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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines digitalen Bezahlsystems. Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus eine entsprechende Vorrichtung, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes Speichermedium.
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Stand der Technik
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Bekannt sind digitale Bezahlsysteme, sogenannte Kryptowährungen, auf der Grundlage dezentraler Transaktionssysteme in Form eines verteilten Hauptbuches (distributed ledger), etwa einer Blockkette (blockchain) oder eines gerichteten azyklischen Graphen (directed acyclic graph, DAG).
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DE102016206916A1 betrifft ein elektronisches Verfahren zur kryptographisch gesicherten Überweisung eines Betrags einer Kryptowährung durch eine Transaktion des Betrags von einer einem ersten Client zugeordneten Ausgangsadresse auf eine einem zweiten Client zugeordnete Zieladresse, wobei eine Mehrzahl von Clients vorgesehen ist, welche zumindest den ersten und den zweiten Client umfasst, wobei auf den Clients jeweils ein Walletprogramm zur Realisierung eines Client-Nodes der Kryptowährung installiert ist, wobei ein Transaktionsserver vorgesehen ist, auf dem ein Transaktionsprogramm zur Realisierung eines Server-Nodes der Kryptowährung installiert ist, wobei das Transaktionsprogramm dazu konfiguriert ist Blöcke der Blockchain mit Transaktionsdaten zu erzeugen, wobei der Transaktionsserver einen privaten und einen öffentlichen Serverschlüssel eines asymmetrischen Serverschlüsselpaars umfasst, und wobei der Transaktionsserver ein Serverzertifikat einer hierarchischen PKI mit einer zentralen Wurzelzertifizierungsinstanz umfasst, welches dazu konfiguriert ist, als Nachweis der Authentizität des öffentlichen Serverschlüssels und der Berechtigung des Transaktionsservers zum Erzeugen von Blöcken der Blockchain zu dienen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Betreiben eines digitalen Bezahlsystems, eine entsprechende Vorrichtung, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes Speichermedium gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereit.
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Eine Ausführungsform der Erfindung fußt auf der verteilten Datenbank „Tangle“, die den Kern der neuen Kryptowährung IOTA bildet. Ähnlich wie bei einer Blockkette ist davon auszugehen, dass keines der IOTA-Tokens doppelt ausgegeben wird oder dass ein etwaiger Angreifer auf andere Weise Kontostände manipulieren kann. Im IOTA-Netzwerk ist es von Zeit zu Zeit notwendig, sogenannte Snapshots durchzuführen. Ein Zweck des Snapshots besteht darin, die Größe des Tangles zu reduzieren. Dadurch müssen die am Netzwerk teilnehmenden Knoten (nodes) weniger Daten speichern. Übrig bleiben nach dem Snapshot nur noch Adressen, die auch ein Guthaben besitzen. Außer den Kontoständen, die kein Guthaben besitzen, werden im Rahmen des Snapshots auch andere Informationen gelöscht, die bis zu diesem Zeitpunkt über das Netzwerk übertragen wurden und nicht mehr benötigt werden.
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Ein Vorzug der auf dieser Währung basierenden Lösung liegt in der Schaffung eines einzigen Kryptowährungssystems, das vielfältige Funktionsmerkmale bietet, mit akzeptablen Einbußen zu warten ist und bei dem ein einzelner Softwarefehler oder Angriff nicht zur Gefährdung des gesamten Systems führen kann. Mit diesem Kryptowährungssystem könnte bei vertretbaren Überweisungskosten ein weltweiter Zahlungsverkehr abgewickelt werden.
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Hierzu können unterschiedliche, aber voneinander abhängige Tangles parallel für ein einziges Währungssystem eingesetzt werden. Durch diese Abhängigkeit zwischen den Tangles kann der Gegenwert der „Münzen“ der unterschiedlichen Tangles zueinander stabil gehalten werden. Unabhängig davon, ob der aktuelle Tangle für die besonders sichere Aufbewahrung großer Vermögenswerte oder aber zum Abschluss intelligenter Verträge (smart contracts) genutzt werden soll, lassen sich die Münzen somit bequem von einem Tangle an den anderen überweisen und haben in jedem Tangle den gleichen stabilen Wert.
