CN114579988A - 用于在去中心化的事务数据库中可信赖地提供测量数据的方法和智能测量计数器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在去中心化的事务数据库中可信赖地提供智能测量计数器的至少一个传感器的测量数据的方法，所述方法包括：形成测量数据集，所述测量数据集包括在至少一个时刻由所述至少一个传感器检测的测量数据；通过所述测量计数器在使用密钥的情况下对所述测量数据集进行数字签名；通过所述测量计数器，将经数字签名的测量数据集发送到第一协议，第一协议实现为在所述事务数据库上自动地实施的计算机协议；通过验证协议，在使用与所述密钥相对应的公钥的情况下对经数字签名的测量数据集进行验证；如果所述测量数据集成功地被验证，则将测量数据集提供给至少一个第二协议，第二协议实现为在事务数据库上自动地实施的计算机协议。

Description

用于在去中心化的事务数据库中可信赖地提供测量数据的方 法和智能测量计数器

技术领域

本发明涉及一种在去中心化的事务数据库中可信赖地(vertrauenswürdig)提供智能测量计数器(所谓的“智能仪表”)的至少一个传感器的测量数据的方法，以及一种智能测量计数器和用于执行所述方法的计算机程序。

背景技术

“智能仪表”(也称为智能测量计数器或智能测量系统)是检测测量数据(如电消耗或电产生)的测量设备(如电表)，并通过网络主要传输给测量点运营商(Messstellenbetreiber)，也可能传输给所谓的“智能家居(Smart Home)”应用(智能家居技术)。还可以从这种测量计数器中接收数据，例如收费变化

在联邦安全与信息技术局(BSI)方面，对确保当今网络基础设施中的通信安全提出要求。这些要求尤其还涉及网络点运营商对以下的责任：测量计数器的正确运行，和向网络运营商(如能源供应商)正确报告测量点数据。因此，负责任遵守所述要求的网络点运营商在此处于中心的位置。

在去中心化的供应网络中(如电力、天然气或水)，测量数据(如消耗数据和产生数据)必须被传递给“智能合约”(Smart Contract，德：intelligenter Vertrag)。“智能合约”在分布式账本技术(Distributed-Ledger-Technologien，DLT，德语：Technik verteilterKontobücher)的范畴中为人所知。在DLT的范畴中，使用了去中心化的事务数据库(如区块链，Blockchain)，其中不仅存储智能合约，而且记录由它们以自动化的形式触发的事务(Transaktionen)(例如，借助通过哈希加密的事务块的链)。

在这种去中心化的供应网络中，不存在确保传输数据可信度(Vertrauenswürdigkeit)的、中心的机构。在去中心化的供应网络中，必须确保传输给“智能合约”的数据的正确性，而不需要信任机构(测量点运营商)来承担对数据的正确性的责任。

发明内容

根据本发明，提出一种根据本发明的用于在去中心化的事务数据库中可信赖地提供智能测量计数器的至少一个传感器的测量数据的方法，以及一种根据本发明的智能测量计数器和一种根据本发明的用于执行所述方法的计算机程序。有利的构型在以下说明书中给出。

用于在去中心化的事务数据库中可信赖地提供智能测量计数器的至少一个传感器的测量数据的方法包括：形成测量数据集，该测量数据集包括在至少一个时刻由至少一个传感器检测的测量数据；通过测量计数器在使用密钥的情况下对测量数据集进行数字签名；通过测量计数器将经数字签名的测量数据集发送到第一协议，该第一协议实现为在事务数据库上自动地实施的计算机协议；通过验证协议，在使用与密钥相对应的公钥的情况下对经数字签名的测量数据集进行验证；如果测量数据集成功地被验证，则将测量数据集提供给至少一个第二协议，该第二协议实现为在事务数据库上自动地实施的计算机协议。

