DE102020004116A1 - Herausgabeinstanz und verfahren zum herausgeben von elektronischen münzdatensätzen sowie bezahlsystem - Google Patents

Herausgabeinstanz und verfahren zum herausgeben von elektronischen münzdatensätzen sowie bezahlsystem Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Herausgabeinstanz zum Herausgaben von elektronischen Münzdatensätzen in einem Bezahlsystem, mit einer Münzgenerierungs-Einheit, eingerichtet zum Erzeugen eines elektronischen Münzdatensatzes; und einer Münzausgabe-Einheit, eingerichtet zum Erhalten des von der Münzgenerierungs-Einheit erzeugten elektronischen Münzdatensatzes und zum Ausgeben des elektronischen Münzdatensatzes an eine Teilnehmereinheit oder eine Bankinstanz des Bezahlsystems in elektronischer Form, wobei die Herausgeberinstanz dazu eingerichtet ist, dass das Übertragen des elektronischen Münzdatensatzes zwischen der Münzgenerierungs-Einheit und der Münzausgabe-Einheit über einen Air-Gap-Prozess erfolgt. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Herausgeben und ein Bezahlsystem.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft eine Herausgeberinstanz und ein Verfahren zum Herausgeben von elektronischen Münzdatensätzen in einem Bezahlsystem sowie ein Bezahlsystem.
  • TECHNISCHER HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Schutz der Privatsphäre ist ein wichtiger Wert für die Gesellschaft, besonders wenn sehr sensible Daten, wie Zahlungsinformationen, betroffen sind. Sicherheit von Bezahltransaktionen und den dazugehörigen Bezahltransaktionsdaten bedeutet sowohl Schutz der Vertraulichkeit der ausgetauschten Daten; als auch Schutz der Integrität der ausgetauschten Daten; als auch Schutz der Verfügbarkeit der ausgetauschten Daten.
  • Für elektronische Münzdatensätze müssen dabei grundlegende Kontrollfunktionen, insbesondere (1) das Erkennen von Mehrfachausgabe-Verfahren, auch Double-Spending genannt, und (2) das Erkennen von ungedeckten Zahlungen nachgewiesen werden können. Im Fall (1) versucht jemand denselben Münzdatensatz mehrfach auszugeben und im Fall (2) versucht jemand einen Münzdatensatz auszugeben, obwohl er kein Guthaben (mehr) besitzt.
  • Zudem steigt durch die Vielzahl von Transaktionen eines elektronischen Münzdatensatzes und auch durch die fortschreitende Lebensdauer das Risiko, dass an dem elektronischen Münzdatensatz Manipulation(en) vorgenommen werden.
  • Es soll perspektivisch möglich sein, ganz auf Bargeld (Banknoten und analoge Münzen), zumindest aber auf analoge Münzen, zu verzichten.
  • In der US 5,872,844 A ist ein elektronisches Bezahlsystem beschrieben. Elektronische Münzdatensätze (assets) werden in dem System von einer zentralen Institution ausgegeben. Die elektronischen Münzdatensätze werden von einem Endgerät (wallet) des Zahlers auf ein Endgerät des Zahlungsempfängers übertragen. Das Endgerät des Zahlungsempfängers reicht die übertragenen Münzdatensätze routinemäßig für eine mögliche Prüfung ein. Ein Betrugserkennungssystem entnimmt Stichproben von den zur Prüfung eingereichten Münzdatensätzen, um „schlechte“ Münzdatensätze aufzudecken, die in betrügerischer Weise verwendet wurden. Bei einer solchen Aufdeckung identifiziert das Betrugserkennungssystem die das Endgerät, das den schlechten Münzdatensatz verwendet hat, und kennzeichnet sie als „schlechtes Endgerät“. Das Betrugserkennungssystem stellt eine Liste derartiger schlechter Endgeräte zusammen und verteilt die Liste, um anderen Endgeräten vor den schlechten Endgeräten zu warnen. Wenn ein schlechtes Endgerät anschließend versucht, Münzdatensätze auszugeben (ob in betrügerischer Absicht oder nicht), wird der beabsichtigte Empfänger die Liste der schlechten Endgeräte überprüfen und eine Bezahltransaktion mit dem schlechten Endgerät nicht ausführen.
  • Dieses bekannte System ist nicht anonym, denn ein Teilnehmer generiert aus einer Identitätsnummer ein Pseudonym, das sowohl für die Bezahltransaktionen zum anderen Teilnehmer als auch bei der Generierung und Ausgabe der elektronischen Münzdatensätze von der Institution verwendet werden muss. Die ausgegebenen elektronischen Münzdatensätze enthalten zudem zwingend eine Signaturkette, wodurch der Speicherbedarf des elektronischen Münzdatensatzes pro Bezahltransaktion größer wird, der elektronische Münzdatensatz also wächst. Endgeräte, die nicht vertrauenswürdig sind, werden an dem System gar nicht zugelassen.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Herausgeberinstanz, ein Verfahren und ein Bezahlsystem zu schaffen, in denen eine Bezahltransaktion zwischen Teilnehmern eines öffentlichen Bezahlsystems sicher, flexibel und einfach ausgestaltet ist. Dabei soll insbesondere eine direkte und anonyme Bezahlung zwischen den Teilnehmern des Bezahlsystems geschaffen werden. Die ausgetauschten elektronischen Münzdatensätze sollen vertraulich gegenüber anderen Systemteilnehmern sein, aber jedem Systemteilnehmer erlauben, grundlegende Prüfungen an dem elektronischen Münzdatensatz durchzuführen, nämlich (1) das Erkennen von Mehrfach-Ausgabe-Versuchen; (2) das Erkennen von Versuchen mit nicht vorhandenen monetären Beträgen zu zahlen und (3) das Erkennen von Rückgabekriterien für bereits ausgegebene Münzdatensätze, beispielsweise dass ein elektronischer Münzdatensatz verfallen soll.
  • Es ist insbesondere eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, elektronische Münzdatensätze sicher zu generieren und herauszugeben, um zu verhindern, dass ein Angreifer Münzdatensätze ausgeben kann.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die gestellten Aufgaben werden mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
  • Die Aufgabe wird insbesondere durch eine Herausgabeinstanz zum Herausgaben von elektronischen Münzdatensätzen in einem Bezahlsystem, mit einer Münzgenerierungs-Einheit, eingerichtet zum Erzeugen eines elektronischen Münzdatensatzes und einer Münzausgabe-Einheit, eingerichtet zum Erhalten des von der Münzgenerierungs-Einheit erzeugten elektronischen Münzdatensatzes und zum Ausgeben des elektronischen Münzdatensatzes an eine Teilnehmereinheit oder eine Bankinstanz des Bezahlsystems in elektronischer Form, gelöst, wobei die Herausgeberinstanz dazu eingerichtet ist, dass das Übertragen des elektronischen Münzdatensatzes zwischen der Münzgenerierungs-Einheit und der Münzausgabe-Einheit über einen Air-Gap-Prozess erfolgt.
  • Damit wird eine elektrische und/oder elektronische Barriere zwischen der Münzgenerierung und der Münzausgabe geschaffen. Die zur Generierung verwendeten vertraulichen Einheiten und Daten, beispielsweise ein Zufallszahlengenerator oder ein (oder mehrere) privater Schlüsselteil(e), können so in einer Offline-Betriebsumgebung verbleiben und können nicht durch einen Netzwerkangriff, auch als Online-Angreifer bezeichnet, kompromittiert werden. Die Sicherheit bei der Erzeugung der Münzdatensätze ist damit erhöht.
  • Als Air-Gap (englisch für „Luftspalt“) oder Air-Wall (englisch für „Luftmauer“, in Analogie zu einer Firewall)-Prozess wird hierbei ein Prozess bezeichnet, der die beiden Einheiten (Münzgenerierungs-Einheit und Münzausgabe-Einheit) voneinander trennt, aber dennoch die Übertragung von Nutzdaten, hier elektronischen Münzdatensätzen, zulässt. Ein Air-Gap-Prozess wird hierbei eingesetzt, um die beiden unterschiedlich vertrauenswürdigen Einheiten voneinander zu isolieren, aber dennoch sicherzustellen, dass Daten der jeweils anderen Einheit verarbeitet werden können.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Münzgenerierungs-Einheit ohne elektronische Netzwerk-Schnittstelle ausgestaltet und arbeitet vollständig „offline“. Sämtliche Daten, die der Münzgenerierungs-Einheit zugeführt oder entnommen werden, werden über gesicherte elektrische, elektronische und/oder optische Schnittstellen übertragen. Keine dieser Schnittstellen ist mit einem Netzwerk oder einem anderen Computer oder einem anderen Endgerät verbunden.
  • Die Münzgenerierungs-Einheit könnte in einer bevorzugten Ausgestaltung eine Schnittstelle zur Wartung oder zum Erhalt eines Auftragseingangs oder zum Ausgeben von Statusberichten über die Münzgenerierungs-Einheit zu einem anderen Endgerät aufweisen.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Air-Gap-Prozess zwischen der Münzgenerierungs-Einheit und der Münzausgabe-Einheit dazu eingerichtet, die Münzgenerierungs-Einheit von der Münzausgabe-Einheit physisch, logisch, elektrisch und/oder elektronisch zu trennen. Damit sind beide Einheiten elektrotechnisch voneinander in der Form isoliert. Mit anderen Worten: Eine Datenübertragung findet nicht ausschließlich elektrisch/elektronisch statt. Somit hat ein Angreifer mit Netzwerkfernzugriff auf die Münzausgabeeinheit keinen Zugriff auf die Münzgenerierungs-Einheit. Dem Angreifer ist es deshalb nicht möglich, Daten in die Münzgenerierungs-Einheit einzubringen und/oder Daten von der Münzgenerierungs-Einheit abzugreifen. Dazu fehlt eine (permanente, physische) Datenverbindung (OSI-Schicht 1) zwischen der Münzgenerierungs-Einheit und der Münzausgabe-Einheit.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst der Air-Gap-Prozess zum Erhalten der elektronischen Münzdatensätze in der Münzausgabe-Einheit (zumindest teilweise) eine physische Übertragung des elektronischen Münzdatensatzes zwischen der Münzgenerierungs-Einheit und der Münzausgabe-Einheit. Die elektronischen Münzdatensätze werden insbesondere auf einem portablen Datenträger bereitgestellt, welcher zur Münzausgabe-Einheit transportiert (bzw. physisch übertragen) wird. Als physische Übertragung kann in einer Ausgestaltung eine automatisierte, teil-automatisierte oder manuelle Übertragung - beispielsweise unter Einsatz eines Bedienpersonals - eines körperlich ausgestalteten Repräsentanten des Münzdatensatzes verstanden werden. In dieser Ausgestaltung wird eine physische Repräsentation des elektronischen Münzdatensatzes vom Bedienpersonal zwischen der Münzgenerierungs-Einheit und der Münzausgabe-Einheit transportiert.
  • Alternativ oder zusätzlich erfolgt das physische Übertragen, beispielsweise der tragbaren Datenträger mit elektronischen Münzdatensätzen, mittels eines gesicherten Transportbehälters. Dabei können abschließbare und/oder mechanisch stabile Metallboxen, wie sie beispielsweise für einen Banknotentransport vorgesehen sind, verwendet werden. In einer Ausgestaltung erfolgt die physische Übertragung in einer Banknoten-Transportbox. Diese Übertragung mittels Transportbox kann wiederum (teil-)automatisiert sein, indem eine physische Repräsentation des erzeugten elektronischen Münzdatensatzes von der Münzgenerierungs-Einheit automatisch in eine Transportbox gefüllt wird. Diese gefüllte Transportbox wird dann zur Münzausgabe-Einheit transportiert. Dort wird die gefüllte Transportbox entleert und der physische Repräsentant des Münzdatensatzes eingelesen.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt das Übertragen im Air-Gap-Prozess unter Verwendung von portablen elektronischen Datenspeichern, wie USB-Stick, Speicherkarte, CD, oder ähnlichem. Dafür sind an der Münzgenerierungs-Einheit und der Münzausgabeeinheit entsprechende elektronische Schnittstellen, wie USB-Anschluss, Speicherkarten-Lesegerät oder CD-Laufwerk vorgesehen.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist zum Übertragen im Air-Gap-Prozess die Münzgenerierungs-Einheit ferner eingerichtet, einen, den elektronischen Münzdatensatz repräsentierenden, Ausdruck (als physischen Repräsentanten eines elektronischen Münzdatensatzes) zu erzeugen. Die Münzausgabe-Einheit ist dazu eingerichtet, den von der Münzgenerierungs-Einheit erzeugten elektronischen Münzdatensatz Ausdruck einzulesen. Dies stellt eine vergleichsweise einfache Form der Realisierung eines Air-Gap-Prozesses dar. Der Ausdruck kann beispielsweise über mechanische Fördermechanismen in einen Einlese-Bereich der Münzausgabe-Einheit transportiert werden. Auch hierzu können die bereits beschriebene Transportboxen verwendet werden, sodass beispielsweise ein Ausdruck automatisch von der Münzgenerierungs-Einheit in einer Transportbox angeordnet wird, dann zur MünzausgabeEinheit, insbesondere deren Lesebereich, transportiert wird, und dort eingelesen wird.
  • Der Ausdruck weist zumindest eine alphanumerische Zeichenkette auf. Ein alphanumerisches Zeichen ist zumindest ein Buchstabe eines gegebenen Alphabets sowie die zehn Ziffern von 0 bis 9. Im weiteren Sinne können auch bestimmte Sonderzeichen hinzugezählt werden. Diese Zeichen bilden eine Kette, mit der der Münzdatensatz repräsentiert wird. Das Einlesen erfolgt dann beispielsweise händisch oder durch zeichenerkennendes (optical-character-recognition, OCR) Einlesen in der Münzausgabe-Einheit.
  • Der Ausdruck weist alternativ oder zusätzlich zumindest einen optoelektronisch lesbaren Code auf, beispielsweise ein zweidimensionalen Code, wie QR-Code oder einen eindimensionalen Code, wie Barcode. Ein münzausgabeeinheitenseitiges Lesegerät, beispielsweise ein Barcode- oder QR-Code-Scanner, erfasst den elektronischen Münzdatensatz durch Scannen des Ausdrucks.
  • Der Ausdruck weist alternativ oder zusätzlich zumindest eine Lasergravur, ein Wasserzeichen und/oder eine Prägung auf. Diese in der Wertdokumente-Herstellung verwendeten Techniken erhöhen die Sicherheit bei der Air-Gap-basierten Übertragung der physischen Repräsentanten (=Ausdrucke) der elektronischen Münzdatensätze.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt der Ausdruck auf Papiersubstrat oder Kunststoffsubstrat. Das Format dieses Substrats ist beispielsweise ein Banknotenformat. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird auf einem sicherheitselementfreien Substrat, beispielsweise weißen Normalpapier, gedruckt. Damit kann die Münzgenerierungs-Einheit ein Teil einer klassischen Bargeld-Herstellungsmaschine, beispielsweise einer Banknoten-Herstellungsmaschine, sein. Die Ausdrucke erfolgen im Format gängiger Banknotenformate, sodass die Banknotenherstellungsmaschinen nicht umgerüstet werden müssten und zur Erzeugung elektronischer Münzdatensätze eine existierende Infrastruktur mitgenutzt werden kann.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt der Ausdruck auf Papier im DIN A4 Format. Sodann kann ein herkömmlicher Drucker in der Münzgenerierungs-Einheit verwendet werden.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung sind mehrere verschiedenen elektronische Münzdatensätze auf einem Ausdruck, beispielsweise auf einer DIN A4 Seite oder einem Banknotenformat, repräsentiert und dort angeordnet. Damit können in praktischer Weise gleichzeitig mehrere Münzdatensätze über den Air-Gap-Prozess übertragen werden, sodass die Übertragung zwischen der Münzgenerierungs-Einheit und der Münzausgabe-Einheit wesentlich effizienter ist.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Münzausgabe-Einheit eine Banknotenbearbeitungsmaschine. Damit können die bei Banknotenbearbeitungsmaschinen vorgesehene Lesegeräte, wie Scanner zum Einlesen der Ausdrucke, verwendet werden. Zudem kann eine Datenprüfung eingesetzt werden, um Münzdatensätze, die bereits im Bezahlsystem vorhanden sind (doppelte Münzdatensätze) zu identifizieren. Zudem kann sogleich eine Vernichtung des Ausdrucks erfolgen, beispielsweise für jeden eingelesen Ausdruck oder nur selektiv für bestimmte Ausdrucke, wie bei erkanntem doppelten Münzdatensatz, erfolgen. Ein Vernichten des Ausdrucks kann beispielsweise mittels Schreddern, Zerstanzen, Verbrennen bzw. mittels Aussortieren und Schreddern/Verbrennen/Zerstanzen/... erfolgen.
  • Bevorzugt weist die Münzausgabe-Einheit ein Lesegerät (Scanner) zum optoelektronischen Einlesen des Ausdrucks auf. Damit können Barcodes und QR-Codes oder alphanumerische Zeichenketten vereinfacht eingelesen werden.
  • Nach dem Übertragen mittels des Air-Gap-Prozesses stehen die erzeugten Münzdatensätze (wieder) in elektronischer Form zur Verfügung und können im Bezahlsystem verwendet werden, insbesondere nachdem sie herausgegeben wurden.
  • Bevorzugt weist die Münzgenerierungs-Einheit ein Lesegerät (Scanner) zum optoelektronischen Einlesen einer Generierungsanfrage auf. Somit kann auf eine elektronische Schnittstelle zum Empfangen der Generierungsanfrage verzichtet werden und ein Angreifer hat weniger Möglichkeiten, die Erzeugung der elektronischen Münzdatensätze zu manipulieren.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Münzausgabe-Einheit ein Prüfgerät zum Prüfen des Ausdrucks auf. Das Prüfgerät bzw. die Prüfeinheit der Münzausgabe-Einheit dient der Identifizierung ungültiger Münzdatensätze (ungültiger Ausdrucke), beispielsweise Münzdatensätze die bereits im Bezahlsystem existieren oder fehlerhafte Münzdatensätze.
  • In einer Ausgestaltung ist in der Münzausgabe-Einheit eine Ausdruckvernichtungseinheit zum Vernichten von Münzdatensätzen (Ausdrucken) vorgesehen. Vernichtet werden vorzugsweise entweder alle Ausdrucke oder selektiv nur bestimmte Ausdrucke, wie ungültige Münzdatensätze. Ungültige Münzdatensätze (Ausdrucke) sind beispielsweise nicht-lesbare Ausdrucke oder erkannte doppelte elektronische Münzdatensätze (repräsentiert durch die Ausdrucke). Eine Vernichtungseinheit ist beispielsweise eine mechanische Zerstücklungseinrichtung (Schredder), mit der die Ausdrucke physisch zerstückelt und im Ergebnis zerstört werden. In einem anderen Beispiel werden die Ausdrucke in der Ausdruckvernichtungseinheit verbrannt (und optional zuvor als ungültig markiert). Zudem kann in der Vernichtungseinheit ein Aussortierfach vorgesehen sein, in der die zu vernichtenden Ausdrucke zwischengespeichert werden. Derartige Vernichtungseinheiten könnten Vernichtungseinheiten von Banknotenbearbeitungsmaschinen sein.
  • Die Münzausgabe-Einheit verlassen nur erfolgreich geprüfte elektronische Münzdatensätze. Ungeprüfte Münzdatensätze oder für ungültig geprüfte Münzdatensätze verlassen hingegen die Herausgeberinstanz nicht. Eine Prüfung kann beispielsweise anhand von Metadaten oder Registerdaten einer Datenbank des Bezahlsystems, auf das die Münzausgabe-Einheit einen Zugriff hat, geprüft werden. Beispielsweise können Seriennummern, eine Münzkennung oder ähnliche Datenelemente auf doppeltes Vorhandensein in dem Bezahlsystem geprüft werden.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Münzgenerierungs-Einheit weiter eingerichtet zum Erzeugen von Metadaten über den elektronischen Münzdatensatz. Die Münzausgabe-Einheit ist weiter eingerichtet zum Erhalten der Metadaten, wobei die Herausgeberinstanz dazu eingerichtet ist, dass das Übertragen der Metadaten zwischen der Münzgenerierungs-Einheit und der Münzausgabe-Einheit über den Air-Gap-Prozess erfolgt. Die Übertragung von Metadaten kann zeitlich parallel oder nach der Übertragung der Münzdatensätze zwischen der Münzgenerierungs-Einheit und der Münzausgabe-Einheit erfolgen. Ein Ausdruck könnte sowohl die Metadaten als auch die dazugehörigen Münzdatensätze umfassen.
  • Die Metadaten sind dabei strukturierte Daten, die Merkmale über zumindest einen elektronischen Münzdatensatz enthalten, beispielsweise eine Münzkennung (wie Seriennummer), eine Denomination und/oder eine Stückzahl (pro Ausdruck oder Zeiteinheit) erzeugter elektronischer Münzdatensätze.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Münzgenerierungs-Einheit weiter eingerichtet zum Signieren des elektronischen Münzdatensatzes mit einem privaten kryptografischen Schlüssel(teil) der Herausgeberinstanz. Der erzeugte elektronische Münzdatensatz kann den elektronischen Münzdatensatz und die Signatur aufweisen. Übertragen wird und ausgegeben wird der elektronische Münzdatensatz mit seiner (Münzdatensatz-)Signatur. Damit kann jede Teilnehmereinheit und/oder Bankinstanz, die im Besitz des Münzdatensatzes und des öffentlichen Schlüssel(teil)s der Herausgeberinstanz ist, den Münzdatensatz auf Gültigkeit prüfen, insbesondere ob er von einer vertrauenswürdigen Instanz (der Herausgeberinstanz) herausgegeben wurde.
  • Asymmetrische kryptografische Systeme - wie nur beispielsweise RSA, Rabin, ElGamal oder elliptische Kurven - mit Schlüsselpaaren, die einen öffentlichen und einen geheimen Schlüssel(teil) umfassen, sind hinreichend bekannt. Neben einem Herausgeber-Schlüsselpaar zur Erzeugung von Signaturen für die elektronischen Münzdatensätze, kann die Herausgeberinstanz weitere Schlüsselpaare, die zudem auch unterschiedliche kryptografische Systeme verwenden können, aufweisen.
  • In bevorzugten Ausgestaltungen kann die Münzgenerierungs-Einheit eingerichtet sein zum Erzeugen von Herausgeber-Sicherungsdaten. Eine mit einem privaten Herausgeber-Schlüsselteil erzeugte Signatur des Herausgebers ist nur ein Beispiel für Herausgeber-Sicherungsdaten. Die Herausgeber-Sicherungsdaten können auch mit anderen Mitteln, wie symmetrischen Schlüsseln, vorbestimmten Pseudo-Zufallszahlenfolgen (wie OTP-Generatoren), XOR-Operationen oder anderen kryptografischen Mitteln erzeugt werden. Die Münzausgabe-Einheit erhält über den Air-Gap-Prozess von der Münzgenerierungs-Einheit sowohl den elektronischen Münzdatensatz als auch die erzeugten Herausgeber-Sicherungsdaten.
  • In der Regel ist die Münzgenerierungs-Einheit weiter eingerichtet zum Erzeugen eines Registerdatensatzes, welcher zur Speicherung in einem Münzregister des Bezahlsystems vorgesehen ist. Vorzugsweise erhält die Münzausgabe-Einheit von der Münzgenerierungs-Einheit über den Air-Gap-Prozess auch den erzeugten Registerdatensatz, also insbesondere den elektronischen Münzdatensatz und den Registerdatensatz. Im Münzregister des Bezahlsystems sind alle gültigen Münzen, vorzugsweise mit ihrem maskierten Münzdatensatz, registriert. Das Erzeugen des Registerdatensatzes umfasst daher in der Regel zumindest ein Erzeugen eines maskierten Münzdatensatzes durch Anwenden einer homomorphen Einwegfunktion auf den elektronischen Münzdatensatz.
  • Die Münzausgabe-Einheit ist bevorzugt eingerichtet zum Registrieren des elektronischen Münzdatensatz im Münzregister durch Ausgeben des Registerdatensatzes und der Herausgeber-Sicherungsdaten an das Münzregister. Das Herausgeben eines elektronischen Münzdatensatzes durch die Herausgeberinstanz umfasst insofern, sowohl das Ausgeben des elektronischen Münzdatensatzes an den Teilnehmer bzw. die Bankinstanz als auch ein Registrieren im Münzregister. Der Registerdatensatz kann die Herausgeber-Sicherungsdaten zur Speicherung in dem Münzregister umfassen. Im Münzregister wird der Registerdatensatz mit den darin enthaltenen Herausgeber-Sicherungsdaten gespeichert. Alternativ werden die Herausgeber-Sicherungsdaten zusätzlich zu dem zu speichernden Registerdatensatz ausgegeben. Das Münzregister prüft die Herausgeber-Sicherungsdaten und speichert den Registerdatensatz (nur falls die Prüfung erfolgreich ist). Das Registrieren im Münzregister erfolgt vorzugsweise ebenfalls durch die Herausgeberinstanz. Denkbar ist es jedoch die Herausgeber-Sicherungsdaten (und den Registerdatensatz) an den Teilnehmer bzw. die Bankinstanz zusammen mit dem elektronischen Münzdatensatz auszugeben, welche dann die Herausgeber-Sicherungsdaten (und den Registerdatensatz) an das Münzregister senden.
  • Ein Registerdatensatz kann eines oder mehrere der folgenden Datenelemente aufweisen:
    • - einen maskierten elektronischen Münzdatensatz (Z), insbesondere erzeugt durch Anwenden einer homomorphen Einwegfunktion (f(C)) auf den elektronischen Münzdatensatz (C);
    • - eine Signatur als Herausgeber-Sicherungsdaten, insbesondere als Signatur des elektronischen Münzdatensatzes (C), des Registerdatensatzes (RDS) und/oder eines maskierten elektronischen Münzdatensatzes (Z);
    • - einen Bereichsnachweis des elektronischen Münzdatensatzes (C);
    • - einen Prüfwert (pi) betreffend den elektronischen Münzdatensatz (C); und/oder
    • - einen geldwerten Betrag (υ) des elektronischen Münzdatensatzes (C).
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die Münzgenerierungs-Einheit eingerichtet zum Signieren des Registerdatensatzes, insbesondere zumindest eines maskierten elektronischen Münzdatensatzes, mit einem privaten kryptografischen Schlüsselteil der Herausgeberinstanz. Der private kryptografische Schlüsselteil der Münzgenerierungs-Einheit kann ein privater Registerdatensatz-Schlüsselteil sein, der insbesondere unabhängig von weiteren Schlüsseln wäre, wie einem möglichen privaten Münzdatensatz-Schlüsselteil der Münzgenerierungs-Einheit oder einem Authentisierungsschlüssel der Münzausgabe-Einheit. Damit kann ein Münzregister (und auch jeder andere Teilnehmer) des Bezahlsystems, das im Besitz des (maskierten) Münzdatensatzes und des öffentlichen Schlüssels ist, den maskierten Münzdatensatz auf Gültigkeit prüfen, insbesondere ob er von einer vertrauenswürdigen Instanz (der Herausgeberinstanz) herausgegeben wurde.
  • Die Münzausgabe-Einheit wird sich vorteilhafterweise sowohl bei einem Münzregister authentisieren, insbesondere mit Hilfe eines Authentisierungsschlüssel der Münzausgabe-Einheit, als auch die Herausgeber-Sicherungsdaten an das Münzregister ausgeben. Das Münzregister kann somit zunächst die Berechtigung der Münzausgabe-Einheit prüfen, bevor anschließend (nur nach erfolgreicher Authentisierung) die Korrektheit der Herausgeber-Sicherungsdaten geprüft wird. Die Herausgeber-Sicherungsdaten können insbesondere als Signatur des Registerdatensatzes und/oder eines maskierten elektronischen Münzdatensatzes ausgestaltet sein. Mit Vorteil kann die Münzausgabe-Einheit ein Hardware Security Module, HSM, umfassen, welches den Authentisierungsschlüssel speichert.