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Die Vorteile unterschiedlicher Technologien können auf diese Weise in einer Kryptowährung vereint werden. Bei Leistungsproblemen einzelner Tangles könnten hierbei einfach weitere Tangles mit gleichen oder ähnlichen Eigenschaften dem System hinzugefügt werden, dessen Verfügbarkeit somit steigt. Wenn zwei Tangles redundant bzw. parallel für Überweisungen eingesetzt werden, dann führen Ausfälle und Wartungsarbeiten an einem der Tangles nicht dazu, dass der weltweite Zahlungsverkehr unterbrochen wird. Dazu sollten Käufer und Verkäufer lediglich Konten in zwei unterschiedlichen Tangles besitzen und können so immer auf den gerade funktionsfähigen Tangle ausweichen. Das Risiko durch die Einführung neuer Technologien lässt sich mit Hilfe der parallelen Tangles somit optimal reduzieren, da allenfalls diejenigen Guthaben gefährdet sind, die auf die Konten des neuen Tangles überwiesen wurden. Dadurch ließen sich neue Technologien auch ohne Mitwirkung sämtlicher Benutzer leichter einführen, falls Einzelne für sich keine Vorteile in der betreffenden Technologie erkennen.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Grundgedankens möglich. So kann vorgesehen sein, dass, wenn durch einen Fehler oder durch einen Angriff auf einen Tangle gleichsam „gefälschte Münzen“ in Umlauf geraten sollten (doublespending), die Speicher der anderen Tangles keine Überweisungen aus dem betreffenden Tangle mehr annehmen, sobald sie das Doublespending erkannt haben. Dies wäre zum Beispiel anzunehmen, wenn die Gesamtzahl an Münzen aller Konten inklusive Speicher des betroffenen Tangles unerwartet ansteigt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt kann vorgesehen sein, dass eingehende Überweisungen mittels eines asymmetrischen Kryptosystems bestätigt werden. So können Angreifer nicht ohne Weiteres vortäuschen, bei einem Tangle sei ein Überweisungsauftrag im Speicher angekommen.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
- 1 das Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform.
- 2 Sender und Empfänger einer Überweisung in einem erfindungsgemäßen System.
- 3 schematisch den Ablauf des Überweisungsvorgangs im Bezahlsystem gemäß 2.
- 4 ein Einführungsszenario zur Einführung einer erfindungsgemäßen Kryptowährung.
- 5 eine erste Architekturoption im Rahmen der einzuführenden Kryptowährung.
- 6 eine zweite Architekturoption im Rahmen der einzuführenden Kryptowährung.
- 7 schematisch ein Steuergerät gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 illustriert den grundlegenden Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens (10), welches nunmehr anhand einer Zusammenschau der 2 und 3 erläutert sei.
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Ein bereits in 2 erkennbarer Grundgedanke besteht hierbei darin, dass jedes Konto (31, 32) einem von mehreren gerichteten azyklischen Graphen (21, 22) - den Tangles - zugeordnet (Prozess 11) und jedem Graphen (21, 22) im Bezahlsystem (20) wiederum ein eigenes Zentralkonto (41, 42) zugeordnet wird (Prozess 12). Beim Überweisen eines - in den Figuren sinnbildlich als Münze dargestellten - Geldbetrages (30) zwischen den Graphen (21, 22) wird dieser dem Zentralkonto (41) desjenigen Graphen (21) hinzugefügt (Prozess 13), dem das Absenderkonto zugeordnet ist, und dem Zentralkonto (42) desjenigen Graphen (22) entnommen (Prozess 14), dem das Empfängerkonto zugeordnet ist. Der Gesamtsaldo der im Rahmen des Bezahlsystems (20) verwalteten Konten (31, 32) bleibt bei diesem Vorgang konstant. Daraus folgt, dass auch die Anzahl der im Umlauf befindlichen Geldbeträge (30) konstant bleibt und der Gegenwert der Währung nicht beeinflusst wird.