根据本发明实现，能够将由智能测量计数器检测和传输的测量数据(如消耗数据和产生数据)唯一明确地(eindeutig)分配给一个测量点，从而分配给一个网络连接点，并且能够安全地提供或者说传递给去中心化的供应网络的去中心化的事务数据库中的协议或者说智能合约单元。

原则上，智能合约可以被视为一种计算机协议或计算机程序，所述计算机协议或计算机程序描绘合约，尤其能够以自动化的形式实现合约的进行和遵守。这种计算机协议(“智能合约”)可以通过使用去中心化的数据库(例如区块链)中的编程语言来实现。为此例如：使用编程语言Solidity，该语言专为实现这些计算机协议而开发，并用于例如在以太坊或者说“以太坊虚拟机”中使用。在智能电表的情况下，协议可以涉及所交付的电供给的结算(Abrechnung)。

在该申请中，术语“协议”被用于“智能合约”。如此，协议实现为自动地实施的计算机协议或计算机程序。协议通常包括存储在事务数据库中的程序代码和/或数据。协议自动地被实施，而不必自己来调用，也就是说，编入程序代码的流程自动地执行，例如，对确定的条件的存在作出反应。在实施协议或程序代码时，可能会出现数据或数据被改变；这通过事务数据库以事务的形式存储(在例如区块链的区块中)。因此，协议实现为在事务数据库上自动地实施的计算机协议。事务数据库可以作为区块链来实现。

对于数字签名使用非对称的方法，即使用具有密钥和公钥(它们共同地作为一个对一起产生)的钥对(Schlüsselpaar)。密钥存储在测量计数器中，理想情况下仅对于测量计数器已知。例如，可以使用RSA(以Rivest、Shamir和Adleman命名)或DSA(英：DigitalSignature Algorithm，数字签名算法)作为数字签名方法。

该方法优选包括通过寄存器协议(Registerprotokoll)将测量数据集存储在事务数据库中，该寄存器协议是至少一个第二协议之一。因此能够永久地保存测量数据并在以后的时刻进行检查。

优选地，该方法包括通过一个或多个第三协议来调用包含在测量数据集中的测量数据，该第三协议实现为在事务数据库上自动地实施的计算机协议；其中，进一步优选地，必要时寄存器协议实现调用功能(Abruffunktion)，该调用功能被一个或多个第三协议调用，在调用后，该调用功能返还(zurückgeben)包含在测量数据集中的测量数据。这尤其能够实现将存储的测量数据或其子集能够提供给任何其他(第三)协议。

该方法优选此外包括：通过第一协议向测量计数器发送数据和/或指令；通过测量计数器接收数据和/或指令；以及通过测量计数器基于数据执行设置和/或执行指令。如此，协议例如能够改变智能测量计数器上的设置或调用测量数据。

在测量计数器中优选提供安全的运行时环境(Laufzeitumgebung)，在运行时环境中形成测量数据集并对所述测量数据集进行数字签名。由此可以防止对测量计数器中的测量数据的操纵(Manipulation)。

根据本发明的智能测量计数器具有至少一个传感器和计算单元，其中，至少一个传感器设置用于检测测量数据，计算单元设置用于形成测量数据集，该测量数据集包括在至少一个时刻由至少一个传感器检测的测量数据，在使用私钥的情况下对测量数据集进行数字签名，并将经签名的测量数据集发送到第一协议，该第一协议实现为在事务数据库上自动地实施的计算机协议。因此，根据本发明的计算单元、例如智能测量计数器中的计算单元或用于传输通过传感器检测的测量数据的网关，尤其通过编程技术设置用于执行根据本发明的方法或其部分步骤。

