DLMS/COSEM, Power-Line-Kommunikation (PLC), und dergleichen, ausgeführt werden.

[0073] Die Funktionen, die von den Elementen, Einheiten und Modulen des Messsystems 1 ausgeführt werden, können als Hardware und/oder Software implementiert werden, um von einer einzelnen Einheit und/oder mehreren Einheiten innerhalb des Stromzählers 2 und/oder der Verwaltungseinrichtung 4, 5 ausgeführt zu werden. z. B. Cloud-Speichergeräte, Mikrochips, Flash-Laufwerke, EEPROM, Disketten, Karten, Bänder und Trommeln, Bänder, optische Platten, auf denen computerlesbarer Programmcode (z. B., Software oder Firmware), wie z. B. das Computerprogramm, das vom (Mikro-)Prozessor ausgeführt werden kann, Logikgatter, Schalter, Schnittstellen, Gatter, Sende- und Empfangsgeräte, ein anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis (ASIC), eine programmierbare logische Steuerung und/oder ein eingebetteter Mikrocontroller, zum Beispiel. Insbesondere kann der Stromzähler 2 und/oder die Verwaltungsvorrichtung 4, 5 so konfiguriert werden, dass sie jede Art von Messung, Berechnung, Kalkulation, Verarbeitung, Erzeugung, Bestimmung, Entscheidung, Überwachung und/oder Steuerung, wie hier beschrieben, durchführen.

[0074] Ein Verfahren nach der vorliegenden Erfindung kann die Schritte S1 bis S4 beliebig oft und in beliebiger Form umfassen, um einen Daten-Audit-Trail 10 zu erstellen. Neben den hierin beschriebenen Stromzählern 2 kann ein erfindungsgemässes Verfahren sowie entsprechende Systeme 1 mit Verwaltungseinrichtung 4, 5, Computerprogrammen, computerlesbaren Datenträgern, Datenträgersignalen, Energie- und/oder Informationsübertragungsleitungen, Übertragungsmitteln und/oder elektrischen Leitungen zur Erstellung von Datenprotokollen für die Kommunikation zwischen beliebigen elektrischen Geräten, Apparaten und/oder Vorrichtungen, wie z.B. Haushaltsgeräten, Computern, Transformatoren, Generatoren, Motoren o.ä., insbesondere Geräten mit relativ grosser Leistungsaufnahme, -durchsatz und/oder -abgabe verwendet werden. Entsprechende elektrische Geräte, Apparate und/oder Vorrichtungen selbst und/oder entsprechende Verwaltungsvorrichtungen können so konfiguriert sein, dass sie ein Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung durchführen.

Bezugszeichenliste

[0075] 1 Elektrizitätsmesssystem 2 Stromzähler 3 Kommunikationsinfrastrukturvorrichtung 4 HES oder Verwaltungsvorrichtung 5 beliebiges System oder Verwaltungsvorrichtung 6 Datenspeicherung 7 Netzwerk 30, 40 Zählerdaten 30' signierte Zählerdaten 31, 41 erster Wert 32, 42 zweiter Wert 300 Zählerdatensatz 301 nächster Zählerdatensatz 302 weiterer Zählerdatensatz 400 Zählerdatensatz 401 nächster Zählerdatensatz 402 weiterer Zählerdatensatz 70 Haupteingaben 71 Messsystem 72 Stromversorgung 73 Ausgaben, andere Module, oder lokale Schnittstellen 74 Mikroprozessor oder Verarbeitungseinheit 75 Temperatursensor 76 optischer Prüfausgang 77 LCD-Anzeige 78 Sekundenindex 79 nichtflüchtiger Flash-Speicher D1 erste digitale Signatur D2 zweite digitale Signatur D3 dritte digitale Signatur h, H Hash-Wert S1 erster Schritt S2 zweiter Schritt S3 dritter Schritt S4 vierter Schritt

Claims (15)

1. Verfahren zum Erstellen eines Daten-Audit-Trails (10) für Zählerdaten (30, 40) eines Zählers (2), das die folgenden Schritte umfasst: Erfassen (S1) eines Zählerdatensatzes (300, 400) mit mindestens einem ersten Wert (31, 41) und einem zweiten Wert (32, 42); Signieren (S2) des Zählerdatensatzes (300, 400) mit einer ersten digitalen Signatur (D1), und anschliessendes Signieren (S3) eines nächsten Zählerdatensatzes (301, 401) und der ersten digitalen Signatur (D1) mit einer zweiten digitalen Signatur (D2).

2. Das Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend den Schritt des anschliessenden Signierens eines weiteren Zählerdatensatzes (302, 402) und der zweiten digitalen Signatur (D2) mit einer dritten digitalen Signatur (D3).

3. Das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend den Schritt des Erzeugens eines Hash-Wertes (300h, 301h, 302h; 400h, 401h, 402h) aus dem Zählerdatensatz (300, 301, 302; 400, 401, 402) vor dem darauffolgenden Signieren des Zählerdatensatzes (300, 301, 302; 400, 401, 402).

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zählerdatensatz (300, 301, 302) einen Zeitstempelwert (31) umfasst.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Zählerdatensatz (300, 301, 302) mindestens einen Messwert (32) umfasst. (Messwerttupel)

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zählerdatensatz (400, 401, 402) mindestens einen ereignisbezogenen Wert (41) umfasst.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, fermer umfassend den Schritt des Übertragens eines oder mehrerer signierter Zählerdatensätze an ein externes Gerät (3, 4, 5).

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Übertragung in Intervallen erfolgt, wobei die Intervalle durch die Zeit oder ein Ereignis definiert sind.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedes digitale Zeichen einen öffentlichen Schlüssel des Zählers umfasst. (asymmetrischer Kryptographie, Elliptische-Kurven-Kryptografie)

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend den Schritt der Validierung der signierten Zählerdaten (30') durch Privatschlüssel-Kryptographie.

11. Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend den Schritt des Entschlüsselns von Hashwerten signierter Zählerdaten.

12. Zähler (2), der so konfiguriert ist, dass er das Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11 ausführt.

13. Messsystem (1) mit mindestens einem Zähler (2) nach Anspruch 12 und/oder mindestens einer Verwaltungsvorrichtung (4, 5), die zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 konfiguriert ist.

14. Computerprogramm zum Erstellen eines Daten-Audit-Trails für Zählerdaten eines Zählers (2), mit Anweisungen, die bei Ausführung des Computerprogramms durch einen Zähler (2) und/oder eine Verwaltungsvorrichtung (4, 5) in einem Messsystem (1) den Zähler (2) und/oder die Verwaltungsvorrichtung (4, 5) veranlassen, die Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 auszuführen.

15. Computerlesbarer Datenträger, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 14 gespeichert ist.