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Hierbei wird erst dann ein Geldbetrag (30) aus einem der Zentralkonten (41, 42) entnommen, wenn die Einzahlung in das Zentralkonto (41, 42) des jeweils anderen Graphen (21, 22) als gesichert gilt. Eine Transaktion wiederum gilt erst dann als gesichert, wenn dies von genügend anderen Benutzern durch ihre Transaktionen bestätigt wurde.
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Innerhalb der Adresse eines Kontos (31, 32) kann kenntlich gemacht werden, welchem Graphen (21, 22) das Konto (31, 32) zugeordnet ist. Zum Beispiel kann allen Überweisungsadressen des ersten Graphen (21) die Ziffernfolge „0001“ und jenen des zweiten Graphen (22) die Ziffernfolge „0002“ vorangestellt werden. Wenn von einem dem ersten Graphen (21) zugeordneten Konto (31) an eine Adresse überwiesen werden soll, die nicht mit der Ziffernfolge „0001“ beginnt, so wird der betreffende Geldbetrag (30) dem Zentralspeicher des ersten Graphen (21) hinzugefügt (Prozess 13). Im Anschluss wird aus dem Zentralspeicher des anderen Graphen (22) der entsprechende Geldbetrag (30) an diese Adresse überwiesen. Bevor ein Geldbetrag (30) dem Zentralkonto (41, 42) eines Graphen (21, 22) entnommen wird (Prozess 14), wird stets geprüft, ob der entsprechende Geldbetrag (30) dem Zentralkonto (41, 42) des anderen Graphen (21, 22) hinzugefügt wurde (Prozess 13).
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Je mehr Graphen (21, 22) das Bezahlsystem (20) umfasst und je gleichmäßiger das Vermögen von Personen und Firmen auf diese Graphen (21, 22) verteilt ist, umso besser lassen sich kurzzeitige Ausfälle wegen Wartungsarbeiten an einzelnen Graphen (21, 22) oder Totalausfälle z. B. wegen irreparabler Fehler verkraften.
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Überweisungen „innerhalb“ der Graphen (21, 22) lassen sich mit den bekannten Methoden gut absichern. Allerdings könnten Angreifer gegenüber dem Zentralkonto (41, 42) eines Graphen (21, 22) vortäuschen, auf dem Zentralkonto (41, 42) des anderen Graphen (21, 22) sei ein Geldbetrag (30) hinzugefügt worden. Um dieses Risiko zu mindern, kann das Zentralkonto (41, 42) des letzteren Graphen (21, 22) einen privaten Schlüssel nutzen, um damit die eingegangene Überweisung zu signieren. Der erste Graph (21, 22) würde den zugehörigen öffentlichen Schlüssel des zweiten Graphen (21, 22) nutzen, um die Echtheit der eingegangenen Überweisung zu überprüfen.
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Sollte es einem Angreifer gelingen, einen Geldbetrag (30) aus einem Zentralkonto (41, 42) zu entwenden, dann kann dem betreffenden Zentralkonto (41, 42) das Ausgeben weiterer Geldbeträge (30) verboten werden. Aus diesem Grund prüft jedes Zentralkonto (41, 42) beim Eingang einer Überweisung, ob dem Zentralkonto (41, 42) desjenigen Graphen (21, 22), welchem der Empfänger zugeordnet ist, das Ausgeben weiterer Geldbeträge (30) möglich ist. Sollte dies nicht der Fall sein, dann ist auch keine Überweisung mehr an diesen Graphen (21, 22) möglich und das überprüfende Zentralkonto (41, 42) überweist den betreffenden Geldbetrag (30) zurück auf das Konto (31, 32) des Senders.
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Im Rahmen des in 4 gezeigten Einführungsszenarios kann eine neue Kryptowährung geschaffen oder eine bestehende Kryptowährung durch das Verfahren (10) erweitert werden. Beim Erweitern einer bestehenden Kryptowährung um einen weiteren Graphen (22) wird zunächst für die Funktion des Zentralkontos (41) des bestehenden Graphen (21) eine spezielle Geldbörse (wallet) angelegt, die noch keinen Geldbetrag (30) enthält. Außerdem wird der neue Graph (22) ebenfalls mit einem entsprechenden Zentralkonto (42) erstellt, in welchem sich der Gesamtbetrag befindet.