计算单元优选此外设置用于提供安全的运行时环境，在安全的运行时环境中实施以下步骤：计算单元设置用于执行所述步骤。如此能够确保步骤的执行免于操纵。

智能测量计数器优选设置用于，从第一协议接收数据和/或指令，其中，计算单元此外设置用于基于所述数据执行设置和/或执行指令。

根据本发明的计算机程序促使计算单元：形成测量数据集，该测量数据集包括在至少一个时刻由至少一个传感器检测的测量数据；在使用私钥的情况下对测量数据集进行数字签名；将经签名的测量数据集发送到第一协议，该第一协议实现为在事务数据库上自动地实施的计算机协议；并且优选地，基于从第一协议接收的数据执行设置和/或执行从第一协议接收的指令。

有利地，根据本发明的方法还以具有用于执行所有方法步骤的程序代码的计算机程序或计算机程序产品的形式实施，因为这导致特别低的成本，尤其是当进行实施的控制设备还用于其他任务并且因此无论如何都存在时。用于提供计算机程序的合适的数据载体尤其是磁、光和电存储器，例如硬盘驱动器、闪存、EEPROM、DVD等。程序也能够通过计算机网络(因特网、内联网等)下载。

由说明书和附图得出本发明的其他优点和构型。

附图说明

本发明在附图中根据示例性实施例示意性地示出，并且以下参考附图进行描述。

图1示出根据本发明的方法的一种优选实施方式的流程以及所涉及的单元的相关结构；

图2示出根据该方法的一种优选的实施方式的流程图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的方法的一种优选的实施方式的流程以及所涉及的单元的相关结构。智能测量计数器102包括检测测量数据的传感器104，以及用于应用108的安全的运行时环境106，应用通过包括在测量计数器中的计算单元来实现或实施。未进一步示出的计算单元可以包括例如处理器和存储器，其中，应用是通过处理器实施的计算机程序。安全的运行时环境106为应用108的实施提供可信赖的环境。运行时环境106可以包括硬件部件(例如，所谓的“可信赖平台模块”(Trusted Platform Module))和软件部件(即，在处理器中实施的计算机程序)。传感器104与运行时环境106相连接，使得可以传输测量数据，这种连接或者说传输可以是有线或无线的。一般来说，智能测量计数器可以包括多个传感器。例如可以使用用于测量温度、压力、水消耗、能量消耗、能量产生、电消耗、电产生等的传感器。

由传感器104检测的测量数据被传输(箭头120)给在安全的运行时环境106中实施的应用108。一个或多个时刻的测量数据通过应用108合并成一个测量数据集，并且该测量数据集通过应用108来进行数字签名。将非对称加密方法用作数字签名方法。使用由密钥或者说私钥(签名钥)与相应的公共钥(验证钥)组成的钥对，其中，借助密钥来计算信息或数据(在此为测量数据集)的值，并且借助公钥基于该值验证信息或数据的正确性，即检查信息/数据的完整性和来源。密钥/私钥通过智能测量计数器存储在运行时环境中，用于对测量数据集进行数字签名。

具有测量数据的经数字签名数据集通过应用108被发送(箭头122)或者说传输到第一协议110。第一协议110例如在一个去中心化的事务数据库112中实现，尤其是在区块链中，例如在以太坊中，其中，例如Solidity被用作编程语言。在第一协议110中实现自动化的流程图，其能够在事务数据库内实施事务，也就是说，第一协议实现为在事务数据库上自动地实施的计算机协议。第一协议和下面列出的其他协议可以视为所谓的“智能合约”。

通过第一协议110，即借助执行实现该协议的计算机程序的实施，可以基于数字签名验证数据或测量数据集的可信赖度，其中，第一协议为此使用公钥。因此，测量数据的来源和正确性得到保证，测量数据可以由第一协议110提供给至少一个第二协议(第二协议再次实现为在事务数据库上自动地实施的计算机协议)，第二协议根据测量数据执行预给定的过程或行动。这种第二协议例如可以实现能量供应公司和客户之间的购电合约，其中，传感器测量客户的电消耗，第二协议以自动化的形式结算相应价格。