  • Bevorzugt weist die Münzausgabe-Einheit eine Speichereinheit auf, in der die erzeugten elektronischen Münzdatensätze abgelegt sind. Die erzeugten elektronischen Münzdatensätze können dann auf Anfrage von einer Teilnehmereinheit oder von einer Bankinstanz herausgegeben werden. Die Erzeugung der elektronischen Münzdatensätze ist dann zeitlich unkorreliert mit der Ausgabe des elektronischen Münzdatensatzes an die Teilnehmereinheit und/oder die Bankinstanz. Damit wird auf eine Anfrage prompt ein Münzdatensatz von der Herausgeberinstanz bereitgestellt, was eine Benutzerakzeptanz im Bezahlsystem erhöht. Die dazugehörigen Registerdatensätze können bereits bei Ablegen der Münzdatensätze in der Speichereinheit (Münzspeicher) auf Registeranforderung der Herausgeberinstanz in dem Münzregister hinterlegt worden sein.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Münzausgabe-Einheit weiter dazu eingerichtet, eine Deaktivieren-Aufforderung von einer Teilnehmereinheit oder einer Bankinstanz betreffend einen erzeugten elektronischen Münzdatensatz zu empfangen, wobei die Münzausgabe-Einheit weiter dazu eingerichtet ist, eine Deaktivieren-Aufforderung an ein Münzregister betreffend ein Löschen eines Registerdatensatz zu senden. Damit kann die Herausgeberinstanz (als einzige Instanz im Bezahlsystem) einen Münzdatensatz deaktivieren, beispielsweise löschen oder ummünzen oder als ungültig markieren. Die Herausgeberinstanz kann eine Geschäftsbank veranlassen, den monetären Betrag eines deaktivierten/zu deaktivierenden Münzdatensatzes in Buchgeld umzusetzen, beispielsweise auf ein Konto eines Teilnehmers gutzuschreiben, oder in einem Bargeld-Ausgabefach der Münzausgabeeinheit, entsprechendes Bargeld auszugeben.
  • In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Herausgeben eines elektronischen Münzdatensatzes durch eine Herausgeberinstanz eines Bezahlverfahrens mit folgenden Verfahrensschritten vorgesehen: Erzeugen eines elektronischen Münzdatensatzes in einer Münzgenerierungs-Einheit der Herausgeberinstanz; Übertragen des erzeugten elektronischen Münzdatensatzes zwischen der Münzgenerierungs-Einheit und einer Münzausgabe-Einheit der Herausgeberinstanz über einen Air-Gap-Prozess zum Erhalten des erzeugten elektronischen Münzdatensatzes in der Münzausgabe-Einheit; und Ausgeben des elektronischen Münzdatensatzes an eine Teilnehmereinheit oder eine Bankinstanz des Bezahlsystems in elektronischer Form.
  • Bevorzugt umfasst das Verfahren weiter ein Erzeugen eines Registerdatensatzes in der Münzgenerierungs-Einheit der Herausgeberinstanz; ein Übertragen des erzeugten elektronischen Münzdatensatzes und des Registerdatensatzes zwischen der Münzgenerierungs-Einheit und der Münzausgabe-Einheit der Herausgeberinstanz über den Air-Gap-Prozess zum Erhalten des erzeugten elektronischen Münzdatensatzes und des Registerdatensatzes in der Münzausgabe-Einheit; und ein Ausgeben des Registerdatensatzes an ein Münzregister des Bezahlsystems zum Registrieren des elektronischen Münzdatensatzes im Münzregister.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Verfahren weiter ein Signieren des Registerdatensatzes mit einem privaten kryptografischen Schlüsselteil der Herausgeberinstanz; ein Übertragen des erzeugten elektronischen Münzdatensatzes, des Registerdatensatzes und der Signatur zwischen der Münzgenerierungs-Einheit und der Münzausgabe-Einheit der Herausgeberinstanz über den Air-Gap-Prozess zum Erhalten des erzeugten elektronischen Münzdatensatzes, des Registerdatensatzes und der Signatur in der Münzausgabe-Einheit; und ein Ausgeben des Registerdatensatzes und der Signatur an das Münzregister des Bezahlsystems zum Prüfen und/oder Speichern der Signatur des Registerdatensatzes im Münzregister. Die Signatur wird also nur geprüft und nicht im Münzregister gespeichert, geprüft und dann mit dem Registerdatensatz bzw. als Teil des Registerdatensatzes gespeichert oder ggf. sogar ungeprüft gespeichert.
  • Bevorzugt ist der Air-Gap-Prozess ein physisches oder transportbehältergesichertes Übertragen eines physischen Repräsentanten des elektronischen Münzdatensatzes. Bevorzugt umfasst der Air-Gap Prozess die Verwendung eines portablen Datenträgers, vorzugsweise eines portablen elektronischen Datenspeichers.
  • Bevorzugt umfasst der Air-Gap-Prozess ein Erstellen eines den erzeugten elektronischen Münzdatensatz repräsentierenden Ausdrucks in der Münzgenerierungs-Einheit und ein Einlesen des Ausdrucks durch die Münzausgabeeinheit zum Erhalten des von der Münzgenerierungs-Einheit erzeugten elektronischen Münzdatensatzes.
  • Das Verfahren weist bevorzugt weiter ein Empfangen, in der Münzausgabe-Einheit, einer Deaktivieren-Aufforderung von einer Teilnehmereinheit oder einer Bankinstanz betreffend einen erzeugten elektronischen Münzdatensatz; und/oder ein Senden, von der Münzausgabe-Einheit, einer Deaktivieren-Aufforderung an ein Münzregister betreffend ein Löschen eines Registerdatensatz auf.
  • In einem Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Bezahlsystem zum Bezahlen mit elektronischen Münzdatensätzen gelöst. Das Bezahlsystem ist unter anderem ausgestattet mit einem Münzregister, eingerichtet zum Registrieren der elektronischen Münzdatensätze; mit Teilnehmereinheiten, eingerichtet zum Ausführen von Bezahltransaktionen durch Übertragen der elektronischen Münzdatensätze und zum Senden von Status- und/oder Registrierungsanforderungen betreffend die elektronischen Münzdatensätze und mit einer (zuvor beschriebenen) Herausgeberinstanz.
  • Bevorzugt ist das Münzregister eingerichtet, einen von der Herausgeberinstanz ausgegebenen elektronischen Münzdatensatz zu registrieren, insbesondere wenn ein Herausgeber-Sicherungswert für oder in einem im Münzregister zu speichernden Registerdatensatz vorliegt. Weiter vorzugsweise ist das Münzregister zudem eingerichtet, einen von einer Teilnehmereinheit oder einer Bankinstanz modifizierten elektronischen Münzdatensatz nur zu registrieren, wenn er eine Modifikation eines bereits registrierten Münzdatensatzes ist. Im Register ersetzt der (zumindest eine) modifizierte elektronische Münzdatensatz den (zumindest einen) bereits registrierten Münzdatensatz. Registriert wird ein elektronischer Münzdatensatz im Münzregister in Form eines maskierten elektronischen Münzdatensatzes.
  • Teilnehmereinheiten oder Bankinstanzen können eine Status-Anfrage an das Münzregister senden, um zu erfahren ob der elektronische Münzdatensatz gültig ist (also im Münzregister als gültig registriert ist). Teilnehmereinheiten oder Bankinstanzen können aus (zumindest) einem elektronischen Münzdatensatz (zumindest) einen modifizierten elektronischen Münzdatensatz erzeugen, beispielsweise durch Umschreiben, Aufteilen oder Verbinden von elektronischen Münzdatensätzen. Ihren modifizierten Münzdatensatz registrieren Teilnehmereinheiten oder Bankinstanzen in dem Münzregister durch eine Registrierungsanforderung an das Münzregister.
  • Bevorzugt wird ein elektronischer Münzdatensatz durch Anwenden einer homomorphen Einwegfunktion auf den elektronischen Münzdatensatz maskiert wird, so dass ein maskierter elektronischer Münzdatensatz erhalten wird, der als Registerdatensatz oder als Teil des Registerdatensatzes dient. Der maskierte elektronische Münzdatensatz wird in dem Münzregister des Bezahlsystems registriert. Bevorzugt erfolgt das Registrieren für einen ausgegebenen elektronischen Münzdatensatz des Herausgebers als Erstregistrierung. Der neue Münzdatensatz wird erzeugt ohne die bereits registrierten Münzdatensätze anzupassen. Für einen von einer Teilnehmereinheit oder einer Bankinstanz modifizierten elektronischen Münzdatensatz erfolgt eine Modifikationsregistrierung. Der modifizierte Münzdatensatz ersetzt (betragsneutral) einen zuvor als gültig registrierten Münzdatensatz.
  • Bevorzugt wird ein elektronischer Münzdatensatz durch Anwenden einer homomorphen Einwegfunktion auf den elektronischen Münzdatensatz durch eine Teilnehmereinheit maskiert, um einen maskierten elektronischen Münzdatensatz als Registerdatensatz zu erhalten, wobei der maskierte elektronische Münzdatensatz in dem Münzregister des Bezahlsystems registriert wird.
  • Ein elektronischer Münzdatensatz ist insbesondere ein elektronischer Datensatz, der einen geldwerten (=monetären) Betrag repräsentiert und umgangssprachlich auch als „digitale Münze“ oder „elektronische Münze“, englisch „digital/electronic coin“ bezeichnet wird. Dieser geldwerte Betrag kann bei dem Verfahren von einem ersten Endgerät zu einem anderen Endgerät wechseln. Als ein geldwerter Betrag (Vermögenwert) wird im Folgenden ein digitaler Betrag verstanden, der z.B. auf einem Konto eines Geldinstituts gutgeschrieben werden kann, oder gegen ein anderes Zahlungsmittel getauscht werden kann. Ein elektronischer Münzdatensatz repräsentiert also Bargeld in elektronischer Form.
  • Ein elektronischer Münzdatensatz zum Übertragen von geldwerten Beträgen unterscheidet sich wesentlich von dem elektronischen Datensatz zum Datenaustausch oder Datentransfer, beispielsweise einem Registerdatensatz, da eine klassische Datentransaktion auf Basis eines Frage-Antwort-Prinzips bzw. auf einer Interkommunikation zwischen den Datentransferpartnern, beispielsweise der Teilnehmereinheit und einer der Registerinstanzen (Münzregister, Überwachungsregister, Transaktionsregister) stattfindet. Dabei können im Rahmen von Authentifizierungen, Identifizierungs- bzw. Kennungsdaten ausgetauscht werden, die Rückschlüsse auf eine Teilnehmerkennung und/oder eine Identifizierungsnummer einer natürlichen Person als Nutzer (Teilnehmer) des Bezahlsystems liefern können. Damit ist ein anonymes Bezahlen nicht möglich. Ein elektronischer Münzdatensatz ist dementgegen anonym, einmalig, eindeutig und steht im Kontext eines Sicherheitskonzepts. In einem elektronischen Münzdatensatz sind prinzipiell alle Datenelemente enthalten, die für eine empfangende Instanz benötigt werden. Im Unterschied zum Kopieren von elektronischen Datensätzen, also der Vervielfältigung digitaler Daten, darf ein gültiger elektronischer Münzdatensatz nur ein einziges Mal im Bezahlsystem existieren. Diese Systemvoraussetzung ist insbesondere beim Übertragen von elektronischen Münzdatensätzen zu beachten.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der elektronische Münzdatensatz als Datenelement einen monetären Betrag, also ein Datum, das einen Geldwert des elektronischen Münzdatensatzes darstellt, und als Datenelement einen Verschleierungsbetrag, beispielsweise eine Zufallszahl, auf. Der Verschleierungsbetrag ist dem Münzregister nicht bekannt. Der Verschleierungsbetrag ist - außer in der ersten Schicht (Direkttransaktionsschicht) -ein geheimes Datenelement. Ein elektronischer Münzdatensatz wird durch diese wenigstens zwei Datenelemente (monetärer Betrag, Verschleierungsbetrag) eindeutig repräsentiert. Jeder, der Zugriff auf diese Datenelemente eines elektronischen Münzdatensatzes hat, kann diesen elektronischen Münzdatensatz zum Bezahlen in einer Bezahltransaktion verwenden. Die Kenntnis dieser zwei Datenelemente (monetärer Betrag, Verschleierungsbetrag) ist also gleichbedeutend mit dem Besitz des digitalen Geldes. Dieser elektronische Münzdatensatz kann zwischen zwei Teilnehmereinheiten direkt übertragen werden. Zum Austausch von digitalem Geld (=Bezahltransaktion) ist nur die Übertragung des monetären Betrags und des Verschleierungsbetrags notwendig.
  • In einer Ausgestaltung weist jeder elektronische Münzdatensatz noch zumindest einen Prüfwert als Datenelement auf, sodass dieser dann aus mindestens drei Daten (monetärer Betrag, Verschleierungsbetrag, Prüfwert) besteht. Die Funktion des Prüfwerts des elektronischen Münzdatensatzes wird später erläutert. In einer Ausgestaltung kann jeder elektronische Münzdatensatz eine Münzkennung als Datenelement aufweisen, wobei die Münzkennung bevorzugt zur Identifizierung eines Registerdatensatzes bezüglich des elektronischen Münzdatensatzes wird. Eine Münzkennung ist ein Datenelement zur eindeutigen Zuordnung des elektronischen Münzdatensatzes im Bezahlsystem. Diese Münzkennung ist bevorzugt eine Zufallszahl. Die Münzkennung (falls verfolgbar) gibt Rückschlüsse über den Lebenszyklus eines elektronischen Münzdatensatzes.
  • Darüber hinaus kann der elektronische Münzdatensatz weitere Datenelemente aufweisen, beispielsweise welche Währung der monetäre Betrag repräsentiert, von welcher Herausgeberinstanz er erzeugt wurde und/oder eine Signatur einer Herausgeberinstanz.
  • Um ein Übertragungsprotokoll sicher auszugestalten, werden die elektronischen Münzdatensätze durch jeweiliger Teilnehmereinheiten, beispielsweise durch dort integrierte Sicherheitselemente, verwaltet und auch durch diese übertragen. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Sicherheitselement betriebsbereit in die Teilnehmereinheit eingebracht. Dabei kann die Teilnehmereinheit eine Applikation beinhalten, durch die ein Benutzer (= Teilnehmer) einen Bezahlvorgang steuert und in diesem Bezahlvorgang auf elektronische Münzdatensätze des Sicherheitselements zurückgreift.
  • Die Teilnehmereinheit kann beispielsweise ein mobiles Endgerät, wie z.B. ein Smartphone, ein Tablet-Computer, ein Computer, ein Server oder eine Maschine sein. Ein Übertragen des elektronischen Münzdatensatzes vom (ersten) Sicherheitselement einer ersten Teilnehmereinheit erfolgt beispielsweise zum (zweiten) Sicherheitselement einer anderen Teilnehmereinheit. Dabei kann eine Teilnehmereinheit-zu-Teilnehmereinheit Übertragungsstrecke aufgebaut werden, über die beispielsweise ein sicherer Kanal zwischen den beiden Sicherheitselementen aufgebaut wird, über den dann das Übertragen des elektronischen Münzdatensatzes erfolgt. Eine auf der Teilnehmereinheit betriebsbereit eingebrachte Applikation (installiert) kann die Übertragung des Münzdatensatzes durch Nutzung von Eingabe- und/oder Ausgabemittel der jeweiligen Teilnehmereinheit initiieren und steuern. Beispielsweise können Beträge von elektronischen Münzdatensätzen angezeigt werden und das Übertragungsverfahren überwacht werden.
  • Ein neuer elektronischer Münzdatensatz kann im Unterschied zu einem Registerdatensatz nicht von einer Teilnehmereinheit oder dem Münzregister erzeugt werden. Das Erzeugen eines elektronischen Münzdatensatzes (und auch dessen Vernichtung bzw. Löschen) erfolgt durch die Herausgeberinstanz des Bezahlsystems, bevorzugt ausschließlich durch die Herausgeberinstanz des Bezahlsystems.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein Sicherheitselement betriebsbereit in einer Teilnehmereinheit eingebracht. Damit ist sichergestellt, dass Registerdatensätze ohne Manipulationen erzeugt und verschlüsselt und ggf. auch gesendet werden. In einer Ausgestaltung wird der Registerdatensatz im Sicherheitselement erstellt und dann durch die Teilnehmereinheit an das Münzregister versendet.
  • Ein Sicherheitselement ist eine technische ressourcenbeschränkte Einrichtung. Ein Sicherheitselement ist beispielsweise ein spezielles Computerprogrammprodukt, insbesondere in Form einer abgesicherten Laufzeitumgebung innerhalb eines Betriebssystems eines Endgeräts, englisch Trusted Execution Environments, TEE, oder einer eSIM-Software, gespeichert auf einem Datenspeicher, beispielsweise einer Teilnehmereinheit, wie (mobiles) Endgerät, einer Maschine oder eines Bankautomat. Alternativ oder zusätzlich ist das Sicherheitselement beispielsweise als spezielle Hardware, insbesondere in Form eines gesicherten Hardware-Plattform-Moduls, englisch Trusted Platform Module, TPM oder als eine Chipkarte oder ein eingebettetes Sicherheitsmodul, eUICC, eSIM, ausgebildet. Das Sicherheitselement stellt eine vertrauenswürdige Umgebung bereit und hat damit ein höheres Level-of-Trust als ein Endgerät, in dem das Sicherheitselement ggf. betriebsbereit integriert ist.
  • Das Übertragen eines elektronischen Münzdatensatzes erfolgt bevorzugt zwischen zwei Sicherheitselementen, um eine vertrauenswürdige Umgebung zu schaffen. Dabei erfolgt die logische Übertragung des elektronischen Münzdatensatzes direkt, wohingegen eine physikalische Übertragung eines oder mehrere dazwischenliegende Instanzen aufweisen kann, beispielsweise eines oder mehrere Teilnehmereinheiten zur Herstellung der Betriebsbereitschaft des/der Sicherheitselemente und/oder ein entfernter Datenspeicherdienst, bei dem eine Geldbörsen-Applikation mit elektronischen Münzdatensätzen physikalisch gespeichert sind.
  • Sicherheitselemente können elektronische Münzdatensätze untereinander übertragen und dann direkt - ohne Registerprüfung(en) - weiterverwenden, insbesondere wenn das Bezahlsystem voraussetzt, dass elektronische Münzdatensätze von Sicherheitselementen per se als gültig anzusehen sind.
  • In einer Teilnehmereinheit bzw. einem Sicherheitselement können ein oder mehre elektronische Münzdatensätze sicher abgelegt sein, beispielsweise kann eine Vielzahl von elektronischen Münzdatensätzen in einem exklusiv einer Teilnehmereinheit oder einem Sicherheitselement zugeordneten Datenspeicher gesichert abgelegt sein. Der Datenspeicher stellt dann beispielsweise eine elektronische Geldbörsen-Applikation dar. Dieser Datenspeicher kann beispielsweise intern, extern oder virtuell zum Sicherheitselement sein.
  • Das erste Sicherheitselement könnte zudem elektronische Münzdatensätze auch von weniger vertrauenswürdigen Einheiten, wie Teilnehmereinheiten, also einem Endgerät oder einer Maschine, erhalten haben, beispielsweise über eine Import/Export Funktion des Sicherheitselements. Derartig erhaltene elektronische Münzdatensätze, die nicht direkt von einem anderen Sicherheitselement erhalten wurden, gelten als weniger vertrauenswürdig. Es könnte eine Voraussetzung des Bezahlsystems sein, derartige elektronische Münzdatensätze auf Gültigkeit mittels des Münzregisters prüfen zu müssen oder durch eine Aktion (Modifikation) durch das empfangende Sicherheitselement, den elektronischen Münzdatensatz auf das empfangende Sicherheitselement umzutragen, bevor dieser weitergegeben werden darf.
  • Ein Übertragen des elektronischen Münzdatensatzes zwischen dem ersten und dem zweiten Sicherheitselement kann in ein Übertragungsprotokoll zwischen zwei Teilnehmereinheiten integriert sein und/oder in einem sicheren Kanal zwischen zwei Anwendungen der jeweiligen Teilnehmereinheit integriert sein. Zudem kann die Übertragung eine Internet-Datenverbindung zu einem externen Datenspeicher, beispielsweise einem Online-Speicher, beinhalten.
  • Der (zu übertragende oder zu modifizierende) elektronische Münzdatensatz ist in einem Münzregister des Bezahlsystems registriert. Damit ist beispielsweise zum Registrieren des elektronischen Münzdatensatzes der Aufbau einer Kommunikationsverbindung zu dem Münzregister vorgesehen. Diese Kommunikationsverbindung muss nunmehr nicht zwangsläufig während des Übertragungsvorgangs (Bezahlvorgang) vorhanden sein. Vorzugsweise ist das Münzregister zur Verwaltung und Prüfung von maskierten elektronischen Münzdatensätzen vorgesehen. Das Münzregister kann zusätzlich weitere (Nicht-Bezahl-) Transaktionen zwischen Teilnehmereinheiten verwalten und prüfen.
  • Das Münzregister - als Teil der zweiten Schicht - ist beispielsweise eine Datenbank, in der ein Registerdatensatz erzeugt und/oder abgelegt ist. Ein Registerdatensatz ist ein Datensatz, der es ermöglicht, die Gültigkeit, den Status, die Historie und/oder den Verbleib eines elektronischen Münzdatensatzes zu erfahren und/oder zu verifizieren. Ein Registerdatensatz ist bevorzugt einem elektronischen Münzdatensatz eindeutig zugeordnet. Der Registerdatensatz dient nur der Überprüfung und kann nicht verwendet werden, um anstelle des elektronischen Münzdatensatzes für Bezahltransaktionen verwendet zu werden.
  • Ein Registerdatensatz weist dabei eines oder mehrere der folgenden Datenelemente auf: eine Signatur des elektronischen Münzdatensatzes; einen Bereichsnachweis eines elektronischen Münzdatensatzes; einen Prüfwert des elektronischen Münzdatensatzes; einen Prüfwert betreffend den elektronischen Münzdatensatz; einen Zählerwert betreffend den elektronischen Münzdatensatz; eine Teilnehmerkennung einer, den Registerdatensatz sendenden Teilnehmereinheit; einen maskierten elektronischen Münzdatensatz; und/oder einen geldwerten Betrag des elektronischen Münzdatensatz. Alle diese Datenelemente und deren Funktion werden an den geeigneten Stellen definiert.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung stellt das Münzregister einen Registerdatensatz bereit. Der Registerdatensatz weist beispielsweise als Datenelement einen maskierten elektronischen Münzdatensatz korrespondierend zu einem elektronischen Münzdatensatz auf. Der maskierte elektronische Münzdatensatz wurde beispielsweise von einer Teilnehmereinheit oder einer Herausgeberinstanz bereitgestellt. Der Besitz eines maskierten elektronischen Münzdatensatzes erlaubt keine Offenlegung von Datenelementen des (korrespondierenden) elektronischen Münzdatensatzes, wodurch ein derartiger Registerdatensatz mit (nur) maskierten Münzdatensätzen anonym in Bezug auf eine Teilnehmerkennung und auch anonym bezüglich eines geldwerten Betrags des elektronischen Münzdatensatzes ist. Das Maskieren wird später erläutert.
  • In einer weiteren Ausgestaltung weist der Registerdatensatz beispielsweise als Datenelemente einen maskierten elektronischen Münzdatensatz und eine Betragskategorie betreffend einen geldwerten Betrag des elektronischen Münzdatensatzes korrespondierend zu dem maskierten elektronischen Münzdatensatz auf. Ein derartiger Registerdatensatz mit maskiertem Münzdatensatz ist identitätsanonym und betragspseudonym. Das Maskieren und auch das Verwenden von Betragskategorien wird später erläutert.
  • In einer weiteren Ausgestaltung weist der Registerdatensatz beispielsweise als Datenelemente eine Münzkennung eines elektronischen Münzdatensatzes, einen Prüfwert des elektronischen Münzdatensatzes und ein Pseudonym der Teilnehmerkennung auf. Ein derartiger Registerdatensatz ist identitätspseudonym und betragsanonym.
  • Beispielsweise sind maskierte elektronische Münzdatensätze als Datenelement im Registerdatensatz oder als der Registerdatensatz vorgesehen. Diese maskierten elektronischen Münzdatensätze sind mit ihrer entsprechenden Verarbeitung im Münzregister registriert. Das Maskieren wird später erläutert werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung lässt sich daraus ein Gültigkeitsstatus des (maskierten) elektronischen Münzdatensatzes ableiten. Bevorzugt wird die Gültigkeit der (maskierten) elektronischen Münzdatensätze in dem Münzregister vermerkt (registriert). Modifikationen, wie Umschalten, Aufteilen oder Kombinieren, zu den einzelnen elektronischen Münzdatensätzen werden im Münzregister registriert.
  • Die Registrierung der Verarbeitung bzw. der Verarbeitungsschritte für eine jeweilige Modifikation in dem Münzregister kann in einer Ausgestaltung des Bezahlsystems auch das Registrieren von Prüfergebnissen und Zwischenprüfergebnissen betreffend die Gültigkeit eines elektronischen Münzdatensatzes im Münzregister betreffen, insbesondere das Bestimmen von Prüfwerten und Zählerwerten entsprechender elektronischer Münzdatensätze. Ist eine Verarbeitung endgültig, wird dies beispielsweise durch entsprechende Markierungen oder einer abgeleiteten Gesamtmarkierung im Münzregister angezeigt. Eine endgültige Verarbeitung entscheidet sodann, ob ein elektronischer Münzdatensatz gültig oder ungültig ist.
  • Das Münzregister kann beispielsweise eine dezentrale öffentliche Datenbank sein. Diese Datenbank ermöglicht es auf einfache Weise, elektronische Münzdatensätze bezüglich ihrer Gültigkeit zu prüfen und „Double-Spending“, also Mehrfachausgaben, zu verhindern, ohne dass das Übertragen selbst registriert oder protokolliert wird. Die Datenbank, beispielsweise eine Distributed-Ledger-Technologie, DLT, beschreibt dabei eine Technik für vernetzte Computer, die zu einer Übereinkunft über die Reihenfolge von bestimmten Transaktionen kommen und darüber, dass diese Transaktionen Daten aktualisieren. Es entspricht einem dezentral geführten Verwaltungssystem oder einer dezentral geführten Datenbank.
  • Alternativ ist das Münzregister eine zentral geführte Datenbank, beispielsweise in Form eines öffentlich zugänglichen Datenspeichers oder als Mischform aus zentraler und dezentraler Datenbank. Beispielsweise sind das Münzregister und das Überwachungsregister als ein Dienste-Server des Bezahlsystems ausgebildet.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung wird im jeweiligen Verfahren jedem elektronischen Münzdatensatz ein entsprechender maskierter elektronischer Münzdatensatz zugeordnet. Die Kenntnis eines maskierten elektronischen Münzdatensatzes berechtigt nicht dazu, das digitale Geld, das durch den elektronischen Münzdatensatz repräsentiert wird, auszugeben. Dies stellt einen wesentlichen Unterschied zwischen den maskierten elektronischen Münzdatensätzen und den (nicht maskierten) elektronischen Münzdatensätzen dar. Ein maskierter elektronischer Münzdatensatz ist einzigartig und zudem eindeutig einem elektronischen Münzdatensatz zuzuordnen, es gibt also eine 1-zu-1 Beziehung zwischen einem maskierten elektronischen Münzdatensatz und einem (nicht-maskierten) elektronischen Münzdatensatz. Das Maskieren des elektronischen Münzdatensatzes erfolgt bevorzugt durch eine Recheneinheit der Teilnehmereinheit. Die Teilnehmereinheit weist zumindest einen elektronischen Münzdatensatz auf. Alternativ kann das Maskieren durch eine Recheneinheit einer den elektronischen Münzdatensatz empfangende Teilnehmereinheit erfolgen.