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Für jeden weiteren Graphen (21, 22, 23) kann, wie in 5 dargestellt, ein separates Zentralkonto (41, 42, 43, 44, 45, 51) für Überweisungen zwischen den Graphen (21, 22, 23) vorgehalten werden. Diese Herangehensweise birgt den Vorteil, dass übersichtlich bleibt, welcher Graph (21, 22, 23) welchem anderen Graphen (21, 22, 23) welchen Geldbetrag (30) gleichsam „schuldet“. Allerdings erweist sich eine derartige Architektur beim Ausfall eines Graphen (21, 22, 23) als nicht sonderlich robust, und Überweisungen über mehrere Graphen (21, 22, 23) hinweg sind aufwändig.
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Aus diesen Gründen kann es vorzuziehen sein, wenn alle Graphen (21, 22, 23, 24, 25), wie in 6 dargestellt, die gleichen Zentralkonten benutzen. Immer wenn ein weiterer Graph (21, 22, 23, 24, 25) hinzugefügt wird, sollte dessen Zentralkonto (41, 42, 43, 44, 45) allen Zentralkonten bereits vorhandener Graphen (21, 22, 23, 24, 25) bekannt gemacht werden, von denen Überweisungen entgegengenommen werden könnten.
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Dies können schlicht alle anderen Graphen (21, 22, 23, 24, 25) sein; es ist aber auch denkbar, dass nur die Zentralkonten ausgewählter Graphen (21, 22, 23, 24, 25) miteinander verknüpft sind. In diesem Fall sind nur Überweisungen zwischen diesen Graphen (21, 22, 23, 24, 25) möglich. Um den Ausfall eines Graphen (21, 22, 23, 24, 25) tolerieren zu können, sollte jeder Graph (21, 22, 23, 24, 25) mit mindestens zwei anderen Graphen (21, 22, 23, 24, 25) verknüpft und ferner mit jedem anderen Graphen (21, 22, 23, 24, 25) über zwei unabhängige Pfade verbunden sein.
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Um möglichst wenige Änderungen bei einem bereits etablierten Graphen (21, 22, 23, 24, 25) vornehmen zu müssen, kann auch innerhalb dieses Graphen (21, 22, 23, 24, 25) ein Konto als Speicher eingerichtet werden, auf den Geldbeträge (30) mit einer gewöhnlichen Überweisungsadresse übertragen werden. Zusätzlich zu einer solchen Überweisung ließe sich die Zieladresse desjenigen Graphen (21, 22, 23, 24, 25), dem das Empfängerkonto zugeordnet ist, in einem weiteren Feld übertragen, das andernfalls für anderweitige Informationen genutzt würde. Dadurch wäre keine Änderung an der betreffenden Technologie notwendig.
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Im Hinblick auf Skalierbarkeit und Update bedingt eine höhere Anzahl an Adressen, die ein Guthaben besitzen, in der Regel einen höheren Speicherbedarf. Immer wenn ein Graph (21, 22, 23, 24, 25) wegen zu hohem Speicherbedarf entlastet werden muss, wird ein weiterer Graph (21, 22, 23, 24, 25) dem Bezahlsystem (20) hinzugefügt, während die bisherigen Graphen (21, 22, 23, 24, 25) weiter genutzt werden. Wenn inkompatible Änderungen an einem Graphen (21, 22, 23, 24, 25) durchgeführt werden müssen, so werden alle Kontostände des alten Graphen (21, 22, 23, 24, 25) auf den neuen Graphen (21, 22, 23, 24, 25) überwiesen oder kopiert, und im Anschluss kann der alte, nunmehr ungenutzte Graph (21, 22, 23, 24, 25) aus dem Speicher entfernt werden
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Dieses Verfahren (10) kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät (50) implementiert sein, wie die schematische Darstellung der 2 verdeutlicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016206916 A1 [0003]