优选地，设置寄存器协议114(寄存器协议实现为在事务数据库上自动地实施的计算机协议)，寄存器协议是第二协议之一。该寄存器协议114从第一协议接收(箭头126)经验证的测量数据集，并设置用于(即，寄存器协议包括相应的流程图、或者包括实现它的自动化的计算机程序)将经验证的测量数据集存储在事务数据库中。此外，寄存器协议114可以提供调用功能，可由其他第三协议(第三协议又实现为在事务数据库上自动地实施的计算机协议)调用，以获得测量数据，即，寄存器协议将存储的测量数据传递给进行调用的第三协议。当然，在此可以在调用功能中设置调用参数，这使得进行调用的第三协议能够调用确定的测量数据，例如在确定的时间段内的测量数据。然后，正是这些第三协议可以基于测量数据执行预给定的过程或行动。因此，上述购电合约的示例是第三协议。寄存器协议、即其功能性也可以已经包括在第一协议中(与图1中示出的不同)。

此外可能的是，将数据和/或指令从第一协议发送(箭头124)到智能测量计数器102或应用108。然后，所述数据和/或指令可以被应用108接收和分析处理，或者，如果它们包含指令，则被实施。这种数据和/或指令的示例包括：“固件更新可用”、“发送新的测量数据集”或“将来使用以下其他协议，测量数据集被发送到所述其他协议”(即“使用其他协议作为第一协议”)；数据例如可以是关于以下的说明：固件更新在哪里可用，或应使用哪个其他协议。同样，数据也可能涉及测量计数器的设置。

图2示出一流程图，该流程图表示根据本发明的一种示例性的实施方式的方法的流程。在步骤202，通过至少一个传感器测量或检测测量数据。例如可以定期地检测测量数据，使得产生测量数据的时间序列。测量数据从传感器传输到运行时环境或在运行时环境中执行的应用，也可以存储或缓存在那里。

在步骤204中，由在至少一个时刻检测的测量数据来形成包含所述测量数据的测量数据集。优选将多个时刻的测量数据、例如在确定的时段内的测量数据合并成一个测量数据集。

在步骤206中，在使用密钥的情况下对所形成的测量数据集进行数字签名，并可选地进行加密，例如，借助对称加密方法，借助其他秘密的加密钥(Verschlüsselungs-Schlüssel)进行加密。基于签名可能的是，能够唯一明确地确定测量数据集的来源并验证其正确性。

在步骤208中，经数字签名的(并且可能是加密的)测量数据集被发送或传输到第一协议。在使用公钥(公钥与密钥一起形成钥对)的情况下，第一协议可以基于签名唯一明确地确定测量数据集的正确性，即，验证210数字测量数据集，并将测量数据集提供给第二协议，尤其寄存器协议。

在优选的步骤212中，测量数据集可以通过寄存器协议(寄存器协议是第二协议之一)存储在事务数据库中。在进一步优选的步骤214中，该方法包括通过至少一个第三协议调用包括在测量数据集中的测量数据，为此，由至少一个第三协议调用在寄存器协议中设置的调用功能。

在可选的步骤216中，该方法此外可以包括：通过测量计数器或包括在其中的计算单元接收从第一协议发送的数据和/或指令。所述数据和/或指令可以与从第一协议接收测量数据集相关或也可以与它们不相关，例如，所述数据和/或指令能够涉及智能测量计数器的设置。在同样可选的步骤218中，数据和/或指令可以通过智能测量计数器来分析处理和/或实施。最后两个步骤216和218(如果存在)不一定必须在步骤202至208之后实施，而是同样能够彼此不相关地在步骤202至208中的任何一个步骤之前或之后实施。