  • Dieser maskierte elektronische Münzdatensatz wird durch Anwenden einer homomorphen Einwegfunktion, insbesondere einer homomorphen kryptographischen Funktion, erhalten. Diese Funktion ist eine Einwegfunktion, also eine mathematische Funktion, die komplexitätstheoretisch „leicht“ berechenbar, aber „schwer“ bis praktisch unmöglich umzukehren ist. Hierbei wird unter Einwegfunktion auch eine Funktion bezeichnet, zu der bislang keine in angemessener Zeit und mit vertretbarem Aufwand praktisch ausführbare Umkehrung bekannt ist. Somit ist die Berechnung eines maskierten elektronischen Münzdatensatzes aus einem elektronischen Münzdatensatz vergleichbar mit der Generierung eines öffentlichen Schlüssels in einem Verschlüsselungsverfahren über eine Restklassengruppe. Vorzugsweise wird eine Einwegfunktion verwendet, die auf eine Gruppe operiert, in der das diskrete Logarithmusproblem schwer zu lösen ist, wie z. B. ein kryptographisches Verfahren analog einer elliptischer-Kurve-Verschlüsselung, kurz ECC, aus einem privaten Schlüssel eines entsprechenden Kryptographie-Verfahrens. Die umgekehrte Funktion, also die Erzeugung eines elektronischen Münzdatensatzes aus einem maskierten elektronischen Münzdatensatz, ist dabei - äquivalent zur Erzeugung des privaten Schlüssels aus einem öffentlichen Schlüssel in einem Verschlüsselungsverfahren über einer Restklassengruppe - sehr zeitintensiv. Wenn im vorliegenden Dokument von Summen und Differenzen oder anderen mathematischen Operationen die Rede ist, dann sind dabei im mathematischen Sinn die jeweiligen Operationen auf der entsprechenden mathematischen Gruppe zu verstehen, beispielsweise der Gruppe der Punkte auf einer elliptischen Kurve.
  • Die Einwegfunktion ist homomorph, also ein kryptographisches Verfahren, welches über Homomorphie-Eigenschaften verfügt. Somit können mit dem maskierten elektronischen Münzdatensatz mathematische Operationen durchgeführt werden, die parallel dazu auch auf dem (nicht maskierten) elektronischen Münzdatensatz durchgeführt und somit nachvollzogen werden können. Mit Hilfe der homomorphen Einwegfunktion können Berechnungen mit maskierten elektronischen Münzdatensätzen in dem Münzregister und/oder dem Überwachungsregister nachvollzogen werden, ohne dass die entsprechenden (nicht maskierten) elektronischen Münzdatensätze dort bekannt sind. Daher können bestimmte Berechnungen mit elektronischen Münzdatensätzen, beispielsweise für ein Verarbeiten des (nicht maskierten) elektronischen Münzdatensatzes (zum Beispiel Aufteilen oder Verbinden), auch parallel mit den dazugehörigen maskierten elektronischen Münzdatensätzen im Münzregister nachgewiesen werden, beispielsweise zu Validierungsprüfungen (=Gültigkeiten). Zudem kann parallel die Überwachung über die Rechtmäßigkeit des jeweiligen elektronischen Münzdatensatzes im Überwachungsregister nachgewiesen werden. Die Homomorphie-Eigenschaften treffen zumindest auf Additions- und Subtraktionsoperationen zu, sodass ein Umschalten (=Switch), Aufteilen (=Split) oder Kombinieren (=Verbinden) von elektronischen Münzdatensätzen auch mittels der entsprechend maskierten elektronischen Münzdatensätze im Münzregister bzw. der Prüfung, ob der elektronische Münzdatensatz zurückzugeben (löschen) oder Umzumünzen ist im Überwachungsregister festgehalten und von anfragenden Teilnehmereinheiten bzw. deren Sicherheitselementen und/oder von dem Münzregister und/oder von dem Überwachungsregister nachvollzogen werden kann, ohne Kenntnis über den monetären Betrag und die durchführende Teilnehmereinheit zu erlangen.
  • Die Homomorphie-Eigenschaft ermöglicht es also, eine Eintragung von gültigen und ungültigen elektronischen Münzdatensätzen auf Basis ihrer maskierten elektronischen Münzdatensätze in einem Münzregister und einem Überwachungsregister zu führen, ohne Kenntnis der elektronischen Münzdatensätze, auch wenn diese elektronische Münzdatensätze verarbeitet (aufgeteilt, verbunden, umschalten) oder direkt übertragen werden, also eine Aktion mit diesen elektronischen Münzdatensätzen durchgeführt wird. Dabei wird stets sichergestellt, dass kein zusätzlicher monetärer Betrag geschaffen wurde oder dass eine Identität der Teilnehmereinheiten bzw. deren Sicherheitselementen in dem Münzregister oder dem Überwachungsregister festgehalten wird. Das Maskieren ermöglicht ein hohes Maß an Sicherheit, ohne einen Einblick in den monetären Betrag oder die Teilnehmereinheit zu geben.
  • Beim direkten Übertragen eines elektronischen Münzdatensatzes von der ersten Teilnehmereinheit an eine zweite Teilnehmereinheit haben zwei Teilnehmereinheiten gleichzeitig Kenntnis über den zu übertragenden elektronischen Münzdatensatz. Es gilt zu verhindern, dass die sendende erste Teilnehmereinheit den elektronischen Münzdatensatz bei einer anderen (dritten) Teilnehmereinheit ebenfalls zum Bezahlen verwendet (sogenanntes Double-Spending). Dabei kann vor dem Übertragen ein Status des elektronischen Münzdatensatzes auf Inaktiv-Status gesetzt, um den elektronischen Münzdatensatz zu invalidieren, dann erfolgt das Senden (als erster Schritt des Übertragens) an die zweite Teilnehmereinheit und bei Vorhandensein einer Empfangsbestätigung von der zweiten Teilnehmereinheit erfolgt ein Löschen des elektronischen Münzdatensatzes in der ersten Teilnehmereinheit (als zweiter Schritt des Übertragens). Eine Löschungsbestätigung von der ersten Teilnehmereinheit kann an das Münzregister oder die zweite Teilnehmereinheit gesendet werden, um ein erfolgreiches Löschen (durchgeführt in der ersten Teilnehmereinheit) des elektronischen Münzdatensatzes anzuzeigen.
  • Zudem kann der übertragene elektronische Münzdatensatz von der ersten Teilnehmereinheit an eine zweite Teilnehmereinheit umgeschaltet (=switch) werden. Das Umschalten kann bevorzugt automatisch beim Empfangen der Löschungsbestätigung eines elektronischen Münzdatensatzes in der zweiten Teilnehmereinheit erfolgen. Zusätzlich kann es auch auf Anforderung, beispielsweise eines Befehls von der ersten Teilnehmereinheit und/oder der zweiten Teilnehmereinheit erfolgen. Zusätzlich kann ein elektronischer Münzdatensatz auch in zumindest zwei elektronische Münzteildatensätze aufgeteilt werden (=split). Zusätzlich können zwei elektronische Münzdatensätze zu einem elektronischen Münzdatensatz verbunden werden („Merge“).
  • Das Umschalten, das Aufteilen und das Verbinden sind verschiedene Modifikation an einem elektronischen Münzdatensatz, also Aktionen mit dem elektronischen Münzdatensatz. Diese Modifikationen bedingen ein Registrieren des maskierten Münzdatensatzes im Münzregister des Bezahlsystems. Das konkrete Durchführen der einzelnen Modifikationen wird später erläutert.
  • Ein Umschalten erfolgt zudem, wenn ein elektronischer Münzdatensatz verändert, beispielsweise aufgeteilt oder mit anderen elektronischen Münzdatensätzen verbunden wurde, insbesondere um einen zu zahlenden monetären Betrag passend begleichen zu können. Dabei sollte das Bezahlsystem stets in der Lage sein, jeden monetären Betrag zu zahlen.
  • Nachfolgend wird das Erkennen von Rückgabekriterien für bereits ausgegebene Münzdatensätze, beispielsweise dass eine Münzdatensatz verfallen soll, erläutert:
    • Die elektronischen Münzdatensätze werden von einer zentralen Herausgeberinstanz ausgegeben, wobei jeder elektronische Münzdatensatz zusätzlich einen Prüfwert aufweist. Der Prüfwert ist invariant bei einer, von Teilnehmereinheiten mit dem elektronischen Münzdatensatz durchgeführten Aktion (Modifikation). Das Verfahren umfasst den folgenden Schritt: Bestimmen durch die Teilnehmereinheit anhand des Prüfwerts des elektronischen Münzdatensatzes, ob der elektronische Münzdatensatz an die zentrale Herausgeberinstanz zurückgegeben wird. Somit wird in einer bevorzugten Ausgestaltung für das Erkennen von Rückgabekriterien anhand des bereits oben erwähnten Prüfwerts für nichtgesendete Transaktionsdatensätze oder anhand eines weiteren Prüfwerts auch bestimmt, ob der elektronische Münzdatensatz von der ersten Teilnehmereinheit bei dem Bezahlsystem, insbesondere einem Münzregister, angezeigt wird und/oder ob der elektronische Münzdatensatz an die zentrale Herausgeberinstanz zurückgegeben wird.
  • Jeder Prüfwert des elektronischen Münzdatensatzes wird im Verfahren verwendet, um eine Kontrollfunktion im Bezahlsystem zu ermöglichen beziehungsweise zu verbessern. Jeder Prüfwert ist bevorzugt ein Datenelement des elektronischen Münzdatensatzes das von der Teilnehmereinheit ausgelesen werden kann oder ein Datenelement in der Teilnehmereinheit und dessen Wert kann von der Teilnehmereinheit bestimmt werden. Der Prüfwert für die Rückgabekriterien ist an einen elektronischen Münzdatensatz gekoppelt.
  • Der Prüfwert ist invariant bei einer, von Teilnehmereinheiten mit dem elektronischen Münzdatensatz durchgeführten Aktion (aktionsinvariant). Aktionsinvariant bedeutet, dass bei einer Aktion mit dem Münzdatensatz der Prüfwert unverändert erhalten bleibt. Der aktionsinvariante Prüfwert ist nicht-individuell für den elektronischen Münzdatensatz, sondern gruppenspezifisch und gilt daher für eine Mehrzahl von unterschiedlichen Münzdatensätzen, um eine Anonymität zu bewahren und eine Münzdatensatz-verfolgung zu verhindern. Als Aktion mit einem Münzdatensatz wird jede von einem Endgerät durchgeführte Modifikation am Münzdatensatz, also insbesondere das Umschalten, das Aufteilen, das Kombinieren, wie später noch beschrieben wird. Zudem ist als Aktion jedes Übertragen des Münzdatensatzes, beispielsweise zu einer (anderen) Teilnehmereinheit oder auch einer Instanz im Bezahlsystem, gemeint. Zudem ist als Aktion das Einlösen des Münzdatensatzes zum Gutschreiben eines monetären Betrags des Münzdatensatzes oder das Wechseln des Währungssystems gemeint. Diese Aktionen werden von Teilnehmereinheiten durchgeführt und verändern den Prüfwert nicht.
  • Anhand des Prüfwerts des elektronischen Münzdatensatzes durch die Teilnehmereinheit wird bestimmt, ob der elektronische Münzdatensatz an die zentrale Herausgeberinstanz zurückgegeben wird. Damit kann mit dem Prüfwert ein Kriterium für die Rückgabe eines elektronischen Münzdatensatzes definiert werden. Auf diese Weise können elektronische Münzdatensätze beispielsweise aufgrund ihrer Lebensdauer oder der Anzahl von mit dem Münzdatensatz durchgeführten Aktionen verfallen, um die Sicherheit am Bezahlsystem zu erhöhen.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der elektronische Münzdatensatz in Folge eines Anzeigens von dem Bezahlsystem an die zentrale Herausgeberinstanz zurückgegeben. Durch das Anzeigen beim Bezahlsystem wird also im Bezahlsystem bestimmt, ob der Münzdatensatz zurückzugeben ist. Das Bestimmen, ob eine Rückgabe erfolgen muss, wird in dieser Ausgestaltung im Bezahlsystem anstelle der Teilnehmereinheit durchgeführt. Das Ergebnis des Bestimmens wird der Teilnehmereinheit mitgeteilt und die Teilnehmereinheit wird von dem Bezahlsystem aufgefordert, den elektronischen Münzdatensatz zurückzugeben.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung wird ein Zählerwert im Bezahlsystem (dem Überwachungsregister) betreffend diesen elektronischen Münzdatensatz in Folge des Anzeigens durch das Bezahlsystem unter Verwendung des Prüfwerts des elektronischen Münzdatensatzes bestimmt. Der Prüfwert des Münzdatensatzes wird bevorzugt von der Teilnehmereinheit an das Bezahlsystem (dem Überwachungsregister) übertragen. Der Zählerwert ist dabei kein Bestandteil des Münzdatensatzes. Bevorzugt wird der Zählerwert im Bezahlsystem verwaltet. Bevorzugt wird der Zählerwert mit jeder Aktion (Modifikation, Übertragung, Einlösung) betreffend den elektronischen Münzdatensatz erhöht. Bevorzugt wird für unterschiedliche Aktionen der Zählerwert mit unterschiedlicher Gewichtung erhöht. Dadurch ist es möglich, die Rückgabe entsprechend unterschiedlicher Aktionen verbessert zu steuern. Somit ist im Münzdatensatz der Prüfwert als Datenelement vorgesehen, der insbesondere mit jeder direkten Übertragung zwischen Teilnehmereinheiten inkrementiert wird. Der Zählerwert im Bezahlsystem bezieht den Prüfwert ein, beispielsweise durch Addieren des bisherigen Zählerwerts mit dem Prüfwert.
  • Anhand des Prüfwertes des elektronischen Münzdatensatzes wird bestimmt, ob der elektronische Münzdatensatz an die zentrale Herausgeberinstanz zurückgegeben wird. Bevorzugt ist der Prüfwert invariant bei einer, von Teilnehmereinheiten mit dem elektronischen Münzdatensatz durchgeführten Aktion, wobei bevorzugt der Prüfwert zumindest ein Wert aus der folgenden Liste ist: Rückgabedatum des elektronischen Münzdatensatzes; Ausgabedatum des elektronischen Münzdatensatzes; Registrierungsdatum des elektronischen Münzdatensatzes; und Identifizierungswert des elektronischen Münzdatensatzes. Der aktionsinvariante Prüfwert ist nicht-individuell für den elektronischen Münzdatensatz, sondern gruppenspezifisch und gilt daher für eine Mehrzahl von unterschiedlichen Münzdatensätzen, um eine Anonymität zu bewahren und eine Münzdatensatzverfolgung zu verhindern. Der aktionsinvariante Prüfwert ist dabei nicht individuell für den elektronischen Münzdatensatz, sondern gilt für eine Mehrzahl von unterschiedlichen Münzdatensätzen (Gruppen-ID), um eine Anonymität zu bewahren und eine Münzdatensatz-verfolgung zu verhindern.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Prüfwert variabel, um zu bestimmen, ob der elektronische Münzdatensatz zurückgegeben wird. Dabei könnte eine Summe gebildet werden und diese Summe mit einem vordefinierten Schwellwert verglichen werden. Beispielsweise könnte die Anzahl von Direktübertragungen ein Rückgabekriterium sein, sodass keine Infrastruktur zur Auswertung der Münzdatensätze hinsichtlich der Rückgabe des Münzdatensätze in dem Bezahlsystem vorzuhalten wäre, also eine einfachere und sicherere Verwaltung unter Schaffung der Kontrollfunktionen ermöglicht wäre.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Überschreiten eines Blockier-Schwellwerts des Prüfwerts des elektronischen Münzdatensatzes durch eine erste Teilnehmereinheit festgestellt und eine Aktion mit diesem elektronischen Münzdatensatz, insbesondere das direkte Übertragen dieses elektronischen Münzdatensatzes von der ersten Teilnehmereinheit an eine zweite Teilnehmereinheit, blockiert, unabhängig davon, ob in der ersten Teilnehmereinheit ein anderer elektronischer Münzdatensatz vorhanden ist oder nicht. Somit wird ein Schwellwert definiert, bei dessen Erreichen eine direkte Weitergabe (Übertragung) zwischen Teilnehmereinheiten vollständig unterbunden (blockiert) wird. Beispielsweise könnte dieser Münzdatensatz in einen sicheren Speicherbereich abgelegt werden, zudem nur ein Rückgabe-Prozess aber kein Aktionsprozess der Teilnehmereinheit Zugriff hat.
  • Das drohende Blockieren kann der Teilnehmereinheit vorab erfasst werden und einem Nutzer der Teilnehmereinheit mitgeteilt werden, um das Blockieren des Münzdatensatzes durch sofortiges Rückgeben des Münzdatensatzes zu unterbinden. Zusätzlich oder alternativ kann die Teilnehmereinheit bei Erkennen des Überschreitens des Blockier-Schwellwerts den elektronischen Münzdatensatz zurückgeben.
  • Bevorzugt ist der Schwellwert des Prüfwerts geringer als der Blockier-Schwellwert des Prüfwerts. Der Blockier-Schwellwert kann ein Vielfaches des Schwellwertes sein, um den Münzdatensatz nicht zu früh zu blockieren. Der Schwellwert liegt beispielsweise bei zehn, oder beispielsweise bei fünf oder beispielsweise bei 3. Der Blockier-Schwellwert liegt entsprechend bei 30, oder beispielsweise bei 15 oder beispielsweise bei 10.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung fragt die Herausgeberinstanz in vordefinierten periodischen Zeitabständen oder gezielt gesteuert Prüfwerte von Münzdatensätzen ab und fordert einen elektronischen Münzdatensatz automatisch zurück, wenn ein Prüfwert des elektronischen Münzdatensatzes überschritten ist.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung des Rückgabe-Verfahrens wird durch das Überwachungsregister des Bezahlsystems ein Zählerwert im Überwachungsregister betreffend den elektronischen Münzdatensatz unter Verwendung des Prüfwerts des elektronischen Münzdatensatzes bestimmt. Bei Überschreiten eines Schwellwertes des Zählerwertes, wird der elektronische Münzdatensatz (direkt oder indirekt) an die zentrale Herausgeberinstanz zurückgegeben. Die Herausgeberinstanz oder das Bezahlsystem fordert den entsprechenden Münzdatensatz von der Teilnehmereinheit an oder stellt eine entsprechende Information vom Bezahlsystem an die Teilnehmereinheit zur (direkten) Rückgabe bereit. Der Zählerwert wird bevorzugt mit jeder Aktion am elektronischen Münzdatensatzes erhöht, wobei bevorzugt für unterschiedliche Aktionen der Zählerwert mit unterschiedlicher Gewichtung erhöht wird. Auf die oben genannten Vorteile bei einem derartigen Verfahren wird verwiesen.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung des Rückgabe-Verfahrens wird bei einer Durchführung einer Aktion mit dem elektronischen Münzdatensatz durch das Überwachungsregister der Prüfwert des elektronischen Münzdatensatzes von dem Bezahlsystem zurückgesetzt. Das vereinfacht das Verfahren, da die Teilnehmereinheit nicht an die Summe aller erlaubten Aktionen angepasst werden muss, sondern nur an die Summe nacheinander erlaubter direkter Übertragungen.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung wird beim Kombinieren (=Verbinden) von elektronischen Münzteildatensätzen zu einem kombinierten elektronischen Münzdatensatz durch das Bezahlsystem der höchste Prüfwert der elektronischen Münzteildatensätze bestimmt und dieser höchste Prüfwert als der Prüfwert des kombinierten elektronischen Münzdatensatzes übernommen wird.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung wird beim Kombinieren von elektronischen Münzteildatensätzen zu einem kombinierten elektronischen Münzdatensatz durch das Überwachungsregister ein neuer Prüfwert aus der Summe aller Prüfwerte der elektronischen Münzteildatensätzen geteilt durch das Produkt der Anzahl der Münzteildatensätze mit einem konstanten Korrekturwert bestimmt, wobei dieser neue Prüfwert als der Prüfwert des kombinierten elektronischen Münzdatensatzes übernommen wird, wobei der Korrekturwert größer gleich 1 ist und wobei bevorzugt der Korrekturwert von einer maximalen Abweichung der einzelnen Prüfwerte der elektronischen Münzteildatensätze oder von einem maximalen Prüfwert einer der elektronischen Münzteildatensätze abhängt, wobei weiter bevorzugt der Korrekturwert kleiner gleich 2 ist. Der Korrekturwert ist bezahlsystemweit konstant.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt das Zurückgeben des elektronischen Münzdatensatzes an die Herausgeberinstanz, wenn das Endgerät das Einlösen eines geldwerten Betrag des elektronischen Münzdatensatzes auf ein Konto des Bezahlsystems veranlasst und/oder wenn die Teilnehmereinheit einen Wechsel des geldwerten Betrags des elektronischen Münzdatensatzes in ein anderes Währungssystem des Bezahlsystems anfordert.
  • Ein elektronischer Münzdatensatz kann in einer Teilnehmereinheit aufgeteilt werden und dieses Aufteilen wird anschließend in dem Münzregister registriert. Das hat den Vorteil, dass ein Besitzer des zumindest einen elektronischen Münzdatensatzes nicht gezwungen ist, stets den gesamten monetären Betrag auf einmal zu übertragen, sondern nunmehr entsprechende monetäre Teilbeträge zu bilden und zu übertragen. Der Geldwert kann ohne Einschränkungen symmetrisch oder asymmetrisch aufgeteilt werden, solange alle elektronische Münzdatenteilsätze einen positiven monetären Betrag aufweisen, der kleiner ist als der monetäre Betrag des elektronische Münzdatensatzes, von dem aus aufgeteilt wird und die Summe der elektronischen Münzteildatensätze gleich dem aufzuteilenden elektronischen Münzteildatensatzes ist. Alternativ oder zusätzlich können feste Denominationen genutzt werden. Die Aufteilung in Teilbeträge ist beliebig. Das Aufteilen löst beispielsweise das Ausführen des oben beschriebenen Verfahrens zum Erzeugen und Verschlüsseln eines Transaktionsdatensatzes aus und der maskierte aufgeteilte elektronische Münzteildatensatz kann Teil eines Transaktionsdatensatzes für das Transaktionsregister sein.
  • Das Verfahren weist bevorzugt die weiteren folgenden Schritte auf: Umschalten des übertragenen elektronischen Münzteildatensatzes; und/oder Verbinden des übertragenen elektronischen Münzdatensatzes mit einem zweiten elektronischen Münzdatensatz zu einem (neuen) verbundenen elektronischen Münzdatensatz.
  • Beim Umschalten ergibt der von der ersten Teilnehmereinheit erhaltene elektronische Münzteildatensatz einen neuen elektronischen Münzdatensatz, bevorzugt mit gleichem monetärem Betrag, dem sogenannten umzuschaltenden elektronischen Münzdatensatz. Der neue elektronische Münzdatensatz wird von der zweiten Teilnehmereinheit generiert, vorzugsweise indem der monetäre Betrag des erhaltenen elektronischen Münzdatensatzes als monetärer Betrag des umzuschaltenden elektronischen Münzdatensatzes verwendet wird. Dabei wird ein neuer Verschleierungsbetrag, beispielsweise eine Zufallszahl, generiert. Der neue Verschleierungsbetrag wird beispielsweise zum Verschleierungsbetrag des erhaltenen elektronischen Münzdatensatzes addiert, damit die Summe beider Verschleierungsbeträge (neu und erhalten) als Verschleierungsbetrag des umzuschaltenden elektronischen Münzdatensatzes dient. Nach dem Umschalten wird bevorzugt der erhaltene elektronische Münzteildatensatz und der umzuschaltende elektronische Münzteildatensatz in der Teilnehmereinheit durch Anwenden der homomorphen Einwegfunktion auf jeweils den erhaltenen elektronischen Münzteildatensatz und den umzuschaltenden elektronischen Münzteildatensatz maskiert, um entsprechend einen maskierten erhaltenen elektronischen Münzteildatensatz und einen maskierten umzuschaltenden elektronischen Münzteildatensatz zu erhalten. Das Umschalten löst beispielsweise das Ausführen des oben beschriebenen Verfahrens zum Erzeugen und Verschlüsseln eines Transaktionsdatensatzes aus und der maskierte umzuschaltende elektronische Münzteildatensatz kann Teil eines Transaktionsdatensatzes für das Transaktionsregister sein.
  • Das Umschalten wird also durch Hinzufügen eines neuen Verschleierungsbetrags zum Verschleierungsbetrag des erhaltenen elektronischen Münzdatensatz abgesichert, wodurch ein Verschleierungsbetrag erhalten wird, den nur die zweite Teilnehmereinheit kennt. Neu geschaffene Verschleierungsbeträge müssen eine hohe Entropie aufweisen, da sie als Blendungsfaktor für die entsprechenden maskierten elektronischen Münzteildatensätze verwendet werden. Bevorzugt wird dazu ein Zufallszahlengenerator auf dem Sicherheitselement verwendet. Diese Absicherung kann in dem Münzregister nachverfolgt werden.
  • Im Rahmen des Umschaltens werden bevorzugt zusätzliche Informationen, die zum Registrieren des Umschaltens des maskierten elektronischen Münzdatensatzes in dem Münzregister benötigt werden, in der Teilnehmereinheit berechnet. Bevorzugt beinhalten die zusätzlichen Informationen einen Bereichsnachweis über den maskierten umzuschaltenden elektronischen Münzdatensatz und einen Bereichsnachweis über den maskierten erhaltenen elektronischen Münzdatensatz. Bei dem Bereichsnachweis handelt es sich um einen Nachweis, dass der monetäre Betrag des elektronischen Münzdatensatzes nicht negativ ist, der elektronische Münzdatensatz gültig erstellt und/ oder der monetäre Betrag und der Verschleierungsbetrag des elektronischen Münzdatensatzes dem Ersteller des Bereichsnachweises bekannt sind. Insbesondere dient der Bereichsnachweis dazu, diese(n) Nachweis(e) zu führen ohne den monetären Betrag und/oder den Verschleierungsbetrag des maskierten elektronischen Münzdatensatzes zu offenbaren. Diese Bereichsnachweise werden auch „Zero-Knowledge-Range-Proofs“ genannt. Bevorzugt werden als Bereichsnachweis Ringsignaturen verwendet. Anschließend erfolgt ein Registrieren des Umschaltens des maskierten elektronischen Münzdatensatzes in dem entfernten Münzregister. Das Registrieren löst beispielsweise das Ausführen des oben beschriebenen Verfahrens zum Erzeugen und Verschlüsseln eines Transaktionsdatensatzes aus und der maskierte umzuschaltende elektronische Münzteildatensatz kann Teil eines Transaktionsdatensatzes für das Transaktionsregister sein.
  • Der Schritt des Registrierens wird vorzugsweise dann ausgeführt, wenn die zweite Teilnehmereinheit mit dem Münzregister verbunden ist. Während die elektronischen Münzdatensätze für direktes Bezahlen zwischen zwei Teilnehmereinheiten verwendet werden, können die maskierten Münzdatensätze mit einem Pseudonym in dem Münzregister registriert werden. Das Registrieren löst beispielsweise das Ausführen des oben beschriebenen Verfahrens zum Erzeugen und Verschlüsseln eines Transaktionsdatensatzes aus und der pseudonymisierte maskierte umzuschaltende elektronische Münzteildatensatz kann Teil eines Transaktionsdatensatzes für das Transaktionsregister sein.