上面以将测量数据合并成一个测量数据集的方式描述了本发明。当然，这不应排除：形成其他测量数据集，根据本发明的方法针对所述其他测量数据集执行。例如，可以将预确定的时间段内的测量数据合并成相应的测量数据集，然后在相应的时间段结束时分别进行签名并发送到第一协议。也可以分别响应于第一协议的相应请求(Aufforderung)(即步骤216中的指令)来形成测量数据集、对测量数据集进行签名和发送测量数据集，其中，测量数据集可以例如包括在请求中指定的时段内的测量数据、或自上个请求以来新累积的测量数据。

Claims (11)

1.一种用于在去中心化的事务数据库(112)中可信赖地提供智能测量计数器(102)的至少一个传感器(104)的测量数据的方法，所述方法包括：

形成(204)测量数据集，所述测量数据集包括在至少一个时刻由所述至少一个传感器检测的测量数据；

通过所述测量计数器在使用密钥的情况下对所述测量数据集进行数字签名(206)；

通过所述测量计数器，将经数字签名的测量数据集发送(208)到第一协议(110)，所述第一协议实现为在所述事务数据库上自动地实施的计算机协议；

通过验证协议，在使用与所述密钥相对应的公钥的情况下对经数字签名的测量数据集进行验证(210)；

如果所述测量数据集成功地被验证，则将所述测量数据集提供给至少一个第二协议(114)，所述至少一个第二协议实现为在事务数据库上自动地实施的计算机协议。

2.根据权利要求1所述的方法，所述方法此外包括：通过寄存器协议将所述测量数据集存储(212)在所述事务数据库中，所述寄存器协议是所述至少一个第二协议之一。

3.根据以上权利要求中任一项所述的方法，所述方法此外包括：通过一个或多个第三协议调用(214)包含在所述测量数据集中的测量数据，所述一个或多个第三协议实现为在所述事务数据库上自动地实施的计算机协议；

其中，优选地，在引用权利要求2的情况下，所述寄存器协议实现调用功能，所述调用功能被所述一个或多个第三协议调用并且在调用后返还包含在所述测量数据集中的测量数据。

4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，所述方法此外包括：

通过所述第一协议向所述测量计数器发送(216)数据和/或指令；

通过所述测量计数器接收所述数据和/或指令；

通过所述测量计数器基于所述数据执行设置和/或执行所述指令。

5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，所述方法此外包括：通过至少一个传感器检测(202)测量数据。

6.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述测量计数器中优选提供安全的运行时环境(106)，在所述安全的运行时环境中形成所述测量数据集并对所述测量数据集进行数字签名。

7.一种智能测量计数器(102)，所述智能测量计数器具有至少一个传感器和计算单元，其中，

所述至少一个传感器(204)设置用于检测测量数据；

所述计算单元设置用于形成测量数据集，所述测量数据集包括在至少一个时刻由所述至少一个传感器检测的测量数据，在使用私钥的情况下对所述测量数据集进行数字签名，并将经签名的测量数据集发送到第一协议(110)，所述第一协议实现为在事务数据库(112)上自动地实施的计算机协议。

8.根据权利要求7所述的智能测量计数器，其中，所述计算单元此外设置用于提供安全的运行时环境(106)，在所述安全的运行时环境中实施以下步骤：所述计算单元设置用于执行所述步骤。

9.根据权利要求7或8所述的智能测量计数器，所述智能测量计数器设置用于，从所述第一协议接收数据和/或指令，其中，所述计算单元此外设置用于：基于所述数据执行设置和/或执行所述指令。

10.一种计算机程序，所述计算机程序促使计算单元：形成测量数据集，所述测量数据集包括在至少一个时刻由至少一个传感器检测的测量数据；在使用私钥的情况下对所述测量数据集进行数字签名；将经签名的测量数据集发送到第一协议，所述第一协议实现为在事务数据库上自动地实施的计算机协议；并且优选地，基于从所述第一协议接收的数据执行设置，和/或执行从第一协议接收的指令。

11.一种机器可读的存储介质，所述机器可读的存储介质具有存储在其中的、根据权利要求10所述的计算机程序。

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