  • In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird für ein Verbinden von elektronischen Münzteildatensätzen ein weiterer elektronischer Münzdatensatz (verbundener elektronischer Münzdatensatz) aus einem ersten und einem zweiten elektronischen Münzteildatensatz bestimmt. Dabei wird der Verschleierungsbetrag für den zu verbindenden elektronischen Münzdatensatz durch Bilden der Summe aus den jeweiligen Verschleierungsbeträgen des ersten und des zweiten elektronischen Münzdatensatzes berechnet. Weiterhin wird vorzugsweise der monetäre Betrag für den verbundenen elektronischen Münzdatensatz durch Bilden der Summe aus den jeweiligen monetären Beträgen des ersten und des zweiten elektronischen Münzdatensatzes berechnet.
  • Nach dem Verbinden wird der erste elektronische Münzteildatensatz, der zweite elektronische Münzteildatensatz, sowie der zu verbindende elektronische Münzdatensatz in der (ersten und/ oder zweiten) Teilnehmereinheit durch Anwenden der homomorphen Einwegfunktion auf jeweils den ersten elektronischen Münzteildatensatz, den zweiten elektronischen Münzteildatensatz, sowie den zu verbindenden elektronischen Münzdatensatz maskiert, um entsprechend einen maskierten ersten elektronischen Münzteildatensatz, einen maskierten zweiten elektronischen Münzteildatensatz, sowie einen maskierten zu verbindenden elektronischen Münzdatensatz zu erhalten. Des Weiteren werden zusätzliche Informationen, die zum Registrieren des Verbindens der maskierten elektronischen Münzdatensätze in dem entfernten Münzregister benötigt werden, in der Teilnehmereinheit berechnet. Bevorzugt beinhalten die zusätzlichen Informationen einen Bereichsnachweis über den maskierten ersten elektronischen Münzteildatensatz und einen Bereichsnachweis über den maskierten zweiten elektronischen Münzteildatensatz. Bei dem Bereichsnachweis handelt es sich um einen Nachweis, dass der monetäre Betrag des elektronischen Münzdatensatzes nicht negativ ist, der elektronische Münzdatensatz gültig erstellt und/ oder der monetäre Betrag und der Verschleierungsbetrag des elektronischen Münzdatensatzes dem Ersteller des Bereichsnachweises bekannt sind. Insbesondere dient der Bereichsnachweis dazu, diese(n) Nachweis zu führen ohne den monetären Wert und/oder den Verschleierungsbetrag des maskierten elektronischen Münzdatensatzes zu offenbaren. Diese Bereichsnachweise werden auch „Zero-Knowledge-Range-Proofs“ genannt. Bevorzugt werden als Bereichsnachweis Ringsignaturen verwendet. Anschließend erfolgt ein Registrieren des Verbindens der beiden maskierten elektronischen Münzteildatensätze in dem entfernten Münzregister. Das Registrieren löst beispielsweise das Ausführen des oben beschriebenen Verfahrens zum Erzeugen und Verschlüsseln eines Transaktionsdatensatzes aus und der maskierte verbundene elektronische Münzteildatensatz kann Teil eines Transaktionsdatensatzes für das Transaktionsregister sein.
  • Mit dem Schritt des Verbindens können zwei elektronische Münzdatensätze bzw. zwei elektronische Münzteildatensätze zusammengefasst werden. Dabei werden die monetären Beträge sowie auch die Verschleierungsbeträge addiert. Wie beim Aufteilen kann somit auch beim Verbinden eine Validität der beiden ursprünglichen Münzdatensätze durchgeführt werden.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst der Registrieren-Schritt das Empfangen des maskierten umzuschaltenden elektronischen Münzteildatensatzes in dem Münzregister, das Prüfen des maskierten umzuschaltenden elektronischen Münzteildatensatzes auf Validität; und das Registrieren des maskierten umzuschaltenden elektronischen Münzdatensatzes in dem Münzregister, wenn der Prüfen-Schritt erfolgreich ist, wodurch der umzuschaltende elektronische Münzteildatensatz als überprüft gilt.
  • Eine Teilnehmereinheit kann vorliegend ein Sicherheitselement aufweisen oder selbst ein Sicherheitselement sein, in dem der elektronische Münzdatensatz sicher abgelegt ist. Auf der Teilnehmereinheit kann eine Applikation betriebsbereit eingebracht sein, die Teile des Übertragen-Verfahrens steuert oder zumindest initiiert.
  • Die Übertragung von elektronischen Münzdatensätzen kann jeweils unter Zuhilfenahme von Endgeräten als Teilnehmereinheit erfolgen, die mit den Sicherheitselementen logisch und/oder physisch verbunden sind.
  • Die Kommunikation zwischen zwei Teilnehmereinheiten, ggf. mit den jeweiligen Sicherheitselementen, kann drahtlos oder drahtgebunden, oder z.B. auch auf optischem Weg, bevorzugt über QR-Code oder Barcode, erfolgen und kann als ein gesicherter Kanal, beispielsweise zwischen Applikationen der Teilnehmereinheiten ausgebildet sein. Der optische Weg kann beispielsweise die Schritte des Generierens einer optischen Codierung, insbesondere einer 2D-Codierung, vorzugsweise ein QR-Code, und des Einlesens der optischen Codierung umfassen.
  • Das Übertragen des elektronischen Münzdatensatzes ist beispielsweise durch kryptografische Schlüssel gesichert, beispielsweise einem für einen elektronischen Münzdatensatz-Austausch ausgehandelten Sitzungsschlüssel oder einem symmetrischen oder asymmetrischen Schlüsselpaar.
  • Durch das Kommunizieren zwischen Teilnehmereinheiten, beispielsweise über ihre Sicherheitselemente, werden die ausgetauschten elektronischen Münzdatensätze vor Diebstahl oder Manipulation geschützt. Die Ebene der Sicherheitselemente ergänzt so die Sicherheit etablierter Blockchain-Technologie.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt das Übertragen der Münzdatensätze als APDU Kommandos. Dazu ist der Münzdatensatz bevorzugt in einer (embedded) UICC als Sicherheitselement abgelegt und wird dort verwaltet. Ein APDU ist ein kombinierter Kommando-/Datenblock eines Verbindungsprotokolls zwischen der UICC und einem Endgerät. Die Struktur der APDU ist durch den Standard ISO-7816-4 definiert. APDUs stellen ein Informationselement der Anwendungsebene (Schicht 7 des OSI-Schichtenmodels) dar.
  • Darüber hinaus ist es vom Vorteil, dass die elektronischen Münzdatensätze in beliebiger Formatierung übertragen werden können. Dies impliziert, dass sie auf beliebigen Kanälen kommuniziert, also übertragen werden können. Sie müssen nicht in einem festgelegten Format oder in einem bestimmten Programm gespeichert werden.
  • Als eine Teilnehmereinheit wird insbesondere ein mobiles Telekommunikationsendgerät, beispielsweise ein Smartphone angesehen. Alternativ oder zusätzlich kann die Teilnehmereinheit auch ein Gerät, wie Wearable, Smartcard, Maschine, Werkzeug, Automat oder auch Behälter bzw. Fahrzeug sein. Eine Teilnehmereinheit ist somit entweder stationär oder mobil. Die Teilnehmereinheit ist vorzugsweise ausgebildet, das Internet und/ oder andere öffentliche oder private Netze zu nutzen. Dazu verwendet die Teilnehmereinheit eine geeignete Verbindungstechnologie, beispielsweise Bluetooth, LoRa, NFC und/ oder WiFi und weist wenigstens eine entsprechende Schnittstelle auf. Die Teilnehmereinheit kann auch ausgebildet sein, mittels Zugangs zu einem Mobilfunknetz mit dem Internet und/ oder anderen Netzen verbunden zu werden.
  • Beispielsweise stellen zwei Teilnehmereinheiten eine lokale drahtlos Kommunikationsverbindung über deren Protokoll dann die Übertragung zwischen den beiden darin befindlichen Sicherheitselementen eingebracht ist.
  • In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das erste und/ oder zweite Sicherheitselement die empfangenen elektronischen Münzdatensätze bei Vorliegen oder Empfang mehrerer elektronischer Münzdatensätze diese entsprechend ihrer monetären Wertigkeit abarbeitet. So kann vorgesehen sein, dass elektronische Münzdatensätze mit höherer monetärer Wertigkeit vor elektronische Münzdatensätze mit niedriger monetärer Wertigkeit verarbeitet.
  • In einer Ausgestaltung kann die Teilnehmereinheit ausgebildet sein, nach Empfang eines elektronischen Münzdatensatzes diesen in Abhängigkeit von beigefügter Information, beispielsweise einer Währung oder Denomination, mit bereits in der Teilnehmereinheit vorhandenem elektronischen Münzdatensatz zu verbinden und entsprechend einen Schritt des Verbindens auszuführen. Weiterhin kann die Teilnehmereinheit auch zum automatisierten Ausführen eines Umschaltens nach Empfang des elektronischen Münzdatensatzes ausgebildet sein.
  • In einer Ausgestaltung werden beim Übertragen weitere Informationen, insbesondere Metadaten, von der ersten Teilnehmereinheit bzw. ersten Sicherheitselement auf die zweite Teilnehmereinheit bzw. zweite Sicherheitselement übermittelt, beispielsweise eine Währung. Diese Information kann in einer Ausgestaltung vom elektronischen Münzdatensatz umfasst sein.
  • Die Verfahren sind nicht auf eine Währung beschränkt. So kann das Bezahlsystem eingerichtet sein, verschiedene Währungen von unterschiedlichen Herausgeberinstanzen zu verwalten. Das Bezahlsystem ist beispielsweise eingerichtet einen elektronischen Münzdatensatz einer ersten Währung in ein elektronischen Münzdatensatz einer anderen Währung umzusetzen (=wechseln). Dieses Wechseln ist ebenfalls eine Modifikation des elektronischen Münzdatensatzes. Mit dem Wechsel wird der ursprüngliche Münzdatensatz ungültig und gilt als zurückgegeben. Ein flexibles Bezahlen mit unterschiedlichen Währungen ist damit möglich und die Benutzerfreundlichkeit ist erhöht.
  • Die Verfahren ermöglichen zudem das Umsetzen des elektronischen Münzdatensatzes in Buchgeld, also beispielsweise das Einlösen des monetären Betrags auf ein Konto des Teilnehmers am Bezahlsystem. Dieses Umsetzen ist ebenfalls eine Modifikation. Mit dem Einlösen wird der elektronische Münzdatensatz ungültig und gilt als zurückgegeben.
  • Bevorzugt wird der zumindest eine initiale elektronische Münzdatensatz ausschließlich von der Herausgeberinstanz erstellt, wobei vorzugsweise die aufgeteilten elektronischen Münzdatensätze, insbesondere elektronischen Münzteildatensätze, auch durch eine Teilnehmereinheit generiert werden können. Das Erstellen und das Wählen eines monetären Betrags beinhalten bevorzugt auch das Wählen eines Verschleierungsbetrags mit hoher Entropie. Die Herausgeberinstanz ist ein Rechensystem, welches bevorzugt entfernt von der ersten und/ oder zweiten Teilnehmereinheit ist. Nach dem Erstellen des neuen elektronischen Münzdatensatzes wird der neue elektronische Münzdatensatz in der Herausgeberinstanz durch Anwenden der homomorphen Einwegfunktion auf den neuen elektronischen Münzdatensatz maskiert, um entsprechend einen maskierten neuen elektronischen Münzdatensatz zu erhalten. Des Weiteren werden zusätzliche Informationen, die zum Registrieren des Erstellens des maskierten neuen elektronischen Münzdatensatzes in dem entfernten Münzregister benötigt werden, im der Herausgeberinstanz berechnet. Bevorzugt sind diese weiteren Informationen ein Nachweis, dass der (maskierte) neue elektronische Münzdatensatz von der Herausgeberinstanz stammt, beispielsweise durch ein Signieren des maskierten neuen elektronischen Münzdatensatzes. In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Herausgeberinstanz einen maskierten elektronischen Münzdatensatz beim Erzeugen des elektronischen Münzdatensatzes mit ihrer Signatur signiert. Die Signatur der Herausgeberinstanz wird dazu in dem Münzregister hinterlegt. Die Signatur der Herausgeberinstanz ist von der erzeugten Signatur einer Teilnehmereinheit bzw. eines Sicherheitselements verschieden.
  • Bevorzugt kann die Herausgeberinstanz einen elektronischen Münzdatensatz, der sich in ihrem Besitz befindet (also von dem sie den monetären Betrag und den Verschleierungsbetrag kennt) deaktivieren, indem sie den maskierten zu deaktivierenden elektronischen Münzdatensatz mit der homomorphen Einwegfunktion maskiert und einen Deaktivieren-Befehl für das Münzregister vorbereitet. Ein Teil des Deaktivieren-Befehls ist bevorzugt neben dem maskierten zu deaktivierenden elektronischen Münzdatensatzes auch der Nachweis, dass der Deaktivieren Schritt von der Herausgeberinstanz initiiert wurde, beispielsweise in Form des signierten maskierten zu deaktivierenden elektronischen Münzdatensatzes. Als zusätzliche Information könnten im Deaktivieren-Befehl Bereichsprüfungen für den maskierten zu deaktivierenden elektronischen Münzdatensatz enthalten sein. Das Deaktivieren kann die Folge eines Zurückgebens sein. Anschließend erfolgt ein Registrieren des Deaktivierens des maskierten elektronischen Münzdatensatzes in dem entfernten Münzregister. Mit dem Deaktivieren-Befehl wird der Schritt des Deaktivierens ausgelöst.
  • Die Schritte Erstellen und Deaktivieren erfolgen nur an gesicherten Orten, insbesondere nicht in den Teilnehmereinheiten. Die Schritte des Erstellens und Deaktivierens werden nur von der Herausgeberinstanz durchgeführt bzw. angestoßen. Vorzugsweise finden diese Schritte an einen gesicherten Ort statt, beispielsweise in einer Hard- und Software-Architektur, die zur Verarbeitung von sensiblem Datenmaterial in unsicheren Netzen entwickelt wurde. Das Deaktivieren des entsprechenden maskierten elektronischen Münzdatensatz bewirkt, dass der entsprechende maskierte elektronische Münzdatensatz nicht mehr für weitere Verarbeitung, insbesondere Transaktionen, verfügbar ist. Jedoch kann in einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass der deaktivierte maskierte elektronische Münzdatensatz bei der Herausgeberinstanz archivarisch bestehen bleibt. Dass der deaktivierte maskierte elektronische Münzdatensatz nicht mehr gültig bzw. zurückgegeben wird, kann beispielsweise mithilfe eines Flags oder einer anderen Codierung gekennzeichnet oder der deaktivierte maskierte elektronische Münzdatensatz kann zerstört und/ oder gelöscht werden. Der deaktivierte elektronische Münzdatensatz wird auch physisch von der Teilnehmereinheit bzw. dem Sicherheitselement entfernt.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden verschiedene Verarbeitungsoperationen (Modifikationen) für die elektronischen Münzdatensätze und die entsprechenden maskierten elektronischen Münzdatensätze ermöglicht. Jeder der Verarbeitungsoperationen (insbesondere das Erstellen, Deaktivieren, Aufteilen, Verbinden und Umschalten) wird dabei in dem Münzregister registriert und dort in unveränderlicher Form an die Liste der vorherigen Verarbeitungsoperationen für den jeweiligen maskierten elektronischen Münzdatensatz angehängt. Jede der Verarbeitungsoperationen löst beispielsweise das Verfahren zum Erzeugen und Verschlüsseln eines Transaktionsdatensatzes aus. Die Registrierung ist dabei vom Bezahlvorgang zwischen den Teilnehmereinheiten sowohl zeitlich als auch örtlich (räumlich) unabhängig. Die Verarbeitungsoperationen „Erstellen“ und „Deaktivieren“ (=Zurückgeben), die die Existenz des monetären Betrags an sich betreffen, also die Schaffung und die Vernichtung bis hin der Zerstörung von Geld bedeuten, bedürfen einer zusätzlichen Genehmigung, beispielsweise in Form einer Signatur, durch die Herausgeberinstanz, um in dem Münzregister registriert (also protokolliert) zu werden. Die übrigen Verarbeitungsoperationen (Aufteilen, Verbinden, Umschalten), von denen das Aufteilen und das Verbinden auch von einer Teilnehmereinheit auch an eine weitere Teilnehmereinheit delegiert werden können, bedürfen keiner Autorisierung durch die Herausgeberinstanz oder durch den Befehlsinitiator (= Zahler, bspw. Teilnehmereinheit oder Sicherheitselement).
  • Eine Verarbeitung in der Direkttransaktionsschicht betrifft nur die Besitzverhältnisse und/ oder die Zuordnung der Münzdatensätze zu Teilnehmereinheiten der jeweiligen elektronischen Münzdatensätze. Eine Registrierung der jeweiligen Verarbeitung in dem Münzregister bzw. dem Überwachungsregister wird beispielsweise durch entsprechende Listeneinträge in einer Datenbank realisiert, die eine Reihe von Markierungen umfasst, die von dem Münzregister durchgeführt werden müssen. Eine mögliche Struktur für einen Listeneintrag umfasst beispielsweise Spalte(n) für einen Vorgänger-Münzdatensatz, Spalte(n) für einen Nachfolger-Münzdatensatz, eine Signatur-Spalte für die Herausgeberinstanz, eine Signatur-Spalte für das sendende und/oder empfangende Sicherheitselement, eine Signatur-Spalte für Münzteilungsvorgänge und zumindest eine Markierungsspalte. Eine Änderung (Modifikation) ist endgültig, wenn und die erforderlichen Markierungen durch das Münzregister oder das Überwachungsregister validiert wurden, d.h. nach der entsprechenden Prüfung beispielsweise vom Status „0“ in den Status „1“ gewechselt wurden. Scheitert eine Prüfung oder dauert zu lang, so wird sie stattdessen beispielsweise vom Status „-“ in den Status „0“ gewechselt. Weitere Statuswerte sind denkbar und/oder die hier genannten Statuswerte sind austauschbar. Die Status bezüglich der Modifikationen sind unabhängig vom Status während des Übertragenvorgangs (Inaktiv/Aktiv). Bevorzugt wird die Gültigkeit der jeweiligen (maskierten) elektronischen Münzdatensätze aus den Statuswerten der Markierungen zusammengefasst jeweils in einer Spalte für jeden maskierten elektronischen Münzdatensatz, der im Registrieren der Verarbeitung involviert ist, dargestellt.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel können wenigstens zwei vorzugsweise drei oder sogar alle der vorhergenannten Markierungen auch durch eine einzige Markierung ersetzt werden, die dann gesetzt wird, wenn alle Prüfungen erfolgreich abgeschlossen wurden. Des Weiteren lassen sich die je zwei Spalten für Vorgänger-Datensätze und Nachfolger-Datensätze zu jeweils einem zusammenfassen, in welchem alle Münzdatensätze gemeinsam ausgelistet sind. Dadurch könnten dann auch mehr als zwei elektronische Münzdatensätze je Feldeintrag verwaltet werden, und somit z.B. eine Aufspaltung in mehr als zwei Münzdatensätze realisiert werden.
  • Die Prüfungen, um zu prüfen, ob eine Verarbeitung endgültig ist sind bereits oben beschrieben und sind insbesondere:
    • - Sind die maskierten elektronischen Münzdatensätze der Vorgänger-Spalte(n) gültig?
    • - Ergibt eine Überwachung den korrekten Prüfwert?
    • - Sind die Bereichsnachweise für die maskierten elektronischen Münzdatensätze erfolgreich?
    • - Ist die Signatur des maskierten elektronischen Münzdatensatzes eine gültige Signatur der Herausgeberinstanz?
    • - Überschreitet die sendende/empfangende Teilnehmereinheit (Pseudonym) einen Grenzwert für einen maximal zulässigen monetären Betrag, insbesondere pro Zeiteinheit?
    • - Ist der Münzdatensatz Inaktiv aufgrund Übertragen zwischen Teilnehmereinheiten?
  • Bevorzugt gilt zudem, dass ein maskierter elektronischer Münzdatensatz ungültig ist, wenn einer der folgenden Prüfungen zutrifft, also wenn:
    1. (1) der maskierte elektronische Münzdatensatz nicht in dem Münzregister registriert ist;
    2. (2) die letzte Verarbeitung des maskierten elektronischen Münzdatensatzes angibt, dass es für ihn Vorgänger-Münzdatensätze gibt, diese letzte Verarbeitung aber nicht endgültig ist; oder
    3. (3) die letzte Verarbeitung des maskierten elektronischen Münzdatensatzes angibt, dass es für ihn Nachfolger-Münzdatensätze gibt und diese letzte Verarbeitung endgültig ist;
    4. (4) der maskierte elektronische Münzdatensatz nicht der Nachfolger von einem gültigen maskierten elektronischen Datensatz ist, es sei denn er ist von der Herausgeberinstanz signiert;
    5. (5) der monetäre Betrag des maskierten elektronischen Münzdatensatzes dazu führt, dass ein Grenzwert für einen maximal zulässigen monetären Betrag, insbesondere pro Zeiteinheit, überschritten wird und die geforderte Deanonymisierung von der entsprechenden Teilnehmereinheit abgelehnt wird;
    6. (6) Ein Aktiv-Status für ein Sicherheitselement im Münzregister eingetragen ist, aber eine andere Teilnehmereinheit eine Aktion (Umschalten, Kombinieren, Aufteilen) unter Besitzanzeige anfragt.
  • Bevorzugt sind das Münzregister und die Herausgeberinstanz in einer gemeinsamen Serverinstanz angeordnet oder liegen als Computerprogrammprodukt auf einem Server und/ oder einem Computer vor.
  • Ein elektronischer Münzdatensatz kann dabei in einer Vielzahl von unterschiedlichen Erscheinungsformen vorliegen und damit über verschiedene Kommunikationskanäle, nachfolgend auch Schnittstellen genannt, ausgetauscht werden. Ein sehr flexibler Austausch von elektronischen Münzdatensätzen ist damit geschaffen.
  • Der elektronische Münzdatensatz ist beispielsweise in Form einer Datei darstellbar. Eine Datei besteht dabei aus inhaltlich zusammengehörigen Daten, die auf einem Datenträger, Datenspeicher oder Speichermedium gespeichert sind. Jede Datei ist zunächst eine eindimensionale Aneinanderreihung von Bits, die normalerweise in Byte-Blöcken zusammengefasst interpretiert werden. Ein Anwendungsprogramm (Applikation) oder ein Betriebssystem des Sicherheitselements und/oder des Endgeräts interpretieren diese Bit- oder Bytefolge beispielsweise als einen Text, ein Bild oder eine Tonaufzeichnung. Das dabei verwendete Dateiformat kann unterschiedlich sein, beispielsweise kann es eine reine Textdatei sein, die den elektronischen Münzdatensatz repräsentiert. Dabei werden insbesondere der monetäre Betrag und die blinde Signatur als Datei abgebildet.
  • Der elektronische Münzdatensatz ist beispielsweise eine Folge von American Standard Code for Information Interchange, kurz ASCII, Zeichen. Dabei werden insbesondere der monetäre Betrag und die blinde Signatur als diese Folge abgebildet.
  • Der elektronische Münzdatensatz kann in einer Teilnehmereinheit auch von einer Darstellungsform in eine andere Darstellungsform umgewandelt werden. So kann beispielsweise der elektronische Münzdatensatz als QR-Code in einer Teilnehmereinheit empfangen werden und als Datei oder Zeichenfolge von der Teilnehmereinheit ausgegeben werden.
  • Diese unterschiedlichen Darstellungsformen von ein und demselben elektronischen Münzdatensatz ermöglichen einen sehr flexiblen Austausch zwischen Teilnehmereinheiten bzw. Sicherheitselementen bzw. Endgeräten unterschiedlicher technischer Ausrüstung unter Verwendung unterschiedlicher Übertragungsmedien (Luft, Papier, drahtgebunden) und unter Berücksichtigung der technischen Ausgestaltung einer Teilnehmereinheit. Die Wahl der Darstellungsform der elektronischen Münzdatensätze erfolgt bevorzugt automatisch, beispielsweise aufgrund erkannter oder ausgehandelter Übertragungsmedien und Gerätekomponenten. Zusätzlich kann auch ein Benutzer einer Teilnehmereinheit die Darstellungsform zum Austausch (=Übertragen) eines elektronischen Münzdatensatzes wählen.
  • In einem einfachen Fall ist der Datenspeicher ein interner Datenspeicher der Teilnehmereinheit. Hier werden die elektronischen Münzdatensätze abgelegt. Ein einfacher Zugriff auf elektronische Münzdatensätze ist somit gewährleistet.
  • Der Datenspeicher ist insbesondere ein externer Datenspeicher, auch Online-Speicher genannt. Somit weist das Sicherheitselement bzw. die Teilnehmereinheit nur ein Zugriffsmittel auf die extern und damit sicher abgelegten elektronischen Münzdatensätze auf. Insbesondere bei einem Verlust des Sicherheitselements bzw. der Teilnehmereinheit oder bei Fehlfunktionen des Sicherheitselements bzw. der Teilnehmereinheit sind die elektronischen Münzdatensätze nicht verloren. Da der Besitz der (nicht maskierten) elektronischen Münzdatensätze gleich dem Besitz des monetären Betrags entspricht, kann durch Verwendung externer Datenspeicher Geld sicherer aufbewahrt und verwaltet werden.
  • Ist das Münzregister eine entfernte Instanz, so verfügt die Teilnehmereinheit und auch die Herausgeberinstanz bevorzugt über eine Schnittstelle zur Kommunikation mittels einem üblichen Internet-Kommunikationsprotokoll, beispielsweise TCP, IP, UDP oder HTTP. Die Übertragung kann eine Kommunikation über das Mobilfunknetz beinhalten.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Schnittstelle zum Ausgeben (=Senden) des zumindest einen elektronischen Münzdatensatzes eine Protokollschnittstelle zum drahtlosen Senden des elektronischen Münzdatensatzes an das andere Sicherheitselement über eine Teilnehmereinheit mittels eines Kommunikationsprotokolls für Drahtloskommunikation. Dabei ist insbesondere eine Nahfeldkommunikation, beispielsweise mittels Bluetooth-Protokoll oder NFC-Protokoll oder IR-Protokoll vorgesehen, alternativ oder zusätzlich sind WLAN-Verbindungen oder Mobilfunkverbindungen denkbar. Der elektronische Münzdatensatz wird dann gemäß den Protokolleigenschaften angepasst oder in das Protokoll integriert und übertragen.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Schnittstelle zum Ausgeben des zumindest einen elektronischen Münzdatensatzes eine Datenschnittstelle zum Bereitstellen des elektronischen Münzdatensatzes an die andere Teilnehmereinheit mittels einer Applikation. Im Unterschied zur Protokollschnittstelle wird hier der elektronische Münzdatensatz mittels einer Applikation übertragen. Diese Applikation überträgt sodann den elektronischen Münzdatensatz in einem entsprechenden Dateiformat. Es kann ein für elektronische Münzdatensätze spezifisches Dateiformat verwendet werden. In einfachster Form wird der Münzdatensatz als ASCII-Zeichenfolge oder als Textnachricht, beispielsweise SMS, MMS, Instant-Messenger-Nachricht (wie Threema oder WhatsApp) übertragen. In einer alternativen Form wird der Münzdatensatz als APDU-Zeichenfolge übertragen. Es kann auch eine Geldbörsen-Applikation vorgesehen sein. Hierbei stellen die austauschenden Teilnehmereinheiten bevorzugt sicher, dass ein Austausch mittels der Applikation möglich ist, also dass beide Teilnehmereinheiten die Applikation aufweisen und austauschbereit sind.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Teilnehmereinheit weiter eine Schnittstelle zum Empfangen von elektronischen Münzdatensätzen auf.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Schnittstelle zum Empfangen des zumindest einen elektronischen Münzdatensatzes ein elektronisches Erfassungsmodul des Sicherheitselements bzw. des Endgeräts, eingerichtet zum Erfassen eines, in visueller Form dargestellten elektronischen Münzdatensatzes. Das Erfassungsmodul ist dann beispielsweise eine Kamera oder ein Barcode bzw. QR-Code Scanner.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Schnittstelle zum Empfangen des zumindest einen elektronischen Münzdatensatzes eine Protokollschnittstelle zum drahtlosen Empfangen des elektronischen Münzdatensatzes von einem anderen Sicherheitselement bzw. Endgerät mittels eines Kommunikationsprotokolls für Drahtloskommunikation. Dabei ist insbesondere eine Nahfeldkommunikation, beispielsweise mittels Bluetooth-Protokoll oder NFC-Protokoll oder IR-Protokoll, vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich sind WLAN-Verbindungen oder Mobilfunkverbindungen denkbar.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Schnittstelle zum Empfangen des zumindest einen elektronischen Münzdatensatzes eine Datenschnittstelle zum Empfangen des elektronischen Münzdatensatzes von der anderen Teilnehmereinheit mittels einer Applikation. Diese Applikation empfängt sodann den Münzdatensatz in einem entsprechenden Dateiformat. Es kann ein für Münzdatensätze spezifisches Dateiformat verwendet werden. In einfachster Form wird der Münzdatensatz als ASCII-Zeichenfolge oder als Textnachricht, beispielsweise SMS, MMS, Threema oder WhatsApp übertragen. In einer alternativen Form wird der Münzdatensatz als APDU-Zeichenfolge übertragen. Zusätzlich kann die Übertragung mittels einer Geldbörsen-Applikation erfolgen.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung umfassend die Teilnehmereinheit zumindest ein Sicherheitselement-Lesegerät, eingerichtet zum Lesen eines Sicherheitselements; einen Zufallszahlengenerator; und/oder eine Kommunikationsschnittstelle zu einem Tresormodul und/ oder Bankinstitut mit zu autorisierendem Zugriff auf ein Bankkonto.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Datenspeicher ein gemeinsamer Datenspeicher, auf den zumindest noch eine andere Teilnehmereinheit zugreifen kann, wobei jedes davon eine Applikation aufweist, wobei diese Applikation zum Kommunizieren mit dem Münzregister zum entsprechenden Registrieren von elektronischen Münzteildatensätzen eingerichtet ist.
  • Vorgeschlagen wird hierbei also eine Lösung, die digitales Geld in Form von elektronischen Münzdatensätzen herausgibt, die an die Verwendung von konventionellen (analogen) Banknoten und/oder Münzen angelehnt ist. Das digitale Geld wird hierbei durch elektronische Münzdatensätze abgebildet. Wie bei (analogen) Banknoten werden auch diese elektronischen Münzdatensätze für alle Formen von Zahlungen, einschließlich Peer-to-Peer-Zahlungen und/oder POS-Zahlungen, verwendbar. Die Kenntnis aller Bestandteile (insbesondere monetärer Betrag und Verschleierungsbetrag) eines gültigen elektronischen Münzdatensatzes ist gleichbedeutend mit dem Besitz (Eigentum) des digitalen Geldes. Es ist daher ratsam, diese gültigen elektronischen Münzdatensätze vertraulich zu behandeln, also beispielsweise in einem Sicherheitselement/ Tresormodul (eines Endgeräts) aufzubewahren und dort zu verarbeiten. Um über die Authentizität eines elektronischen Münzdatensatzes zu entscheiden und Doppelausgaben zu verhindern, werden in dem Münzregister maskierte elektronische Münzdatensätze als einzigartige, korrespondierende öffentliche Darstellung des elektronischen Münzdatensatzes vorgehalten. Die Kenntnis oder der Besitz eines maskierten elektronischen Münzdatensatzes stellt nicht den Besitz von Geld dar. Vielmehr gleicht dies dem Überprüfen der Echtheit des analogen Zahlungsmittels.
  • Das Münzregister enthält beispielsweise auch Markierungen über durchgeführte und geplante Verarbeitungen des maskierten elektronischen Münzdatensatzes. Aus den Markierungen zu den Verarbeitungen wird ein Status des jeweiligen maskierten elektronischen Münzdatensatzes abgeleitet, der angibt, ob der entsprechende (nicht maskierte) elektronische Münzdatensatz gültig, d.h. zahlungsbereit ist. Daher wird ein Empfänger eines elektronischen Münzdatensatzes zunächst einen maskierten elektronischen Münzdatensatz erzeugen und sich durch das Münzregister die Gültigkeit der maskierten elektronischen Münzdatensatz authentifizieren lassen. Ein großer Vorteil dieser erfindungsgemäßen Lösung ist, dass das digitale Geld auf Endgeräte, Händler, Banken und andere Nutzer des Systems verteilt wird, aber kein digitales Geld oder weitere Metadaten bei dem Münzregister oder dem Überwachungsregister - also gemeinsamer Instanzen - gespeichert wird.
  • Die vorgeschlagene Lösung kann in bestehende Zahlsysteme und Infrastrukturen eingebunden werden. Insbesondere können eine Kombination aus analogen Zahlungsvorgängen mit Geldscheinen und Münzen und digitale Zahlungsvorgänge gemäß der vorliegenden Lösung vorliegen. So kann ein Bezahlvorgang mit Banknoten und/ oder Münzen erfolgen, das Wechselgeld bzw. Rückgeld liegt aber als elektronischer Münzdatensatz vor. Zur Transaktion können beispielsweise ATMs mit entsprechender Konfiguration, insbesondere mit geeigneter Kommunikationsschnittstelle, und/ oder mobile Endgeräte vorgesehen sein. Weiterhin ist ein Umtausch von elektronischem Münzdatensatz in Banknoten bzw. Münzen denkbar.
  • Die vorliegend aufgeführten Schritte des Erstellens, Umschaltens, Aufteilens, Verbinden und Deaktivierens (Zurückgebens) werden jeweils durch einen entsprechenden Erstell-, Umschalt-, Aufteil-, Verbinden- bzw. Deaktivier-Befehl (Rückgabe-Befehle) ausgelöst.
  • Figurenliste
  • Nachfolgend wird anhand von Figuren die Erfindung bzw. weitere Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung näher erläutert, wobei die Figuren lediglich Ausführungsbeispiele der Erfindung beschreiben. Gleiche Bestandteile in den Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren sind nicht als maßstabsgetreu anzusehen, es können einzelne Elemente der Figuren übertrieben groß bzw. übertrieben vereinfacht dargestellt sein.
  • Es zeigen:
    • 1 ein Ausführungsbeispiel eines Bezahlsystems mit einer Herausgeberinstanz gemäß der Erfindung;
    • 2 eine Weiterbildung des Ausführungsbeispiels eines Bezahlsystems der 1;
    • 3 eine Weiterbildung des Ausführungsbeispiels eines Bezahlsystems der 1;
    • 4 eine Weiterbildung des Ausführungsbeispiels eines Bezahlsystems der 1;
    • 5 ein Ausführungsbeispiel einer Herausgeberinstanz gemäß der Erfindung;
    • 6 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrensablaufdiagramms eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Herausgeberinstanz;
    • 7 ein Ausführungsbeispiel einer Datenstruktur im Münzregister;
    • 8 ein Ausführungsbeispiel eines Systems gemäß der Erfindung zum Aufteilen und Umschalten und Direkt-Übertragen von elektronischen Münzdatensätzen;
    • 9 ein Ausführungsbeispiel eines Bezahlsystems gemäß der Erfindung zum Verbinden von elektronischen Münzdatensätzen;
    • 10 zwei Ausführungsbeispiele eines Verfahrensablaufdiagramms eines erfindungsgemäßen Verfahrens und entsprechende Verarbeitungsschritte eines Münzdatensatzes;
    • 11 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrensablaufdiagramms eines erfindungsgemäßen Verfahrens und entsprechende Verarbeitungsschritte eines Münzdatensatzes;
    • 12 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrensablaufdiagramms eines erfindungsgemäßen Verfahrens und entsprechende Verarbeitungsschritte eines Münzdatensatzes;
    • 13 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrensablaufdiagramms eines erfindungsgemäßen Verfahrens und entsprechende Verarbeitungsschritte eines Münzdatensatzes;
  • FIGURENBESCHREIBUNG
  • Die 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Bezahlsystems BZ gemäß der Erfindung. Die gestrichelt dargestellten Blöcke und Pfeile des Bezahlsystems BZ sind dabei optional. Das Bezahlsystem BZ umfasst zumindest zwei Sicherheitselemente SE1 und SE2. Die SE1 und SE2 können dabei in jeweiligen Endgeräten M1 und M2 betriebsbereit eingebracht und logisch oder physisch mit dem jeweiligen Endgerät M1 und M2 verbunden sein.
  • Im Bezahlsystem der 1 ist zudem eine Herausgeberinstanz 1 enthalten, die den elektronischen Münzdatensatz C erzeugt. Zu dem elektronischen Münzdatensatz C wird ein Registerdatensatz, RDS, beispielsweise ein maskierter elektronischer Münzdatensatz Z, erzeugt und in einem Münzregister 2 des Bezahlsystems registriert 104. Der elektronische Münzdatensatz C wird im Schritt 102 von der Herausgeberinstanz 1 an das erste Endgerät M1 ausgegeben. Der Registerdatensatz RDS, beispielsweise der maskierte elektronische Münzdatensatz Z, wird im Schritt 104 beispielsweise von der Herausgeberinstanz 1 direkt oder über das erste Endgerät M1 an das Münzregister 2 ausgegeben. Der Registerdatensatz RDS, beispielsweise der maskierte elektronische Münzdatensatz Z, wird alternativ vom ersten Endgerät M1 (oder zweiten Endgerät M2) erzeugt und an das Münzregister 2 im Schritt 104 gesendet.
  • Um einen elektronischen Münzdatensatz, eMDS, C zu erzeugen wird folgendes Verfahren vorgeschlagen.
  • Eine Anfrage 210 von einer Zentralbank oder einer Teilnehmereinheit TE oder einer Geschäftsbank zur Erzeugung eines elektronischen Münzdatensatzes wird von der Herausgeberinstanz 1 erhalten. Die Herausgeberinstanz 1 hat eine Münzgenerierungs-Einheit 11 und eine Münzausgabe-Einheit 12. Beide Einheiten 11, 12 sind voneinander getrennt und weisen ein Air-Gap 13 auf. Das Air-Gap 13 dient dazu, dass die in der Herausgeberinstanz 1 vorhandenen hochsensiblen sicherheitsrelevanten Daten des Bezahlsystems BZ, insbesondere einen oder mehrere private Schlüssel PK und ein Zufallsgenerator, nicht über einen Netzwerkangriff auf die Herausgeberinstanz 1 ausgelesen und für Manipulationen am Bezahlsystem BZ verwendet werden können. Die Münzgenerierungs-Einheit 11 sollte dabei vollständig isoliert sein. Beispielsweise ist die Münzgenerierungs-Einheit 11 ohne Schnittstelle zu einem Netzwerk, wie TCP/IP, dem Internet, dem Mobilfunknetz etc. und ohne Schnittstelle zu anderen Endgeräten, wie NFC oder Bluetooth, ausgebildet. Der Air-Gap Prozess 13 ist in 5 im Detail erläutert.
  • Der zu erzeugende elektronische Münzdatensatz C wird bei der Herausgeberinstanz 1 im Schritt 210 angefragt. Die Anfrage 210 kann von einer Zentralbank generiert worden sein. Alternativ fragt eine Teilnehmereinheit TE den elektronischen Münzdatensatz C an. Die Schritte 104 und 105 können den Schritten 104 und 105 der 11 entsprechen. Eine Aktion (Aufteilen, Verbinden, Umschalten, Übertragen, Einlösen, Wechseln) am eMD C kann einer der Aktionen der 8 bis 12 entsprechen.
  • In der Münzgenerierungs-Einheit 1 wird beispielsweise als Verschleierungsbetrag ri eine echte Zufallszahl mittels eines Zufallsgenerators erzeugt. Der Verschleierungsbetrag ri ist zwar in der Direkttransaktionsschicht 3 und auch in der Herausgeberinstanz 1 bekannt, aber für die übrigen Instanzen des Bezahlsystems BZ, also auch für das Münzregister 2 geheim. Der Verschleierungsbetrag ri wird mit einem monetären Betrag υί verknüpft. Ein erfindungsgemäßer i-ten elektronischen Münzdatensatz der von der Münzgenerierungs-Einheit 1 erzeugt wurde, könnte demnach lauten: C i = { v i ; r i }
    Figure DE102020004116A1_0001
  • Zusätzlich zu diesen Datenelementen kann der elektronische Münzdatensatz C zumindest einen Prüfwert p umfassen. Der Prüfwert p bildet beispielsweise die o.g. Rückgabebedingung ab.
  • Zusätzlich zu diesen Datenelementen kann der elektronische Münzdatensatz C eine Münzkennung umfassen. Die Münzkennung ist beispielsweise eine eindeutige Nummer, die im Bezahlsystem BZ einmalig ist. Beispielsweise ist die Münzkennung M-ID eine von der Herausgeberinstanz 1 generierte Zufallszahl oder eine Seriennummer.
  • Ein gültiger elektronischer Münzdatensatz C kann zur Bezahlung eingesetzt werden. Der Besitzer der beiden Werte υi und ri ist daher im Besitz des digitalen Geldes. Das digitale Geld ist definiert durch ein Paar bestehend aus einem gültigen elektronischen Münzdatensatz Ci und einem entsprechenden Registerdatensatz RDSi, beispielsweise einem maskierten elektronischen Münzdatensatz Zi. Beispielsweise wird ein maskierter elektronischer Münzdatensatz Zi als RDS, durch Anwenden einer homomorphen Einwegfunktion f(Ci) gemäß Gleichung (2) erhalten: Z i = ƒ ( C i )
    Figure DE102020004116A1_0002
  • Diese Funktion f (Ci) ist öffentlich, d.h. jeder Systemteilnehmer kann diese Funktion aufrufen und verwenden. Diese Funktion f (Ci) ist gemäß Gleichung (3) definiert: Z i = v i ⋅ H + r i ⋅ G
    Figure DE102020004116A1_0003
    wobei H und G Generatorpunkte einer Gruppe G, in der das diskrete Logarithmusproblem schwer ist, mit den Generatoren G und H, für die der diskrete Logarithmus der jeweils anderen Basis unbekannt ist. Beispielsweise sind G und H Generatorpunkte einer elliptischen Kurvenverschlüsselung, ECC, - also private Schlüssel der ECC, sind. Diese Generatorpunkte G und H müssen in der Art gewählt werden, dass der Zusammenhang von G und H nicht öffentlich bekannt ist, sodass bei: G = n ⋅ H
    Figure DE102020004116A1_0004
    die Verknüpfung n praktisch nicht auffindbar sein darf, um zu verhindern, dass der monetäre Betrag υi manipuliert wird und trotzdem ein gültiges Zi berechnet werden könnte. Die Gleichung (3) ist ein „Pederson-Commitment für ECC“, das sicherstellt, dass der monetäre Betrag υi einem Münzregister 2 zugestanden, also „commited“, werden kann, ohne diesen dem Münzregister 2 zu offenbaren.
  • Alternativ kann der RDS neben dem maskierten Münzdatensatz Zi auch noch eine Betragskategorie umfassen. Die Betragskategorie ist eine pseudonymisierte Form des geldwerten Betrags υi des elektronischen Münzdatensatzes C. Beispielsweise ist die Betragskategorie eine Bereichsangabe (von bis), in der der geldwerte Betrag υi liegt. Beispielsweise ist die Betragskategorie ein Bereichsschwellwert (größer als; kleiner als), oberhalb bzw. unterhalb dessen der geldwerte Betrag υi liegt. Beispielsweise ist die Betragskategorie ein abgerundeter Wert des geldwerten Betrags υi. Beispielsweise ist die Betragskategorie ein aufgerundeter Wert des geldwerten Betrags υi. Damit ist das RDS betragspseudonym und identitätsanonym.
  • Alternativ kann der RDS neben oder anstelle dem maskierten Münzdatensatz Zi eine Münzkennung M-ID umfassen. Damit ist im RDS ein eindeutiger Bezug zum elektronischen Münzdatensatz C geschaffen.
  • Alternativ kann der RDS ein Pseudonym P der Teilnehmereinheit umfassen. Das Pseudonym kann in der Personenzuordnung 7 verwaltet sein. Damit ist das RDS betragsanonym und identitätspseudonym. In dieser Ausgestaltung kann das RDS einen Prüfwert p des Münzdatensatzes mit umfassen.
  • Nachfolgend kann der Einfachheit halber ein RDS mit einem maskierten Münzdatensatz Z gleichgesetzt werden, da dies eine sehr bevorzugte Ausgestaltung ist.
  • Dem Münzregister 2 wird der RDS, beispielsweise der maskierte Münzdatensatz Zi zugesendet (offenbart), was in 1 als Schritt 104 (Registrieren, Registrierungsanforderung) dargestellt ist.
  • Der RDS kann dabei von der Herausgeberinstanz 1 für das Münzregister 2 bereitgestellt werden. Das RDS wird bevorzugt in der Münzgenerierung 11, kann aber auch in der Münzausgabe-Einheit 12 generiert werden.
  • Auch wenn im vorliegenden Beispiel eine Verschlüsselung basierend auf elliptischen Kurven beschrieben ist bzw. wird, so wäre auch ein anderes kryptographisches Verfahren denkbar, welches auf einem diskreten logarithmischen Verfahren beruht.
  • Die Gleichung (3) ermöglicht durch die Entropie des Verschleierungsbetrags ri, dass auch bei kleinem Wertebereich für monetäre Beträge υi ein kryptografisch starkes Zi erhalten wird. Somit ist ein einfacher Brute-Force-Angriff durch bloßes Schätzen von monetären Beträgen υi praktisch nicht möglich.
  • Die Gleichung (3) ist eine Einwegfunktion, das heißt, dass die Berechnung von Zi aus Ci einfach ist, da ein effizienter Algorithmus existiert, wohingegen die Berechnung von Ci ausgehend von Zi sehr schwer ist, da kein in polynomialer Zeit lösbarer Algorithmus existiert.
  • Zudem ist die Gleichung (3) homomorph für Addition und Subtraktion, das heißt es gilt: Z i + Z j = ( v i ⋅ H + r i ⋅ G ) + ( v j ⋅ H + r j ⋅ G ) = ( v i + v j ) ⋅ H + ( r i + r j ) ⋅ G
    Figure DE102020004116A1_0005
  • Somit können Additions-Operationen und Subtraktions-Operationen sowohl in der Direkttransaktionsschicht 3 also auch parallel in dem Münzregister 2 ausgeführt werden, ohne dass das Münzregister 2 Kenntnis von den elektronischen Münzdatensätzen Ci hat. Die homomorphe Eigenschaft der Gleichung (3) ermöglicht eine Überwachung von gültigen und ungültigen elektronischen Münzdatensätzen Ci auf alleiniger Basis der maskierten Münzdatensätze Zi zu führen und sicherzustellen, dass kein neuer monetärer Betrag υj geschaffen wurde.
  • Durch diese homomorphe Eigenschaft kann der Münzdatensatz Ci gemäß Gleichung (1) aufgeteilt werden in: C i = C j + C k = { v j ; r j } + { v k ; r k }
    Figure DE102020004116A1_0006
    wobei gilt: v i = v j + v k
    Figure DE102020004116A1_0007
     r i = r j + r k
    Figure DE102020004116A1_0008
  • Für die entsprechenden maskierten Münzdatensätze gilt: Z i = Z j + Z k
    Figure DE102020004116A1_0009
  • Mit Gleichung (9) kann beispielsweise auf einfache Weise eine „symmetrische oder asymmetrische Aufteilen“-Verarbeitung bzw. ein „symmetrischer oder asymmetrischer Aufteilen“-Verarbeitungsschritt 110 eines Münzdatensatzes gemäß 8 oder 12 geprüft werden, ohne dass das Münzregister 2 Kenntnis von Ci, Cj, Ck hat. Insbesondere wird die Bedingung der Gleichung (9) geprüft, um aufgeteilte Münzdatensätze Cj und Ck für gültig zu erklären und den Münzdatensatz Ci für ungültig zu erklären. Ein derartiges Aufteilen 110 eines elektronischen Münzdatensatzes Ci ist in 8 oder 12 gezeigt.
  • Auf die gleiche Weise können elektronische Münzdatensätze C auch zusammengefügt (verbunden) 109 werden, siehe dazu 9 oder 11 und die Erläuterungen dazu.
  • Zusätzlich gilt es zu prüfen, ob (nicht erlaubte) negative monetäre Beträge registriert werden. Ein Besitzer eines elektronischen Münzdatensatzes Ci muss dabei dem Münzregister 2 und/oder einem Überwachungsregister 6 nachweisen können, dass alle monetären Beträge υi in einer Verarbeitungs-Operation innerhalb eines Wertebereichs von [0, ..., n] liegen, ohne dem Münzregister 2 dabei die monetären Beträge υi mitzuteilen. Diese Bereichsnachweise werden auch „Range-Proofs“ genannt. Als Bereichsnachweise werden bevorzugt Ringsignaturen (engl. ring signature) verwendet. Für das vorliegende Ausführungsbeispiel werden sowohl der monetäre Betrag υ als auch der Verschleierungsbetrag r eines elektronischen Münzdatensatzes C in Bitdarstellung aufgelöst. Es gilt: υ i = ∑ a j ⋅ 2 j f u ¨ r 0 ≤ j ≤ n und a j ∈ { 0 ; 1 }
    Figure DE102020004116A1_0010
    sowie r i = ∑ b j ⋅ 2 j f u ¨ r 0 ≤ j ≤ n und b j ∈ { 0 ; 1 }
    Figure DE102020004116A1_0011
    Für jedes Bit wird vorzugsweise eine Ringsignatur mit C ij = a j ⋅ H + b j ⋅ G
    Figure DE102020004116A1_0012
    und C ij = a j ⋅ H
    Figure DE102020004116A1_0013
    durchgeführt, wobei in einer Ausgestaltung vorgesehen sein kann, nur für bestimmte Bits eine Ringsignatur durchzuführen.
  • Die in 1 gezeigte Ausgestaltung des Bezahlsystems BZ zeigt insbesondere das Erzeugen eines elektronischen Münzdatensatzes C zur direkten Herausgabe an eine Teilnehmereinheit TE1 (Schritt 102). Alternativ erfolgt die Herausgabe an die Teilnehmereinheit TE1 indirekt über eine Bankinstanz 4 durch die Schritte 102' (Bereitstellen des eMDS C an die Bank 4) und in dem Folgeschritt 102" (Bereitstellen des eMDS C an die TE1).
  • Das Erzeugen des RDS durch die Herausgeberinstanz 1 ist hier zunächst nur optional und kann auch von den Teilnehmereinheiten TE1, TE2 durchgeführt werden.
  • Die 2 zeigt eine Weiterbildung des in 1 gezeigten Bezahlsystems BZ. Auf die Ausführungen der 1 wird hiermit Bezug genommen, um Wiederholungen zu vermeiden. Dabei wird in 2 das Deaktivieren eines Münzdatensatzes C beschrieben. Eine Teilnehmereinheit TE1 entscheidet sich zur Deaktivierung und Rückgabe des Münzdatensatzes C und sendet eine Deaktivieren-Aufforderung im Schritt 111. Dieser Schritt 111 kann die Abbildung eines Teilnehmerwunsches sein, nämlich einen monetären Betrag eines Münzdatensatzes auf ein Konto des Teilnehmers gutzuschreiben, oder kann aufgrund der Auswertung eines Prüfwerts pi erfolgen, bei der festgestellt wurde, dass der Münzdatensatz die Kriterien für eine Rückgabe erfüllt, beispielsweise dem Ablauf einer Gültigkeitsdauer, dem Erreichen eines Rückgabezeitpunkts, dem Erreichen eines „Alters“ (Anzahl von Übertragungen und Modifikationen) oder dem Erreichen eines Schwellwerts bei Nichtverwendung des Münzdatensatzes C. Schritt 111 wird der Münzausgabe-Einheit 12 direkt angezeigt. Das Anzeigen kann auch indirekt über die Bankinstanz 4 erfolgen (ähnlich dem Erhalten des Münzdatensatzes), was in 2 durch die Schritte 111' und 111" dargestellt ist. In der Folge des Schritts 111 wird das Gutschreiben des monetären Betrags auf ein Konto des Teilnehmers oder durch Ausgeben von Bargeld an einem Ausgabefach der Einheit 12 im Folgeschritt veranlasst (nicht dargestellt). Im dargestellten Folgeschritt 212 wird ein Deaktivieren-Kommando an das Münzregister 2 gesendet, um den Registerdatensatz RDS aus dem Münzregister 2 zu löschen oder ihn dort auf ungültig zu schalten. In der Folge ist der RDS des deaktivierten (gutgeschriebenen) Münzdatensatzes aus dem Münzregister 2 gelöscht (durchgestrichenes RDS).
  • Die 3 zeigt eine Weiterbildung des in 1 gezeigten Bezahlsystems BZ. Auf die Ausführungen der 1 wird hiermit Bezug genommen, um Wiederholungen zu vermeiden. Die Münzausgabe-Einheit 12 der Herausgeberinstanz 1 der 3 weist eine Empfangseinheit 150 auf, an der Münzgenerieranfragen von einer Teilnehmereinheit TE oder einer Zentralbank (nicht dargestellt) ankommen. Die Empfangseinheit 150 überträgt diese Anfrage 210 an die Münzgenerierungs-Einheit 11 mittels eines Air-Gap Prozesses 14. Dabei können die gleichen Mechanismen wie beim zuvor erwähnten und in 5 näher erläuterten Air-Gap Prozesses 13 angewendet und die gleichen Schnittstellen verwendet werden. Die Münzgenerierungs-Einheit 11 erzeugt den Münzdatensatz C und auch den Registerdatensatz RDS.
  • Um den Registerdatensatz RDS als vertrauenswürdig zu kennzeichnen, signiert die Münzgenerierungs-Einheit 11 den erzeugten Registerdatensatz RDS mit einem privaten Schlüssel PK der Herausgeberinstanz 1. Die Kombination aus elektronischem Münzdatensatz C, Registerdatensatz RDS und signiertem Registerdatensatz [RDS]Sig(PK) wird durch einen Ausdruck Ai, beispielsweise als QR-Code, repräsentiert. Dieser Ausdruck Ai wird über den Air-Gap-Prozess 13 an die Münzausgabeeinheit 12 bereitgestellt. Dort wird mittels einer Leseeinheit 160, beispielsweise einem QR-Code-Scanner, der Ausdruck Ai eingelesen, um den elektronischen Münzdatensatz C zu erhalten. Zudem erzeugt die Münzgenerierungs-Einheit 11 Metadaten MC, die dem Ausdruck Ai angefügt oder als eigenständige Übertragung an die Münzausgabe-Einheit 13 bereitgestellt wird.
  • Die Einheit 160 prüft die Einmaligkeit des Münzdatensatzes Ci, indem beispielsweise die Metadaten MCi mit Metadaten der im Bezahlsystem BZ existierenden Münzdatensätze C abgeglichen wird. Beispielsweise wird eine Seriennummer oder eine Münzkennung für diese Prüfung herangezogen. Ist die Einmaligkeit des Münzdatensatzes Ci bestätigt, so wird dieser in dem Münzspeicher 170 der Herausgeberinstanz 1 abgelegt und (zeitlich unkorreliert) an eine Teilnehmereinheit TE im Schritt 102 ausgegeben. Das Bereitstellen des RDS an das Münzregister 2 kann bereits nach Prüfung auf Einmaligkeit erfolgen oder erst bei Anfragen eines Münzdatensatzes Ci durch eine TE oder die Bankinstanz 4 erfolgen.
  • Das Bereitstellen des RDS im Schritt 102 an das Münzregister 2 ermöglicht das Registrieren des Münzdatensatzes Ci im Bezahlsystem BZ. Dazu wird in einer Ausgestaltung der RDS und der signierte [RDS]Sig(PK) bereitgestellt. Mit dem öffentlichen Schlüssel der Herausgeberinstanz 1 kann im Münzregister 2 die Signatur des signierten [RDS]Sig(PK) geprüft werden und bei erfolgreicher Prüfung wird der RDS als gültig im Münzregister 2 registriert. In einer anderen Ausgestaltung erhält das Münzregister 2 nur den signierten Registerdatensatz [RDS]Sig(PK). Sobald eine Teilnehmereinheit TE den Registerdatensatz RDS direkt an das Münzregister 2 bereitstellt (also erst nach der Ausgabe des Münzdatensatzes C an die TE1 im Schritt 102), kann in dem Münzregister 2 mit dem öffentlichen Schlüssel der Herausgeberinstanz 1 die Signatur geprüft werden und bei erfolgreicher Prüfung der RDS als gültig im Münzregister 2 registriert werden.
  • Gemäß 4 - einer Weiterbildung des Bezahlsystems BZ der 1 oder 3, kann in dem elektronischen Münzdatensatz C zusätzlich noch mindestens ein Prüfwert pi (auch Zählwert genannt) als weiteres Datenelement geführt werden. Im Bezahlsystem BZ kann dieser Zählerwert pi geführt werden, um zu bestimmen, ob der Münzdatensatz C zurückzugeben ist. Jede Aktion mit dem Münzdatensatz C erhöht diesen Zählerwert pi. Verschiedene Aktionstypen gewichten den Zählerwert pi unterschiedlich, sodass beispielsweise eine direkte Weitergabe des Münzdatensatzes C ein höheres Gewicht hat als eine Modifikation (Aufteilen, Kombinieren, Umschalten). Auf diese Weise wird die Lebensdauer und die darin geführten Aktionen eines Münzdatensatzes C bewertet und Kriterien für dessen Rückgabe entsprechend der geführten Aktionen definiert. Der Prüfwert pi1 und auch der Zählerwert pi bilden den Lebenszyklus des Münzdatensatzes C ab, anhand dessen dann über eine Rückgabe entschieden wird.
  • In der 4 wird vom elektronischen Münzdatensatz Ci ein RDSi, beispielsweise mittels der Gleichung (3) ein maskierter elektronischer Münzdatensatz Zi, beispielsweise im SE1, errechnet und dieser RDSi wird zusammen mit dem Prüfwert pi im Münzregister 2 registriert.
  • In der 5 ist ein Ausführungsbeispiel einer Herausgeberinstanz 1 der 1 bis 4 dargestellt. auf die Ausführungen in diesen Figuren wird zur Vermeidung von Wiederholungen verzichtet. Die Empfangseinheit 150 der Münzausgabe-Einheit 12 stellt die Anfrage 210 der Münzgenerierungs-Einheit 11 über den Air-Gap-Prozess 14 bereit. Dabei kann eine optoelektronische Schnittstelle eingesetzt werden. Die Leseeinheit 120 der Münzgenerierungs-Einheit 11 veranlasst den Münzgenerator 140 zur Erzeugung des elektronischen Münzdatensatzes, ggf. auch vom RDS und dem signierten RDS. Die Ausgabeeinheit 130 der Münzgenerierungs-Einheit 11 erstellt einen Ausdruck A der den Münzdatensatz C repräsentiert.
  • Die Münzgenerierungs-Einheit 11 weist bevorzugt keine Netzwerkschnittstelle oder Direktdatenübertragungsverbindung zu einem anderen Endgerät oder einer Vermittlungsstelle (Router, Switch, Hub) auf, um sicherzustellen, dass der in dem Münzgenerator 140 enthaltene Zufallsgenerator RND und der zum Signieren verwendete private Schlüssel PKl der Herausgeberinstanz 1 nicht mittels Netzwerk-Angriff kompromittiert werden können.
  • Der Ausdruck Ai weist beispielsweise eine alphanumerische Zeichenkette auf. Der Ausdruck weist alternativ oder zusätzlich zumindest einen optoelektronisch lesbaren Code auf, beispielsweise einen zweidimensionalen Code, wie QR-Code oder einen eindimensionalen Code, wie Barcode. Der Ausdruck weist alternativ oder zusätzlich zumindest eine Lasergravur, ein Wasserzeichen und/oder eine Prägung. Diese in der Wertdokumente-Herstellung verwendeten Techniken erhöhen die Sicherheit bei der Air-Gap-basierten Übertragung der elektronischen Münzdatensätze.
  • Beispielsweise erfolgt der Ausdruck A auf einem Papiersubstrat, bevorzugt auf einem sicherheitselementfreien Substrat, beispielsweise weißes Normalpapier, im Banknotenformat gedruckt. Damit kann die Münzgenerierungs-Einheit 11 ein Teil einer klassischen Bargeld-Herstellungsmaschine, beispielsweise einer Banknoten-Herstellungsmaschine sein. Alternativ erfolgt der Ausdruck A auf Papier im DIN A4 Format. Sodann kann ein herkömmlicher Drucker in der Münzgenerierungs-Einheit 11 verwendet werden.
  • Beispielsweise sind mehrere verschiedenen elektronische Münzdatensätze auf einem Ausdruck, beispielsweise auf einer DIN A4 Seite, angeordnet. Damit können in praktischer Weise gleichzeitig mehrere Münzdatensätze C über den Air-Gap-Prozess 13 übertragen werden, sodass die Übertragung wesentlich effizienter ist.
  • Die Münzausgabe-Einheit 11 ist hierbei eine Banknotenbearbeitungsmaschine. Damit können die bei Banknotenbearbeitungsmaschinen vorgesehene Lesegeräte, wie ein Scanner 160 zum Einlesen der Ausdrucke A verwendet werden. Eine Datenprüfung in der Einheit 160 erkennt doppelte Münzdatensätze C im Bezahlsystem BZ und führt sogleich eine Vernichtung des Ausdrucks (Schreddern oder aussortieren) aus. Dazu ist eine Vernichtungseinheit 180 in der Münzausgabe-Einheit 12 vorgesehen.
  • Diese Ausdruckvernichtungseinheit 180 zum Vernichten ungültiger Ausdrucke A kann ungültige Ausdrucke A, wie beispielsweise nicht-lesbare Ausdrucke oder erkannte doppelte elektronische Münzdatensätze (repräsentiert durch die Ausdrucke), vernichten. Damit verlässt die Münzausgabe-Einheit 12 kein ungeprüfter elektronischer Münzdatensatz C. Eine Prüfung kann beispielsweise anhand von Metadaten MC oder Registerdaten einer Datenbank des Bezahlsystems BZ, auf das die Münzausgabe-Einheit 12 einen Zugriff hat, geprüft werden. Beispielsweise können Seriennummern, eine Münzkennung oder ähnliche Datenelemente auf doppeltem Vorhandensein in dem Bezahlsystem BZ geprüft werden. Eine Vernichtungseinheit 150 ist beispielsweise eine mechanische Zerstücklungseinrichtung (Schredder), mit der die Ausdrucke physisch zerstückelt und im Ergebnis zerstört werden. Alternativ ist die Vernichtungseinheit 150 ein Aussortierfach, in der die ungültigen Ausdrucke abgelegt werden. Derartige Vernichtungseinheiten 150 könnten Vernichtungseinheiten von Banknotenbearbeitungsmaschinen sein.
  • Gemäß 1, 3 und 4 wird im TE2 der übertragene elektronische Münzdatensatz Ci als Ci* erhalten. Mit dem Erhalt des elektronischen Münzdatensatzes Ci* ist die TE2 im Besitz des digitalen Geldes, den der elektronische Münzdatensatz Ci* repräsentiert. Mit der direkten Übertragung 105 steht es der TE2 für weitere Aktionen zur Verfügung.
  • Aufgrund der höheren Vertrauenswürdigkeit bei der Verwendung von SEs können sich SEI, SE2 gegenseitig vertrauen und es sind prinzipiell keine weiteren Schritte für das Übertragen 105 notwendig. Allerdings ist dem SE2 nicht bekannt, ob der elektronische Münzdatensatz Ci* tatsächlich gültig ist. Zur weiteren Absicherung des Übertragens 105 können weitere Schritte im Verfahren vorgesehen sein, wie nachfolgend erläutert wird.
  • Zum Prüfen der Validität des erhaltenen elektronischen Münzdatensatzes Ci* kann im SE2 mit der - öffentlichen - Einwegfunktion aus Gleichung (3) ein weiterer RDS, beispielsweise der maskierte übertragene elektronische Münzdatensatz Zi*, errechnet werden. Der RDS, also beispielsweise der maskierte übertragene elektronische Münzdatensatz Zi* wird dann an das Münzregister 2 im Schritt 104 übertragen und dort gesucht. Bei Übereinstimmung beider RDS bezüglich des gleichen Münzdatensatzes C, also beispielsweise einer Übereinstimmung mit einem registrierten und gültigen maskierten elektronischen Münzdatensatz Zi, wird dem SE2 die Validität des erhaltenen Münzdatensatzes Ci* angezeigt und es gilt, dass der erhaltene elektronische Münzdatensatz Ci* gleich dem registrierten elektronischen Münzdatensatz Ci ist. Mit der Prüfung auf Validität kann in einer Ausgestaltung festgestellt werden, dass der erhaltene elektronische Münzdatensatz Ci* noch gültig ist, d.h., dass er nicht bereits durch einen anderen Verarbeitungsschritt oder bei einer anderen Transaktion/Aktion bereits verwendet wurde und/ oder einer weiteren Veränderung unterworfen war.
  • Bevorzugt findet danach ein Umschalten (=Switch) des erhaltenen elektronischen Münzdatensatzes statt.
  • Die alleinige Kenntnis eines RDS, also beispielsweise eines maskierten elektronischen Münzdatensatzes Zi, berechtigt nicht dazu, das digitale Geld des korrespondierenden elektronischen Münzdatensatzes Ci auszugeben.
  • Die alleinige Kenntnis des elektronischen Münzdatensatzes Ci berechtigt zum Bezahlen, d.h. eine Transaktion erfolgreich durchzuführen, insbesondere wenn der Münzdatensatz Ci gültig ist, beispielsweise wenn der elektronische Münzdatensatz Ci einen aktiven Status aufweist. Der Status wird bevorzugt erst bei Erhalt der Löschbestätigung des SE1 in einen Aktiv-Status gesetzt. Es herrscht eine eineindeutige Beziehung zwischen den elektronischen Münzdatensätzen Ci und den entsprechenden maskierten elektronischen Münzdatensätzen Zi. Die maskierten elektronischen Münzdatensätze Zi werden in dem Münzregister 2, beispielsweise einer öffentlichen Datenbank, registriert. Durch dieses Registrieren 104 wird zunächst die Gültigkeit des elektronischen Münzdatensatzes Ci prüfbar, beispielsweise ob neue monetäre Beträge (illegaler Weise) erschaffen wurden.
  • Die maskierten elektronischen Münzdatensätze Zi werden in dem Münzregister 2 gespeichert. Alle Verarbeitungen an dem elektronischen Münzdatensatz Zi werden dort registriert, wohingegen die tatsächliche Übertragung des digitalen Geldes in einer (geheimen, d.h. einer der Öffentlichkeit nicht bekannten) Direkttransaktionsschicht 3 des Bezahlsystems BZ erfolgt. Zudem können in diesem Bezahlsystem BZ Überwachungen am Münzdatensatz C und der Teilnehmereinheit TE in einem Überwachungsregister 6 erfasst werden.
  • Um ein mehrfaches Ausgeben zu verhindern oder um ein flexibleres Übertragen 105 zu gewährleisten, können die elektronischen Münzdatensätze C modifiziert werden. In der nachfolgenden Tabelle 1 sind beispielhafte Operationen aufgelistet, wobei mit dem angegebenen Befehl auch ein entsprechender Verarbeitungsschritt ausgeführt wird: Tabelle 1 - Anzahl von pro Verarbeitung eines C im TE bzw. der Herausgeberinstanz durchführbaren Operationen
    Befehl bzw. Schritt Signatur erstellen Zufallszahl erstellen Maskierung erstellen Bereichsnachweis erstellen
    Erzeugen 1 1 1 0 oder 1
    Zurückgeben 1 0 1 0 oder 1
    Aufteilen 1 1 3 0 oder 1
    Verbinden 1 0 3 1
    Umschalten 1 1 2 1
  • Weitere Operationen, die in Tabelle 1 nicht aufgeführt sind, können benötigt werden, beispielsweise das Wechseln der Währung oder das Einlösen des monetären Betrags auf einem Konto. Anstelle der angeführten Implementierung sind auch andere Umsetzungen denkbar, die andere Operationen implizieren. Die Tabelle 1 zeigt, dass für jeden Münzdatensatz, jede der Verarbeitungen (Modifikationen) „Erstellen“, „Zurückgeben“, „Aufteilen“, „Verbinden“ und „Umschalten“ verschiedene Operationen „Signatur erstellen“; „Zufallszahl erstellen“; „Maskierung erstellen“; „Bereichsprüfung“ vorgesehen sein können, wobei jede der Verarbeitungs-Operation in dem Münzregister 2 registriert und dort in unveränderlicher Form an eine Liste vorheriger Verarbeitungs-Operationen für maskierte elektronische Münzdatensätze Zi angehängt wird. Die Operationen der Verarbeitungen „Erstellen“ und „Zurückgeben“ eines elektronischen Münzdatensatzes C werden nur an sicheren Orten und/oder nur von ausgewählten Instanzen, beispielsweise der Herausgeberinstanz 1, ausgeführt, während die Operationen aller übrigen Verarbeitungen auf den Teilnehmereinheiten TE, also den Endgeräten M bzw. deren Sicherheitselementen SE ausgeführt werden können.
  • Die Anzahl der Operationen für die einzelnen Verarbeitungen ist in der Tabelle 1 mit „0“, „1“ oder „2“ gekennzeichnet. Die Anzahl „0“ zeigt dabei an, dass ein Teilnehmereinheit TE oder die Herausgeberinstanz 1 diese Operation für diese Verarbeitung des elektronischen Münzdatensatzes C nicht durchführen muss. Die Anzahl „1“ zeigt dabei an, dass das Teilnehmereinheit TE bzw. die Herausgeberinstanz 1 diese Operation für diese Verarbeitung des elektronischen Münzdatensatzes C einmal durchführen können muss. Die Anzahl „2“ zeigt dabei an, dass das Teilnehmereinheit TE bzw. die Herausgeberinstanz 1 diese Operation zweimal für diese Verarbeitung des elektronischen Münzdatensatzes durchführen können muss.
  • Grundsätzlich kann in einer Ausgestaltung auch vorgesehen sein, dass eine Bereichsprüfung durch die Herausgeberinstanz 1 auch beim Erzeugen und/ oder Löschen durchgeführt wird.
  • In der nachfolgenden Tabelle 2 sind für die einzelnen Verarbeitungen die für das Münzregister 2 und/oder das Überwachungsregister 6 benötigten Operationen aufgelistet: Tabelle 2 - Anzahl pro Verarbeitung eines C in dem Münzregister durchführbaren Operationen
    Befehl bzw. Schritt Signatur vom Herausgeber prüfen Signatur vom Sicherheit selement prüfen Gültigkeit des maskierten elektronischen Münzdatensatze s prüfen Bereichsnachweis nachvollziehen homomorphe Eigenschaften der maskierten elektronischen Münzdatensätze nachvollziehen, d.h. Addieren oder Subtrahieren
    Erzeugen 1 0 0 0 oder 1 0
    Zurückgeben 1 0 1 0 oder 1 0
    Aufteilen 0 1 1 2 oder mehr 1
    Verbinden 0 1 2 oder mehr 1 1
    Umschalten 0 1 1 1 0
  • Weitere Operationen, die in Tabelle 2 nicht aufgeführt sind, können benötigt werden. Anstelle der angeführten Implementierung sind andere Umsetzungen denkbar, die andere Operationen implizieren. Alle Operationen der Tabelle 2 können in dem Münzregister 2 durchgeführt werden, die als vertrauenswürdige Instanz, beispielsweise als Serverinstanz, beispielsweise als Distributed-Trusted-Server, für eine ausreichende Integrität der elektronischen Münzdatensätze C sorgt.
  • Die Tabelle 3 zeigt die für die Systemteilnehmer im Bezahlsystem der 1 bevorzugt zu installierenden Komponenten: Tabelle 3 - Bevorzugte Einheiten in den Systemkomponenten
    Befehl bzw. Schritt Herausgeberinstanz Teilnehmer einheit Münzregister
    Zufallszahlgenerator (hohe Sicherheit) Ja - -
    Zufallsgenerator (deterministisch) - Ja -/-/Ja
    PKI zum Signieren Ja Ja -/-/Ja
    PKI zur Signaturprüfung - (Ja) Ja
    Lesezugriff Ja Ja Ja
    Schreibzugriff Ja Ja Ja
    Zurückgeben des elektronischen Münzdatensatzes Ja Ja -
    Transportverschlüsselung Ja Ja -/-/Ja
    Sicherer Speicher (Ja) Ja -/-/Ja
    Maskierungs-Einheit Ja Ja -
    Bereichsnachweis - Ja -
    Bereichsnachweis prüfen - - Ja/Ja/-
  • Tabelle 3 zeigt eine Übersicht über die bevorzugt zu verwendenden Komponenten in jedem Systemteilnehmer, also der Herausgeberinstanz 1, einer Teilnehmereinheit TE und dem Münzregister 2.
  • Die Teilnehmereinheiten TE können mittels e-Wallet für elektronische Münzdatensätze Ci (mit den Prüfwert p, pi1 pi2) d.h. als elektronische Geldbörse mit einem Speicherbereich, in dem eine Vielzahl von Münzdatensätzen Ci hinterlegt sein können, ausgebildet sein und so beispielsweise in Form einer Applikation auf einem Smartphone oder IT-System eines Händlers, einer Geschäftsbank oder eines anderen Marktteilnehmers implementiert sein. Somit sind die Komponenten in der Teilnehmereinheit TE, so wie sie in Tabelle 3 gezeigt sind, als Software implementiert. Es wird davon ausgegangen, dass das Münzregister 2, das Transaktionsregister 4 und/oder das Überwachungsregister 6 auf einem Server oder auf einer DLT basiert und von einer Reihe vertrauenswürdiger Marktteilnehmer betrieben wird.
  • Im Münzregister 2 kann ein RDS betreffend den elektronischen Münzdatensatz C durch einen zu registrierenden RDS betreffend den elektronischen Münzdatensatz C oder eines modifizierten elektronischen Münzdatensatzes C ersetzt werden. Damit werden im Münzregister 2 (nur) aktuelle - im Bezahlsystem BZ existierende - Münzdatensätze C als RDS gepflegt.
  • In der 6 ist ein Verfahrensablaufdiagramm eines Verfahrens 200 für das Erzeugen und Herausgeben eines elektronischen Münzdatensatzes C in einer Herausgeberinstanz 1 gezeigt. Dabei wird im optionalen Schritt 101 eine Münzanfrage in der Herausgeberinstanz 1, beispielsweise der Empfangseinheit 150, empfangen. Die Anfrage 101 kann von einer Zentralbank oder auch von einer Teilnehmereinheit TE oder einer Geschäftsbank 4 des Bezahlsystems BZ erfolgt sein. Im optionalen Schritt 201 wird diese Anfrage mittels Air-Gap Prozess 14 an die Münzgenerierungs-Einheit 11 der Herausgeberinstanz 1 gesendet. Im Schritt 202 wird (beispielsweise im Münzgenerator 140) ein elektronischer Münzdatensatz generiert. Zudem können ein RDS und ein signierter RDS in den optionalen Schritten 203 und 204 erzeugt werden. Im optionalen Schritt 205 werden Metadaten erzeugt. Im Schritt 206 wird der elektronische Münzdatensatz C mittels Air-Gap-Prozess 13, ggf. mit dem RDS und dem signierten RDS an die Münzausgabe-Einheit der Herausgeberinstanz 1 gesendet. Dazu wird bevorzugt ein Ausdruck A erzeugt. Der Ausdruck A wird zu der Münzausgabeeinheit 12 transportiert. Alternativ wird eine gesicherte Transportbox (Behälter mit optischem, mechanischem oder digitalem Siegel oder mechanischem oder digitalem Schloss) verwendet, um den Ausdruck (oder die Ausdrucke) zu übertragen. Der Ausdruck wird einen Lesebereich der Münzausgabe-Einheit 12 gebracht, um eingelesen zu werden. Bevorzugt wird eine Infrastruktur der Banknotenherstellung verwendet. In dem optionalen Schritt 207 kann der RDS erzeugt werden, sollte dieser nicht bereits in Schritt 203 erzeugt und mit übertragen worden sein. Nicht dargestellt ist eine Zwischenspeicherung des Münzdatensatzes C im Münzspeicher 170 der Herausgeberinstanz 1. Im Schritt 209 wird der erzeugte elektronische Münzdatensatz C an eine anfordernde (Schritt 101) Teilnehmereinheit TE oder eine Bankinstanz 4 ausgegeben. Im optionalen Schritt 104 wird der Münzdatensatz C in dem Münzregister 2 registriert, beispielsweise durch Übermittlung des RDS und/oder des signierten RDS.
  • 7 zeigt eine Datenstruktur für ein Münzregister 2 der vorhergehenden Figuren. In der 7 sind Daten des Münzregisters 2 zur Veranschaulichung dargestellt, hier sind die maskierten elektronischen Münzdatensätze Zi und ggf. ihre Verarbeitungen registriert. Das Münzregister 2 kann in einer Serverinstanz untergebracht sein. Register 2 ist bevorzugt lokal entfernt von den Teilnehmereinheiten TE angeordnet und beispielsweise in einer Server-Architektur untergebracht.
  • Jede Verarbeitungs-Operation für eine Verarbeitung (Erstellen, Deaktivieren, Aufteilen, Verbinden und Umschalten) wird dabei in dem Münzregister 2 registriert und dort beispielsweise in unveränderlicher Form an eine Liste vorheriger Verarbeitungs-Operationen für maskierte elektronische Münzdatensätze Zi angehängt. Die einzelnen Operationen bzw. deren Prüfergebnis, also quasi die Zwischenergebnisse einer Verarbeitung, werden in dem Münzregister 2 festgehalten. Zwar wird im Folgenden von einer sich fortsetzenden Liste ausgegangen, jedoch kann auch diese Datenstruktur, gegebenenfalls nach vorbestimmten Regeln, bereinigt oder komprimiert werden bzw. in einer bereinigten oder komprimierten Form separat bereitgestellt werden.
  • Die Verarbeitungen „Erstellen“ und „Deaktivieren“, die die Existenz des monetären Betrags υi, an sich betreffen, also die Schaffung und die Vernichtung von Geld bedeuten, bedürfen einer zusätzlichen Genehmigung durch die Herausgeberinstanz 1, um in dem Münzregister 2 registriert (also protokolliert) zu werden. Die übrigen Verarbeitungsoperationen (Aufteilen, Verbinden, Umschalten) bedürfen keiner Autorisierung durch die Herausgeberinstanz 1 oder durch den Befehlsinitiator (= Zahler, bspw. das erste Endgerät M1). Die übrigen Verarbeitungsoperationen sind jedoch hinsichtlich verschiedener Prüfkriterien zu prüfen.
  • Eine Registrierung der jeweiligen Verarbeitung wird beispielsweise durch entsprechende Listeneinträge in der Datenbank gemäß 7 realisiert. Diese Listeneinträge sind die RDS. Jeder Listeneintrag hat dabei weitere Markierungen 25 bis 28, die die Zwischenergebnisse der jeweiligen Verarbeitung dokumentiert, die von dem Münzregister 2 durchgeführt werden müssen. Bevorzugt werden die Markierungen 25 bis 28 als Hilfestellung benutzt und nach Abschluss der Befehle von dem Münzregister 2 verworfen.
  • Ein Münzdatensatz kann als gültig behandelt werden, wenn die notwendigen Prüfungen erfolgt sind. Eine optionale Markierung 29 kann beispielsweise den Abschluss der Verarbeitung anzeigen. Die Markierungen 29 sind bei Eingehen eines Verarbeitung-Befehls beispielsweise im Zustand „-“ und werden nach erfolgreichem Absolvieren aller Prüfungen (zu Markierungen 25-28) auf den Zustand „1“ gesetzt und bei mindestens einer gescheiterten Prüfung auf den Zustand „0“ gesetzt. Eine (Abschluss-)Markierung 29 könnte mit dem Wert „2“ beispielsweise anzeigen, dass nur die notwendigen Prüfungen abgeschlossen und nachholbare Prüfungen ausgelassen wurden.
  • Eine mögliche Struktur für einen Listeneintrag eines Münzdatensatzes umfasst beispielsweise zwei Spalten 22a, 22b für einen Vorgänger-Münzdatensatz (O1, O2), zwei Spalten 23a, 23b für einen Nachfolger-Münzdatensatz (S1, S2), eine Signatur-Spalte 24 für Signaturen von Herausgeberinstanz(en) 1 und Signaturen von Endgeräten M, und sechs Markierungsspalten 25, 26, 27a, 27b und 27c sowie 28. Jeder der Einträge in den Spalten 25 bis 28 weist drei alternative Zustände „-“, „1“ oder „0“ auf.
  • Die Spalte 25 (O-Flag) zeigt an, ob eine Gültigkeitsprüfung bezüglich eines elektronischen Vorgänger-Münzdatensatzes in Spalte 22a/b erfolgreich war. Der Zustand „1“ bedeutet, dass eine Validitäts-Prüfung ergab, dass der elektronische Münzdatensatz der Spalte 22a/b gültig ist und der Zustand „0“ anzeigt, dass eine Validitäts-Prüfung ergab, dass der elektronische Münzdatensatz der Spalte 22a/b ungültig und der Zustand „-“ anzeigt, dass eine Validitäts-Prüfung noch nicht abgeschlossen ist. Für mehrere Vorgänger-Münzdatensätze wird bevorzugt ein gemeinsames O-Flag eingesetzt (beide gültig), anstatt zwei getrennte O-Flags. Die Spalte 26 (C-Flag) zeigt an, ob eine erste Prüfberechnung für die maskierten elektronischen Münzdatensätze erfolgreich war. Mit der ersten Prüfberechnung wird insbesondere überprüft, ob der Befehl betragsneutral ist, also primär dass die Summe der beteiligten monetären Beträge Null ergibt. Der Zustand „1“ bedeutet, dass eine Berechnung erfolgreich war und der Zustand „0“ gibt an, dass Berechnung nicht erfolgreich war und der Zustand „-“ anzeigt, dass eine Berechnung noch nicht abgeschlossen ist.
  • Die in Spalte 26 durchzuführende Berechnung lautet beispielsweise: ( Z O 1 + Z O 2 ) − ( Z S 1 + Z S 2 ) = = 0
    Figure DE102020004116A1_0014
  • Die Spalte 27a (R1-Flag) zeigt an, ob eine erste Prüfung eines Bereichsnachweises oder des Bereichsnachweises erfolgreich war. Gleiches gilt für die weiteren Spalten 27b (R2-Flag) und 27c (R3-Flag). Der Zustand „1“ bedeutet, dass eine Validitäts-Prüfung ergab, dass die Bereichsnachweise oder der Bereichsnachweis nachzuvollziehen sind oder ist und der Zustand „0“ zeigt an, dass eine Validitäts-Prüfung ergab, dass die Bereichsnachweise oder der Bereichsnachweis nicht nachvollzogen werden konnten oder konnte und der Zustand „-“ zeigt an, dass eine Validitäts-Prüfung noch nicht abgeschlossen ist, nicht erfolgreich war. Der erste Bereichsnachweis der Spalte 27a ist immer nötig, damit der oder die Münzdatensätze als gültig betrachtet werden können. Ein typisches Beispiel für eine notwendige Prüfung ist die Prüfung, dass der monetäre Betrag nicht negativ ist (bzw. keiner der monetären Beträge negativ ist). Der zweite und dritte Bereichsnachweis beeinflusst die Gültigkeit des Münzdatensatzes nicht. Mit dem Bereichsnachweis der Spalte 27b wird geprüft, ob der monetäre Betrag des maskierten Münzdatensatzes (bzw. jedes Münzdatensatzes) unter einem Maximalbetrag liegt. Der Maximalbetrag kann systemweit oder für bestimmte Endgerätetypen vorbestimmt sein. Mit dem Bereichsnachweis der Spalte 27c wird beispielsweise eine Summe monetärer Beträge, die die Teilnehmereinheit TE (gesendet oder) in einem bestimmten Zeitraum - wie 24 Stunden - empfangen hat, mit einem Summengrenzwert verglichen oder beispielsweise eine Transaktionsanzahl pro Zeiteinheit für die Teilnehmereinheit TE geprüft, wie maximal 5 pro Minute oder 100 pro Tag. Die Grenzwerte können vom Bezahlsystem BZ systemweit vorgegeben oder für bestimmte Teilnehmereinheiten-Typen (also teilnehmereinheitenspezifisch) definiert werden. Beispielsweise kann eine Kaffeemaschine vom Typ X gerätebedingt nur vier Portionen Heißgetränke pro Minute ausgeben und dementsprechend sind nur vier Münztransaktionen pro Minute gestattet.
  • Die Spalte 28 (S-Flag) zeigt an, ob eine Signatur des elektronischen Münzdatensatzes mit der Signatur der Spalte 24 übereinstimmt, wobei Zustand „1“ bedeutet, dass eine Validitäts-Prüfung ergab, dass die Signatur als die der Herausgeberinstanz identifiziert werden konnte und der Zustand „0“ anzeigt, dass eine Validitäts-Prüfung ergab, dass die Signatur nicht als die der Herausgeberinstanz identifiziert werden konnte und der Zustand „-“ anzeigt, dass eine Validitäts-Prüfung noch nicht abgeschlossen ist.
  • Eine Änderung des Status eines der Markierungen (auch als „Flag“ bezeichnet) bedarf der Genehmigung durch das Münzregister 2 und muss sodann unveränderlich in der Datenstruktur der 7 gespeichert werden. Eine Verarbeitung ist im anonymen Modus (bzw. für einen anonymen maskierten Münzdatensatz) endgültig, wenn und nur wenn die erforderlichen Markierungen 25 bis 28 durch das Münzregister 6 validiert wurden, d.h. nach der entsprechenden Prüfung vom Zustand „0“ in den Zustand „1“ oder den Zustand „1“ gewechselt wurden.
  • Im Folgenden wird von einer Datenstruktur ohne Abschlussmarkierungen 29 ausgegangen und zunächst die Gültigkeit anonymer Münzdatensätze betrachtet. Um festzustellen, ob ein maskierter elektronischer Münzdatensatz Z gültig ist, sucht das Münzregister 2 nach der letzten Änderung, die den maskierten elektronischen Münzdatensatz Z betrifft. Es gilt, dass der maskierte elektronische Münzdatensatz Z gültig ist, sofern der maskierte elektronische Münzdatensatz Z für seine letzte Verarbeitung in einer der Nachfolger-Spalten 23a, 23b aufgeführt ist, wenn und nur wenn diese letzte Verarbeitung die entsprechende endgültige Markierung 25 bis 28 aufweist. Es gilt auch, dass der maskierte elektronische Münzdatensatz Z gültig ist, sofern der maskierte elektronische Münzdatensatz Z für seine letzte Verarbeitung in einer der Vorgänger-Spalten 22a, 22b aufgeführt ist, wenn und nur wenn diese letzte Verarbeitung fehlgeschlagen ist, also zumindest einer der entsprechend geforderten Zustände der Markierungen 25 bis 28 auf „0“ gesetzt ist.
  • Wenn der maskierte elektronische Münzdatensatz Z nicht in dem Münzregister 2 gefunden wird, ist er ungültig. Es gilt zudem, dass der anonyme maskierte elektronische Münzdatensatz Z für alle übrigen Fälle nicht gültig ist. Beispielsweise wenn die letzte Verarbeitung des maskierten elektronischen Münzdatensatzes Z in einer der Nachfolger-Spalten 23a, 23b aufgeführt ist, diese letzte Verarbeitung aber nie endgültig wurde oder wenn die letzte Verarbeitung des maskierten elektronischen Münzdatensatzes Z in einer der Vorgänger-Spalten 22a, 22b ist und diese letzte Verarbeitung endgültig ist.
  • Die Prüfungen, die durch das Münzregister 2 und/oder das Überwachungsregister 6 erfolgen, um festzustellen, ob eine Verarbeitung endgültig ist, werden durch die Spalten 25 bis 28 abgebildet: Der Zustand in der Spalte 25 zeigt an, ob der/die maskierten elektronischen Münzdatensätze gemäß Vorgänger-Spalten 22a, 22b gültig sind. Der Zustand in der Spalte 26 gibt an, ob die Berechnung des maskierten elektronischen Münzdatensatzes gemäß Gleichung (10) stimmt. Der Zustand in der Spalte 27a gibt an, ob die Bereichsnachweise für die maskierten elektronischen Münzdatensätze Z erfolgreich geprüft werden konnten. Der Zustand in Spalte 28 zeigt an, ob die Signatur in der Spalte 24 des maskierten elektronischen Münzdatensatzes Z eine gültige Signatur der Herausgeberinstanz 1 ist.
  • Der Zustand „0“ in einer Spalte 25 bis 28 zeigt dabei an, dass die Prüfung nicht erfolgreich war. Der Zustand „1“ in einer Spalte 25 bis 28 zeigt dabei an, dass die Prüfung erfolgreich war. Der Zustand „-“ in einer Spalte 25 bis 28 zeigt dabei an, dass keine Prüfung erfolgt ist. Die Zustände können auch einen anderen Wert aufweisen, solange eindeutig zwischen Erfolg/Misserfolg einer Prüfung unterschieden werden kann und ersichtlich ist, ob eine bestimmte Prüfung durchgeführt wurde.
  • Beispielhaft sind fünf verschiedene Verarbeitungen definiert, die hier im Einzelnen erläutert werden. Dabei wird auf den entsprechenden Listeneintrag in der 7 verwiesen.
  • Eine Verarbeitung ist beispielsweise „Erzeugen“ eines elektronischen Münzdatensatzes Ci. Das Erzeugen in der Direkttransaktionsschicht 3 durch die Herausgeberinstanz 1 beinhaltet das Wählen eines monetären Betrags υi, und das Erstellen eines Verschleierungsbetrags ri, wie mit Gleichung (1) bereits beschrieben wurde. Wie in 7 gezeigt, bedarf es bei der Verarbeitung „Erzeugen“ keiner Eintragungen/Markierungen in den Spalten 22a, 22b, 23b und 25 bis 27. In der Nachfolger-Spalte 23a wird der maskierte elektronische Münzdatensatz Zi registriert. Diese Registrierung erfolgt bevorzugt vor dem Übertragen 105 an eine Teilnehmereinheit TE, insbesondere oder bereits beim Generieren durch die Herausgeberinstanz 1, wobei in beiden Fällen dazu die Gleichung (3) ausgeführt werden muss. Der maskierte elektronische Münzdatensatz Zi ist beim Erstellen von der Herausgeberinstanz 1 signiert, diese Signatur ist in der Spalte 24 eingetragen, um sicherzustellen, dass der elektronische Münzdatensatz Ci tatsächlich von einer Herausgeberinstanz 1 erstellt wurde, wobei auch andere Verfahren dafür in Frage kommen. Stimmt die Signatur eines erhaltenen Zi mit der Signatur in Spalte 24 überein, so wird die Markierung in Spalte 28 gesetzt (von „0“ auf „1“). Die Markierungen gemäß Spalte 25 bis 27 benötigen keine Statusänderung und können ignoriert werden. Der Bereichsnachweis wird nicht benötigt, da das Münzregister 2 darauf vertrauen kann, dass die Herausgeberinstanz 1 keine negativen monetären Beträge ausgibt. In einer alternativen Ausführung kann er aber von der Herausgeberinstanz 1 im Erstellen-Befehl mitgesendet werden und von dem Münzregister 2 geprüft werden.
  • Eine Verarbeitung ist beispielsweise „Deaktivieren“. Das Deaktivieren 111, also das Geldvernichten, bewirkt, dass der maskierte elektronische Münzdatensatz Zi nach erfolgreichem Ausführen des Deaktivieren-Befehls durch die Herausgeberinstanz 1 ungültig wird, siehe auch 13. Man kann also den zu deaktivierenden (maskierten) elektronischen Münzdatensatz in dem Münzregister 2 nicht mehr weiterverarbeiten. Um Verwirrung zu vermeiden, sollten die entsprechenden (nicht maskierten) elektronischen Münzdatensätze Ci auch in der Direkttransaktionsschicht 3 deaktiviert werden. Beim „Deaktivieren“ 111 wird die Vorgängerspalte 22a mit dem elektronischen Münzdatensatz Zi beschrieben, aber keine Nachfolgerspalte 23a, 23b besetzt. Der maskierte elektronische Münzdatensatz Zi ist beim Deaktivieren daraufhin zu prüfen, ob die Signatur mit der Signatur gemäß Spalte 24 übereinstimmt, um sicherzustellen, dass der elektronische Münzdatensatz Ci tatsächlich von einer Herausgeberinstanz 1 erstellt wurde, wobei wieder andere Mittel für diese Prüfung verwendet werden können. Kann das signierte Zi, das im Deaktivieren-Befehl mitgesendet wird, als von der Herausgeberinstanz 1 signiert bestätigt werden, wird die Markierung 28 gesetzt (von „0“ auf „1“). Die Markierungen gemäß Spalte 26 bis 27 benötigen keine Statusänderung und können ignoriert werden. Die Markierungen gemäß Spalte 25 und 28 werden nach entsprechender Prüfung gesetzt.
  • Eine Verarbeitung (Modifikation) ist beispielsweise das „Aufteilen“. Das Aufteilen 110, also das Teilen eines elektronischen Münzdatensatzes Zi in eine Anzahl n, beispielsweise 2, von elektronischen Münzteildatensätzen Zj und Zk erfolgt zunächst in der Direkttransaktionsschicht 3, so wie es in den 8 und 12 noch gezeigt wird, wobei die monetären Beträge υj und des Verschleierungsbetrags rj generiert werden. vk und rk ergeben sich durch Gleichungen (7) und (8). In dem Münzregister 2 werden die Markierungen 24 bis 27 gesetzt, die Vorgängerspalte 22a wird mit dem elektronischen Münzdatensatz Zi beschrieben, Nachfolgerspalte 23a wird mit Zj und Nachfolgerspalte 23b wird mit Zk beschrieben. Die gemäß Spalten 24 bis 27 benötigten Statusänderungen erfolgen nach der entsprechenden Prüfung durch das Münzregister 2 und dokumentieren das jeweilige Prüfungsergebnis. Die Markierung gemäß Spalte 28 wird insbesondere im anonymen Modus ignoriert. Ein erster Bereichsnachweis R1 nach Spalte 27a muss beispielsweise erbracht werden, um zu zeigen, dass kein monetärer Betrag negativ ist. Ein zweiter Bereichsnachweis R2 in Spalte 27b ist nicht nötig, da die monetären Teilbeträge der Nachfolger stets kleiner als der monetäre Ausgangsbetrag des Vorgängers sind. Ein Summenbereichsnachweis R3 in Spalte 27c ist ebenfalls in der Regel nicht erforderlich (keine neuen monetären Beträge). Die Spalte 24 wird zum Eintragen einer den Münzdatensatz aufteilenden Teilnehmereinheit TE erzeugten Signatur verwendet.
  • Eine Verarbeitung ist beispielsweise „Verbinden“. Das Verbinden 109, also das Zusammenfügen zweier elektronischer Münzdatensätze Zi und Zj zu einem elektronischen Münzdatensatz Zm erfolgt zunächst in der Direkttransaktionsschicht 3, so wie es in 9 und 11 noch gezeigt wird, wobei der monetäre Betrag υm und der Verschleierungsbetrag rm berechnet werden. In dem Münzregister 2 werden die Markierungen 25 bis 28 gesetzt, die Vorgängerspalte 22a wird mit dem elektronischen Münzdatensatz Zi beschrieben, Vorgängerspalte 22b wird mit Zj und Nachfolgerspalte 23b wird mit Zm beschrieben. Die Markierungen in den Spalten 25 bis 28 benötigen Statusänderungen und das Münzregister 2 führt die entsprechenden Prüfungen durch. Ein erster Bereichsnachweis R1 nach Spalte 27a muss erbracht werden, um zu zeigen, dass kein neues Geld generiert wurde. Ein zweiter Bereichsnachweis R2 in Spalte 27b ist sinnvoll, da der neue monetäre Betrag des Nachfolgers größer sein könnte als ein Maximalwert. Ein Summenbereichsnachweis R3 in Spalte 27c ist ebenfalls in der Regel sinnvoll, da das Endgerät neu empfangene Vorgänger nutzen könnte. Die Markierung gemäß Spalte 28 kann ignoriert werden. Die Spalte 24 wird zum Eintragen einer den Münzdatensatz verbindenden Teilnehmereinheit TE erzeugten Signatur verwendet.
  • Eine weitere Verarbeitung ist beispielsweise „Umschalten“. Das Umschalten 108 ist dann nötig, wenn ein elektronischer Münzdatensatz auf eine andere Teilnehmereinheit TE übertragen wurde und ein erneutes Ausgeben durch die übertragende Teilnehmereinheit TE ausgeschlossen werden soll. Beim Umschalten, auch „switch“ genannt, wird der von der ersten Teilnehmereinheit TE1 erhaltene elektronische Münzdatensatz Ck gegen einen neuen elektronischen Münzdatensatz Cl mit gleichem monetärem Betrag ausgetauscht. Der neue elektronische Münzdatensatz Cl wird von der zweiten Teilnehmereinheit TE2 generiert. Dieses Umschalten ist notwendig, um den von der ersten Teilnehmereinheit TE2 erhaltenen elektronischen Münzdatensatz Ck zu invalideren (ungültig machen), wodurch ein erneutes Ausgeben des gleichen elektronischen Münzdatensatzes Ck vermieden wird. Denn, solange der elektronische Münzdatensatz Ck nicht umgeschaltet ist, kann - da die erste Teilnehmereinheit TE1 in Kenntnis des elektronischen Münzdatensatzes Ck ist - die erste Teilnehmereinheit TE1 diesen elektronischen Münzdatensatz Ck an eine drittes Teilnehmereinheit TE weitergeben. Das Umschalten erfolgt beispielsweise durch Hinzufügen eines neuen Verschleierungsbetrags radd zum Verschleierungsbetrag rk des erhaltenen elektronischen Münzdatensatz Ck, wodurch ein Verschleierungsbetrag rl erhalten wird, die nur die zweite Teilnehmereinheit TE2 kennt. Dies kann auch in dem Münzregister 2 erfolgen. Um zu beweisen, dass nur ein neuer Verschleierungsbetrag radd zum Verschleierungsbetrag rk des maskierten erhaltenen elektronischen Münzdatensatzes Zk hinzugefügt wurde, der monetäre Betrag aber gleichgeblieben ist, und also Gleichung (11): v k = v l
    Figure DE102020004116A1_0015
    gilt, so muss die zweite Teilnehmereinheit TE2 nachweisen können, dass sich Zl-Zk als skalares Vielfaches von G also als radd*G darstellen lässt. Das heißt, dass nur ein Verschleierungsbetrag radd erzeugt wurde und der monetäre Betrag von Zl gleich dem monetären Betrag von Zk ist, also Zl=Zk+radd*G. Dies erfolgt durch das Erzeugen einer Signatur mit dem öffentlichen Schlüssel Zl-Zk=radd*G.
  • Die Modifikationen „Aufteilen“ und „Verbinden“ an einem elektronischen Münzdatensatz können auch von einer Teilnehmereinheit TE1 an eine andere Teilnehmereinheit TE delegiert werden, beispielsweise wenn eine Kommunikationsverbindung zu dem Münzregister 2 nicht vorhanden ist.
  • In 8 ist ein Ausführungsbeispiel eines Bezahlsystems BZ gemäß der Erfindung zu den Aktionen „Aufteilen“, „Verbinden“ und „Umschalten“ von elektronischen Münzdatensätzen C gezeigt. In 8 hat die erste Teilnehmereinheit TE1 den Münzdatensatz Ci erhalten und möchte nun eine Bezahltransaktion nicht mit dem gesamten monetären Betrag υi, sondern nur mit einem Teilbetrag vk durchführen. Dazu wird der Münzdatensatz Ci aufgeteilt. Dazu wird zunächst der monetäre Betrag geteilt: v i = v j + v k
    Figure DE102020004116A1_0016
  • Dabei muss jeder der erhaltenen Beträge υj, υk, größer 0 sein, denn negative monetäre Beträge sind nicht zulässig.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt eine symmetrische Aufteilung des monetären Betrags υi in eine Anzahl n aus gleichgroßen monetäre Teilbeträge υj. v j = v i / n
    Figure DE102020004116A1_0017
    Die Anzahl n ist dabei eine Ganzzahl größer gleich zwei. Beispielsweise kann ein monetärer Betrag von 10 Einheiten in 2 Teilbeträge von 5 Einheiten (n=2) oder in 5 Teilbeträge von jeweils 2 Einheiten (n=5) oder 10 Teilbeträge von jeweils einer Einheit (n=10) aufgeteilt werden.
  • Zudem werden neue Verschleierungsbeträge abgeleitet: r i = r j + r k
    Figure DE102020004116A1_0018
  • Wenn symmetrisch aufgeteilt wird, wird für jeden Münzteilbetrag ein individueller, einzigartiger Verschleierungsbetrag rj in der Teilnehmereinheit TE1 gebildet, wobei die Summe der Anzahl n von Verschleierungsbeträgen rj der Münzteildatensätze gleich dem Verschleierungsbetrag ri des aufgeteilten Münzdatensatz ist: r i = ∑ k = 1 n r j _ k
    Figure DE102020004116A1_0019
  • Es gilt insbesondere, dass der letzte Verschleierungsteilbetrag rj_n gleich der Differenz des Verschleierungsbetrags ri und der Summer der restlichen Verschleierungsteilbeträge ist: r j _ n = r i − ∑ k = 1 n − 1 r j _ k
    Figure DE102020004116A1_0020
  • Auf diese Weise können die Verschleierungsbeträge rj_1 bis rj_n-1 beliebig gewählt werden und die Vorschrift der Gleichung (13a) wird durch entsprechende Berechnung des „letzten“ individuellen Verschleierungsbetrags rj_n erfüllt.
  • Bei einem asymmetrischen Aufteilen werden maskierte Münzdatensätze Zj und Zk gemäß Gleichung (3) aus den Münzdatensätzen Cj und Ck erhalten und in dem Münzregister 2 und/oder dem Überwachungsregister 6 registriert. Für das Aufteilen werden die Vorgängerspalte 22a mit dem Münzdatensatz Zi, die Nachfolgerspalte 23a mit Zj und die Nachfolgerspalte 23b mit Zk beschrieben. Zusätzliche Informationen für den Bereichsnachweis (zero-knowledge-proof) sind zu generieren. Die Markierungen in den Spalten 25 bis 27 benötigen Statusänderung und das Münzregister 2 und/oder das Überwachungsregister 6 führt die entsprechenden Prüfungen durch. Die Markierung gemäß Spalte 28 und der Stauts gemäß Spalte 29 werden ignoriert.
  • Bei einem symmetrischen Aufteilen wird in der jeweiligen Teilnehmereinheit TE eine Signatur berechnet. Dazu wird für den k-te Münzteildatensatz Cj_k der folgende Signaturschlüssel sig verwendet: s i g = r i − n ⋅ r j _ k
    Figure DE102020004116A1_0021
    Dabei ist n die Anzahl der symmetrisch geteilten Münzteildatensätze. Bei einem symmetrischen Aufteilen kann die Signatur des k-ten Münzteildatensatz Cj_k gemäß (13c) mit folgendem Verifikationsschlüssel Sig geprüft werden: S i g = Z i − n ⋅ Z j _ k
    Figure DE102020004116A1_0022
  • Dabei ist Zj_k der maskierte k-te Münzteildatensatz und n ist die Anzahl der symmetrisch geteilten Münzteildatensätze. Diese Vereinfachung ergibt sich aus dem Zusammenhang mit
    Gleichung (3): Z i − n ⋅ Z j _ k = ( v i − n ⋅ v j _ k ) ⋅ H + ( r i − n ⋅ r j _ k ) ⋅ G
    Figure DE102020004116A1_0023
    wobei durch die Symmetrieeigenschaften der Aufteilung gilt: ( v i − n ⋅ v j _ k ) ⋅ H = 0
    Figure DE102020004116A1_0024
    sodass die Gleichung 13e vereinfacht wird zu: Z i − n ⋅ Z j _ k = ( r i − n ⋅ r j _ k ) ⋅ G
    Figure DE102020004116A1_0025
  • Die Vereinfachung aufgrund Gleichung 13f ermöglicht den kompletten Verzicht auf Zero-Knowledge-Nachweise, wodurch die Anwendung einer symmetrischen Aufteilung enorm Rechenleistung und Datenvolumen einspart.
  • Dann wird ein Münzteildatensatz, hier Ck von der ersten Teilnehmereinheit TE1 an die zweite Teilnehmereinheit TE2 übertragen. Um ein doppeltes Ausgeben zu verhindern, ist eine Umschalt-Operation sinnvoll, um den von der ersten Teilnehmereinheit TE1 erhaltenen elektronischen Münzdatensatz Ck gegen einen neuen elektronischen Münzdatensatz Cl mit gleichem monetären Betrag auszutauschen. Der neue elektronische Münzdatensatz Cl wird von der zweiten Teilnehmereinheit TE2 generiert. Dabei wird der monetäre Betrag des Münzdatensatzes Cl übernommen und nicht verändert, siehe Gleichung (11).
  • Dann wird gemäß Gleichung (14) ein neuer Verschleierungsbetrag radd zum Verschleierungsbetrag rk des erhaltenen elektronischen Münzdatensatz Ck hinzugefügt, r l = r k + r a d d
    Figure DE102020004116A1_0026
    wodurch ein Verschleierungsbetrag rl erhalten wird, die nur die zweite Teilnehmereinheit TE2 kennt. Um zu beweisen, dass nur ein neuer Verschleierungsbetrag radd zum Verschleierungsbetrag rk des erhaltenen elektronischen Münzdatensatz Zk hinzugefügt wurde, der monetäre Betrag aber gleichgeblieben ist (υk = υl), muss die zweite Teilnehmereinheit TE2 nachweisen können, dass sich Zl-Zk als Vielfaches von G darstellen lässt. Dies erfolgt mittels öffentlicher Signatur Radd gemäß Gleichung (15): R a d d = r a d d ⋅ G = Z l − Z k = ( v l − v k ) * H + ( r k + r a d d − r k ) * G
    Figure DE102020004116A1_0027
    wobei G der Generatorpunkt der ECC ist. Dann wird der umzuschaltende Münzdatensatz Cl maskiert mittels der Gleichung (3), um den maskierten Münzdatensatz Zl zu erhalten. In dem Münzregister 2 und/oder dem Überwachungsregister 6 kann dann die private Signatur radd genutzt werden um beispielsweise den maskierten umzuschaltenden elektronischen Münzdatensatz Zl zu signieren, was als Beweis gilt, dass die zweite Teilnehmereinheit TE2 nur ein Verschleierungsbetrag radd zum maskierten elektronischen Münzdatensatz hinzugefügt hat und keinen zusätzlichen monetären Wert, d.h. vl = vk.
  • Der Beweis lautet wie folgt: Z k = v k ⋅ H + r k ⋅ G Z l = v l ⋅ H + r l ⋅ G = v k ⋅ H + ( r k + r a d d ) ⋅ G Z l − Z k = ( r k + r a d d − r k ) ⋅ G = r a d d ⋅ G
    Figure DE102020004116A1_0028
  • Die 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Bezahlsystems gemäß der Erfindung zum Verbinden (auch Kombinieren genannt) von elektronischen Münzdatensätzen. Dabei werden in der zweiten Teilnehmereinheit TE2 die beiden Münzdatensätze Ci und Cj erhalten. In Anlehnung an das Aufteilen gemäß 8 wird nun ein neuer Münzdatensatz Zm erhalten, indem sowohl die monetären Beträge als auch der Verschleierungsbetrag der beiden Münzdatensätze Ci und Cj addiert werden. Dann wird der erhaltene zu verbindende Münzdatensatz Cm maskiert und der maskierte Münzdatensatz Zm wird in dem Münzregister 2 registriert. Sodann wird beim „Verbinden“ die Signatur der zweiten Teilnehmereinheit TE2 eingetragen, da dieses die Münzdatensätze Ci und Cj erhalten hat.
  • Bei einem Kombinieren durch das Bezahlsystem BZ wird der höchste der beiden einzelnen Prüfwert der jeweiligen elektronischen Münzteildatensätze Ci und Cj bestimmt. Dieser höchste Prüfwert wird als der Prüfwert Ci und Cj des kombinierten elektronischen Münzdatensatzes übernommen.
  • Alternativ wird beim Kombinieren (= Verbinden) durch ein Bezahlsystem BZ ein neuer Prüfwert aus der Summe aller Prüfwerte der elektronischen Münzteildatensätzen Ci und Cj geteilt durch das Produkt der Anzahl (hier zwei) der Münzteildatensätze Ci und Cj mit einem konstanten Korrekturwert bestimmt. Der Korrekturwert ist bezahlsystemweit konstant. Der Korrekturwert ist größer gleich 1. Bevorzugt ist der Korrekturwert von einer maximalen Abweichung der einzelnen Prüfwerte der elektronischen Münzteildatensätze Ci und Cj oder von einem maximalen Prüfwert einer der elektronischen Münzteildatensätze Ci und Cj abhängig. Weiter bevorzugt ist der Korrekturwert kleiner gleich 2. Dieser neue Prüfwert wird als der Prüfwert des kombinierten elektronischen Münzdatensatzes Cm übernommen.
  • In den 10 bis 14 ist jeweils ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrensablaufdiagramms eines Verfahrens 100. Nachfolgend werden die 10 bis 14 gemeinsam erläutert. In den optionalen Schritten 101 und 102 wird ein Münzdatensatz C angefragt und seitens der Herausgeberinstanz 1 der ersten Teilnehmereinheit TE1 nach Erstellen des elektronischen Münzdatensatzes im Schritt 102 bereitgestellt.
  • In einer ersten Ausgestaltung der 10 (oberhalb der gestrichelten Trennlinie) wird eine Anfrage 210 einer Zentralbank 1a in der Herausgeberinstanz 1 verwendet, um einem eMDS C zu erzeugen. Dabei wird gemäß den Schritten aus dem Verfahrensablaufdiagramm des Verfahrens 200 gemäß 6 vorgegangen. Im Schritt 202 wird der eMDS C erzeugt und als Ausdruck A an die Münzausgabeeinheit 12 im Air-Gap-Prozess 206 bereitgestellt. Die Einheit 12 erhält den eMDS C sowie die Signatur des Herausgebers (als Herausgabe-Sicherungswert) und erstellt optional den RDS in Schritt 207. Schließlich wird der RDS im Schritt 104 beim Münzregister 2 registriert, sofern die Signatur gültig ist. Durch die Anfrage 101 wird der eMDS C im Schritt 209 (102) an die TE1 bereitgestellt.
  • In einer zweiten Ausgestaltung der 10 (unterhalb der gestrichelten Trennlinie) wird die Anfrage 210 einer Zentralbank 1a in der Herausgeberinstanz 1 verwendet, um einem eMDS C zu erzeugen. Dazu wird die Anfrage im Schritt 201 an die Einheit 11 geleitet, bevorzugt als Air-Gap-Prozess. Dabei wird gemäß den Schritten aus dem Verfahrensablaufdiagramm des Verfahrens 200 gemäß 6 vorgegangen. In den Schritten 202, 203, 204 werden der eMDS C, der RDS und der signierte RDS erzeugt und als Ausdruck A an die Münzausgabeeinheit 12 im Air-Gap-Prozess 206 bereitgestellt. Die Einheit 12 erhält den eMDS C, den RDS und den signierten RDS. Zudem werden Metadaten MC im Schritt 205 erzeugt und im Schritt 206a der Einheit 12 bereitgestellt. Schließlich wird der RDS und der signierte RDS im Schritt 104 beim Münzregister 2 registriert. Durch die Anfrage 101 wird der eMDS C im Schritt 209 (102) an die TE1 bereitgestellt. Alternativ wird nur der signierte RDS von der Einheit 12 an das Münzregister 2 bereitgestellt und der RDS in der TE1 erzeugt und anschließend an das Münzregister 2 gesendet (gestrichelt dargestellt).
  • Gemäß 11 wird ein signierter maskierter elektronischer Münzdatensatz im Schritt 103 an das Münzregister 2 gesendet. Im Schritt 103 erfolgt ein Maskieren des erhaltenen elektronischen Münzdatensatzes Ci gemäß der Gleichung (3) und ein Signieren im Schritt 103p gemäß Gleichung (3a). Dann wird im Schritt 104 der maskierte elektronische Münzdatensatz Zi in dem Münzregister 2 registriert. Optional kann die Teilnehmereinheit TE1 den erhaltenen elektronischen Münzdatensatz umschalten, dann würde eine Signatur Si in dem Münzregister 2 eingetragen. Im Schritt 105 erfolgt das Übertragen des Münzdatensatzes Ci in der Direkttransaktionsschicht 3 an die zweite Teilnehmereinheit TE2. In den optionalen Schritten 106 und 107 erfolgt eine Validitäts-Prüfung mit vorheriger Maskierung, bei der im Gutfall das Münzregister 2 die Gültigkeit des Münzdatensatzes Zi bzw. Ci bestätigt wird.
  • Im optionalen Schritt 108 erfolgt dann das Umschalten eines erhaltenen Münzdatensatzes Ck (es könnte natürlich auch der erhaltene Münzdatensatz Ci umgeschaltet werden) auf einen neuen Münzdatensatz Ci, wodurch der Münzdatensatz Ck ungültig wird und ein Doppeltausgeben verhindert wird. Dazu wird der monetäre Betrag υk des übertragenen Münzdatensatzes Ck als „neuer“ monetärer Betrag υl verwendet. Zudem wird, wie bereits mit Gleichungen (14) bis (17) erläutert, der Verschleierungsbetrag rl erstellt. Der zusätzliche Verschleierungsbetrag radd wird verwendet, um zu beweisen, dass kein neues Geld (in Form eines höheren monetären Betrags) von der zweiten Teilnehmereinheit TE2 generiert wurde. Dann wird der maskierte Münzdatensatz signiert und der signierte maskierte umzuschaltende Münzdatensatz Zl an das Münzregister 2 gesendet und das Umschalten von Ck auf Cl beauftragt. Zudem wird eine Signatur Sk von der ersten Teilnehmereinheit TE1 oder der zweiten Teilnehmereinheit TE2 erstellt und in dem Münzregister 2 hinterlegt. Zudem oder alternativ könnte auch eine Signatur Sl erstellt und in dem Münzregister 2 hinterlegt werden, wenn sendende Teilnehmereinheiten TE anstelle empfangende Teilnehmereinheiten TE registriert würden.
  • Im Schritt 108' erfolgt die entsprechende Prüfung in dem Münzregister 2. Dabei wird Zk in die Spalte 22a gemäß Tabelle in 7 eingetragen und in Spalte 23b der umzuschreibende Münzdatensatz Zl. Es erfolgt sodann eine Prüfung in dem Münzregister 2, ob Zk (noch) gültig ist, also ob die letzte Verarbeitung von Zk in einer der Spalten 23a/b eingetragen ist (als Beweis dafür, dass Zk nicht weiter aufgeteilt oder deaktiviert oder verbunden wurde) und ob eine Prüfung für die letzte Verarbeitung fehlgeschlagen ist. Zudem wird Zl in die Spalte 23b eingetragen und die Markierungen in den Spalten 25, 26, 27 werden zunächst auf „0“ gesetzt. Nun erfolgt eine Prüfung, ob Zi gültig ist, wobei dabei die Prüfung gemäß Gleichungen (16) und (17) verwendet werden können. Im Gutfall wird die Markierung in Spalte 25 auf „1“ gesetzt, ansonsten auf „0“. Nun erfolgt eine Prüfung, die Berechnung gemäß Gleichung (10) ergibt, dass Zk und Zl gültig sind und entsprechend wird die Markierung in Spalte 26 gesetzt. Weiterhin wird geprüft, ob die Bereiche schlüssig sind, sodann wird die Markierung in Spalte 27 gesetzt. Dann wird die Signatur Sl mit dem entsprechend in dem Münzregister 2 vorhandenen öffentlichen Verifikationsschlüssel verifiziert und entsprechend protokolliert. Wenn alle Prüfungen erfolgreich waren, und dies entsprechend unveränderlich in dem Münzregister 2 festgehalten wurde, gilt der Münzdatensatz als umgeschaltet. D.h. der Münzdatensatz Ck ist nicht mehr gültig und ab sofort ist der Münzdatensatz Cl gültig. Ein Doppeltausgeben ist nicht mehr möglich, wenn eine dritte Teilnehmereinheit TE die Validität des (doppelt ausgegebenen) Münzdatensatz an dem Münzregister 2 und/oder dem Überwachungsregister 6 erfragt. Beim Prüfen der Signatur kann im pseudonymen Modus geprüft werden, ob die zweite Teilnehmereinheit TE2 einen Grenzwert für monetäre Beträge überschritten hat. Die Prüfung erfolgt im Hinblick auf eine Zeiteinheit, beispielsweise könnte ein Tagesgrenzwert damit überwacht werden. Wenn der Grenzwert überschritten ist, verweigert das Münzregister 2 zunächst das Umschalten des Münzdatensatzes Cl und fordert die zweite Teilnehmereinheit TE2 auf, sich zu deanonymisieren. Systembedingt ist ein deanonymisiertes Umschalten möglicherweise gestattet.
  • Im optionalen Schritt 109 erfolgt ein Verbinden von zwei Münzdatensätzen Ck und Ci auf einen neuen Münzdatensatz Cm, wodurch die Münzdatensätze Ck, Ci ungültig werden und ein Doppeltausgeben verhindert wird. Dazu wird der monetäre Betrag υm aus den beiden monetären Beträgen υk und υi gebildet. Dazu wird der Verschleierungsbetrag rm aus den beiden Verschleierungsbeträgen rk und ri gebildet. Zudem wird mittels Gleichung (3) der maskierte zu verbindende Münzdatensatz Zm erhalten und dieser (mit anderen Informationen zusammen) an das Münzregister 2 gesendet und das Verbinden als Verarbeitung erbeten. Zudem wird eine Signatur Sk und eine Signatur Si erzeugt und dem Überwachungsregister 6 und/oder dem Münzregister 2 mitgeteilt.
  • Im Schritt 109' erfolgt die entsprechende Prüfung in dem Münzregister 2. Dabei wird Zm in die Spalte 23b gemäß Tabelle in 7 eingetragen, was auch gleich einer Umschreibung. Es erfolgt sodann eine Prüfung in dem Münzregister 2, ob Zk und Zi (noch) gültig sind, also ob die letzte Verarbeitung von Zk oder Zi in einer der Spalten 23a/b eingetragen ist (als Beweis dafür, dass Zk und Zi nicht weiter aufgeteilt oder deaktiviert oder verbunden wurden) und ob eine Prüfung für die letzte Verarbeitung fehlgeschlagen ist. Zudem werden die Markierungen in den Spalten 25, 26, 27 zunächst auf „0“ gesetzt. Nun erfolgt eine Prüfung, ob Zm gültig ist, wobei dabei die Prüfung gemäß Gleichungen (16) und (17) verwendet werden können. Im Gutfall wird die Markierung in Spalte 25 auf „1“ gesetzt, ansonsten auf „0“. Nun erfolgt eine Prüfung, die Berechnung gemäß Gleichung (10) ergibt, dass Zi plus Zk gleich Zm ist und entsprechend wird die Markierung in Spalte 26 gesetzt. Weiterhin wird geprüft, ob die Bereiche schlüssig sind, sodann wird die Markierung in Spalte 27 gesetzt. Beim Prüfen der Signatur kann geprüft werden, ob die zweite Teilnehmereinheit TE2 einen Grenzwert für monetäre Beträge überschritten hat. Die Prüfung erfolgt im Hinblick auf eine Zeiteinheit, beispielsweise könnte ein Tagesgrenzwert damit überwacht werden.
  • Im optionalen Schritt 110 erfolgt ein asymmetrisches Aufteilen eines Münzdatensatz Ci in zwei Münzteildatensätzen Ck und Cj, wodurch der Münzdatensatz Ci ungültig gemacht wird und die beiden asymmetrisch geteilten Münzteildatensätze Ck und Cj gültig gemacht werden sollen. Bei einem asymmetrischen Aufteilen wird der monetären Betrag υi in verschieden große monetäre Teilbeträge υk und υj aufgeteilt. Dazu wird der Verschleierungsbetrag ri in die beiden Verschleierungsbeträge rk und rj aufgeteilt. Zudem werden mittels Gleichung (3) die maskierten Münzteildatensätze Zk und Zj erhalten und diese mit weiteren Informationen, beispielsweise den Bereichsprüfungen (Zero-knowledge-proofs), an das Münzregister 2 gesendet und das Aufteilen als Verarbeitung erbeten. Zudem wird eine Signatur Si erstellt und an das Münzregister 2 gesendet.
  • Im Schritt 110' erfolgt die entsprechende Prüfung in dem Münzregister 2 und/oder dem Überwachungsregister 6. Dabei werden Zj und Zk in die Spalten 23a/b gemäß Tabelle in 7 eingetragen. Es erfolgt sodann eine Prüfung in dem Münzregister 2, ob Zi (noch) gültig ist, also ob die letzte Verarbeitung von Zi in einer der Spalten 23a/b eingetragen ist (als Beweis dafür, dass Zi nicht weiter aufgeteilt oder deaktiviert oder verbunden wurde) und ob eine Prüfung für die letzte Verarbeitung fehlgeschlagen ist. Zudem werden die Markierungen in den Spalten 25, 26, 27 zunächst auf „0“ gesetzt. Nun erfolgt eine Prüfung, ob Zj und Zk gültig sind, wobei dabei die Prüfung gemäß Gleichungen (16) und (17) verwendet werden können. Im Gutfall wird die Markierung in Spalte 25 auf „1“ gesetzt. Nun erfolgt eine Prüfung, die Berechnung gemäß Gleichung (10) ergibt, dass Zi gleich Zk plus Zj ist und entsprechend wird die Markierung in Spalte 26 gesetzt. Weiterhin wird geprüft, ob die Bereiche schlüssig sind, sodann wird die Markierung in Spalte 27 gesetzt. Beim Prüfen der Signatur kann geprüft werden, ob die zweite Teilnehmereinheit TE2 einen Grenzwert für monetäre Beträge überschritten hat. Die Prüfung erfolgt im Hinblick auf eine Zeiteinheit, beispielsweise könnte ein Tagesgrenzwert damit überwacht werden.
  • In 13 ist ein beispielhaftes Deaktivieren gemäß der Erfindung gezeigt. Dabei wird vom TE1 eine Deaktivieren-Aufforderung 111 an die Münzausgabe-Einheit 12 gesendet. Die Münzausgabeeinheit 12 erstellt eine Lösch-Aufforderung 212 und sendet diese an das Münzregister 2, um den RDS zur zu deaktivierenden eMDS C zu löschen. Der monetäre Betrag des eMDS C wird auf einem Konto des Teilnehmers gutgeschrieben.
  • Im Rahmen der Erfindung können alle beschriebenen und/oder gezeichneten und/oder beanspruchten Elemente beliebig miteinander kombiniert werden.
  • Bezugszeichenliste
    • BZ
    Bezahlsystem
    1
    Herausgeberinstanz
    11
    Münzgenerierung
    120
    Leseeinheit
    130
    Ausgabeeinheit
    140
    Münzgenerator
    12
    Münzausgabe
    150
    Empfangseinheit
    160
    Lese- und/oder Prüfeinheit
    170
    Datenspeicher
    180
    Vernichter
    13
    Air-Gap für Münzdatensatz und/oder Metadaten
    14
    Air-Gap für Generierungsanfrage
    1a
    Zentralbank
    2
    Münzregister
    21
    Befehls-Eintrag
    22a, b
    Eintrag eines zu verarbeitenden elektronischen Münzdatensatzes (Vorgänger)
    23a, b
    Eintrag eines verarbeiteten elektronischen Münzdatensatzes (Nachfolger)
    24
    Signatur-Eintrag
    25
    Markierung der Gültigkeitsprüfung
    26
    Markierung der Berechnungsprüfung
    27
    Markierung der Bereichsnachweisprüfung
    28
    Markierung der Signatur-Prüfung
    29
    Abschluss-Markierung
    3
    Direkttransaktionsschicht
    4
    Bankinstanz
    Ai
    Ausdruck repräsentierend einen elektronischen Münzdatensatz
    MCi
    Metadaten über den elektronischen Münzdatensatz
    M-ID
    Münzkennung des elektronischen Münzdatensatzes
    Ci
    elektronischer Münzdatensatz
    Cj, Ck
    aufgeteilter elektronischer Münzteildatensatz,
    Cj_k
    k-ter aufgeteilter elektronischer Münzteildatensatz bei symmetrischer Aufteilung
    Ci
    umzuschaltender elektronischer Münzdatensatz
    Cm
    zu verbindendender elektronischer Münzdatensatz
    Ci*
    übertragener elektronischer Münzdatensatz
    Cj*, Ck*
    übertragener aufgeteilter elektronischer Münzteildatensatz,
    Mx
    x-tes Gerät
    SEx
    x-tes Sicherheitselement
    TEx
    x-te Teilnehmereinheit
    RDS
    Registerdatensatz
    [RDSi]Sig(PK1)
    Signatur der Herausgeberinstanz (Münzgenerierung)
    PK1
    Privater Schlüsselteil der Herausgeberinstanz
    f(C)
    Homomorphe Einwegfunktion
    υi,
    Monetärer Betrag
    υj, υj
    Aufgeteilter monetärer Betrag
    υl,
    Monetärer Betrag eines umzuschaltenden/umgeschalteten elektr. Münzdatensatzes
    υm,
    Monetärer Betrag eines zu verbindenden/verbundenen elektr. Münzdatensatz
    pi,
    Zählerwert für Alterung des Münzdatensatzes
    ri
    Verschleierungsbetrag, Zufallszahl
    rj, rj
    Verschleierungsbetrag eines aufgeteilten elektronischen Münzdatensatzes
    rm
    Verschleierungsbetrag eines zu verbindenden elektronischen Münzdatensatzes
    Zi
    maskierter elektronischer Münzdatensatz
    Zi*
    maskierter übertragener elektronischer Münzdatensatz
    Zj, Zk
    maskierter aufgeteilter elektronischer Münzteildatensatz
    Zj*, Zk*
    maskierter übertragener aufgeteilter elektronischer Münzdatensatz
    Zi
    maskierter umzuschaltender elektronischer Münzdatensatz
    Zm
    maskierter zu verbindender elektronischer Münzdatensatz
    101-111
    Verfahrensschritte des Bezahlsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel
    201-212
    Verfahrensschritte der Herausgeberinstanz gemäß einem Ausführungsbeispiel
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 5872844 A [0006]

Claims (33)

  1. Herausgabeinstanz (1) zum Herausgaben von elektronischen Münzdatensätzen in einem Bezahlsystem (BZ), mit: - einer Münzgenerierungs-Einheit (11), eingerichtet zum Erzeugen (202) eines elektronischen Münzdatensatzes (C); und - einer Münzausgabe-Einheit (12), eingerichtet zum Erhalten des von der Münzgenerierungs-Einheit (11) erzeugten elektronischen Münzdatensatzes (C) und zum Ausgeben des elektronischen Münzdatensatzes (C) an eine Teilnehmereinheit (TE) oder eine Bankinstanz (4) des Bezahlsystems (BZ) in elektronischer Form, - wobei die Herausgeberinstanz (1) dazu eingerichtet ist, dass das Übertragen (206) des elektronischen Münzdatensatzes (C) zwischen der Münzgenerierungs-Einheit (11) und der Münzausgabe-Einheit (12) über einen Air-Gap-Prozess (13) erfolgt.
  2. Die Herausgeberinstanz (1) nach Anspruch 1, wobei der Air-Gap-Prozess (13) zwischen der Münzgenerierungs-Einheit (11) und der Münzausgabe-Einheit (12) eingerichtet ist, um die Münzgenerierungs-Einheit (11) von der Münzausgabe-Einheit (12) physisch zu trennen.
  3. Die Herausgeberinstanz (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Air-Gap-Prozess (13) ein physisches Übertragen (206) des elektronischen Münzdatensatzes (C) zwischen der Münzgenerierungs-Einheit (11) und der Münzausgabe-Einheit (12), insbesondere mittels eines portablen Datenträgers, umfasst, und/oder ein Übertragen (206) mittels gesichertem Transportbehälter umfasst.
  4. Die Herausgeberinstanz (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Übertragen (206) mittels eines portablen elektronischen Datenspeicher erfolgt.
  5. Die Herausgeberinstanz (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zum Übertragen (206) mittels Air-Gap-Prozess (13): - die Münzgenerierungs-Einheit (11) ferner eingerichtet ist zum Erzeugen eines den elektronischen Münzdatensatz (C) repräsentierenden Ausdrucks (A); und - die Münzausgabe-Einheit (12) weiter eingerichtet ist zum Erhalten des von der Münzgenerierungs-Einheit (11) erzeugten elektronischen Münzdatensatzes (C) durch Einlesen des Ausdrucks (A).
  6. Die Herausgeberinstanz (1) nach Anspruch 5, wobei der Ausdruck (A) zumindest eines der folgenden Elemente aufweist: - eine alphanumerische Zeichenkette; - einen opotelektronisch lesbaren Code, insbesondere einen zweidimensionalen Code; - eine Lasergravur.
  7. Die Herausgeberinstanz (1) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei der Ausdruck (A) auf Papiersubstrat oder Kunststoffsubstrat im Banknotenformat erfolgt.
  8. Die Herausgeberinstanz (1) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei der Ausdruck auf Papier im DIN A4 Format erfolgt.
  9. Die Herausgeberinstanz (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei mehrere Münzdatensätze (C) auf einem Ausdruck (A), beispielsweise auf einer DIN A4 Seite, angeordnet sind.
  10. Die Herausgeberinstanz (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Münzausgabe-Einheit (12) eine Banknotenbearbeitungsmaschine aufweist.
  11. Die Herausgeberinstanz (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Münzausgabe-Einheit (12) ein Lesegerät (160), zum optoelektronischen Einlesen des Ausdrucks (A) aufweist.
  12. Die Herausgeberinstanz (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Münzgenerierungs-Einheit (11) ein Lesegerät (120), zum optoelektronischen Einlesen einer Generierungsanfrage (210) aufweist.
  13. Die Herausgeberinstanz (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 12, wobei die Münzausgabe-Einheit (12) aufweist: - ein Prüfgerät (p) zum Prüfen des Ausdrucks (A), und/oder - eine Ausdruckvernichtungseinheit (180) zum Vernichten von Ausdrucken (A).
  14. Die Herausgeberinstanz (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Münzgenerierungs-Einheit (11) weiter eingerichtet ist zum Erzeugen einer Signatur für den elektronischen Münzdatensatz (C), durch Signieren des elektronischen Münzdatensatzes (C) mit einem privaten kryptografischen Schlüsselteil (PK) der Herausgeberinstanz (1), wobei der erzeugte elektronische Münzdatensatz (C) die Signatur umfasst.
  15. Die Herausgeberinstanz (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Münzgenerierungs-Einheit (11) weiter eingerichtet ist zum Erzeugen (203) von Herausgeber-Sicherungsdaten, und die Münzausgabe-Einheit (12) über den Air-Gap-Prozess (13) auch die erzeugten Herausgeber-Sicherungsdaten von der Münzgenerierungs-Einheit (11) erhält.
  16. Die Herausgeberinstanz (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Münzgenerierungs-Einheit (11) eingerichtet ist zum Erzeugen (203) eines Registerdatensatzes (RDS), welcher zur Speicherung in einem Münzregister (2) des Bezahlsystems vorgesehen ist, und wobei vorzugsweise die Münzausgabe-Einheit (12) über den Air-Gap-Prozess (13) auch den erzeugten Registerdatensatz von der Münzgenerierungs-Einheit (11) erhält.
  17. Die Herausgeberinstanz (1) nach Anspruch 16, wobei die Münzausgabe-Einheit (12) eingerichtet ist zum Registrieren (104) des elektronischen Münzdatensatz (C) im Münzregister (2) durch Ausgeben des Registerdatensatzes (RDS) und der Herausgeber-Sicherungsdaten an das Münzregister (2), wobei vorzugsweise entweder der Registerdatensatz (RDS) die Herausgeber-Sicherungsdaten zur Speicherung in dem Münzregister umfasst oder die Herausgeber-Sicherungsdaten zusätzlich zu dem zu speichernden Registerdatensatz (RDS) ausgegeben werden.
  18. Die Herausgeberinstanz (1) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei der Registerdatensatz (RDS) eines oder mehrere der folgenden Datenelemente aufweist: - einen maskierten elektronischen Münzdatensatz (Z), insbesondere erzeugt durch Anwenden einer homomorphen Einwegfunktion (f(C)) auf den elektronischen Münzdatensatz (C); - eine Signatur als Herausgeber-Sicherungsdaten, insbesondere als Signatur des elektronischen Münzdatensatzes (C), des Registerdatensatzes (RDS) und/oder eines maskierten elektronischen Münzdatensatzes (Z); - einen Bereichsnachweis des elektronischen Münzdatensatzes (C); - einen Prüfwert (pi) betreffend den elektronischen Münzdatensatz (C); und/oder - einen geldwerten Betrag (u) des elektronischen Münzdatensatzes (C).
  19. Die Herausgeberinstanz (1) nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei die Münzgenerierungs-Einheit (11) eingerichtet ist zum Signieren (204) des Registerdatensatzes (RDS), insbesondere zumindest eines maskierten elektronischen Münzdatensatzes (Z), mit einem privaten kryptografischen Schlüsselteil (PK) der Herausgeberinstanz (1); und /oder die Münzausgabe-Einheit (12) sich sowohl bei einem Münzregister (2) authentisiert als auch die Herausgeber-Sicherungsdaten an das Münzregister (2) ausgibt, insbesondere als Signatur des Registerdatensatzes (RDS) und/oder eines maskierten elektronischen Münzdatensatzes (Z).
  20. Die Herausgeberinstanz (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder elektronische Münzdatensatz (C) zumindest einen geldwerten Betrag (u) als Datenelement und einen Verschleierungsbetrag (r) als Datenelement aufweist, wobei der Verschleierungsbetrag (r) geheim für ein Münzregister (2) ist; und vorzugsweise weiter einen Prüfwert (pi) als Datenelement aufweist, der beim Erzeugen des elektronischen Münzdatensatzes (C) den Wert null aufweist.
  21. Die Herausgeberinstanz (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Münzgenerierungs-Einheit (11) weiter eingerichtet ist zum Erzeugen (205) von Metadaten (MC), die zumindest den elektronischen Münzdatensatz (C) betreffen; und - die Münzausgabe-Einheit (12) weiter eingerichtet ist zum Erhalten der Metadaten (MC), - wobei die Herausgeberinstanz (1) dazu eingerichtet ist, dass das Übertragen (206a) der Metadaten (MC) zwischen der Münzgenerierungs-Einheit (11) und der Münzausgabe-Einheit (12) über den Air-Gap-Prozess (13) erfolgt.
  22. Die Herausgeberinstanz (1) nach Anspruch 21, wobei - die Metadaten separat von oder zusammen mit dem erzeugten elektronischen Münzdatensatz (C) übertragen werden; und/oder - die Metadaten (MC) den erzeugten elektronischen Münzdatensatz (C) oder eine Vielzahl der erzeugten elektronischen Münzdatensätze (C) betreffen, und insbesondere umfassen Münzkennungen, Denominationen und/oder Stückzahlen der erzeugten elektronischen Münzdatensätze (C).
  23. Die Herausgeberinstanz (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Münzausgabe-Einheit (12) eine Speichereinheit (170) aufweist, in der die erzeugten elektronischen Münzdatensätze (C) abgelegt sind, wobei die erzeugten elektronischen Münzdatensätze (C) auf Anfrage einer Teilnehmereinheit (TE) oder einer Bankinstanz (4) herausgegeben werden.
  24. Die Herausgeberinstanz (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Münzausgabe-Einheit (12) weiter dazu eingerichtet ist, eine Deaktivieren-Aufforderung (111) von einer Teilnehmereinheit (TE) oder einer Bankinstanz (4) betreffend einen erzeugten elektronischen Münzdatensatz (C) zu empfangen, wobei die Münzausgabe-Einheit (12) weiter dazu eingerichtet ist, eine Deaktivieren-Aufforderung (212) an ein Münzregister (2) betreffend ein Löschen eines Registerdatensatz (RDS) zu senden.
  25. Ein Verfahren (200) zum Herausgeben eines elektronischen Münzdatensatzes (C) durch eine Herausgeberinstanz (1) eines Bezahlsystems (BZ), mit den Verfahrensschritten: - Erzeugen (202) eines elektronischen Münzdatensatzes (C) in einer Münzgenerierungs-Einheit (11) der Herausgeberinstanz (1); - Übertragen (206) des erzeugten elektronischen Münzdatensatzes (C) zwischen der Münzgenerierungs-Einheit (11) und einer Münzausgabe-Einheit (12) der Herausgeberinstanz (1) über einen Air-Gap-Prozess (13) zum Erhalten des erzeugten elektronischen Münzdatensatzes (C) in der Münzausgabe-Einheit (12); und - Ausgeben (209) des elektronischen Münzdatensatzes (C) an eine Teilnehmereinheit (TE) oder eine Bankinstanz (4) des Bezahlsystems (BZ) in elektronischer Form.
  26. Das Verfahren (200) nach Anspruch 25, weiter umfassend: - Erzeugen (203) eines Registerdatensatzes in der Münzgenerierungs-Einheit (11) der Herausgeberinstanz (1); - Übertragen (206) des erzeugten elektronischen Münzdatensatzes (C) und des Registerdatensatzes (RDS) zwischen der Münzgenerierungs-Einheit (11) und der Münzausgabe-Einheit (12) der Herausgeberinstanz (1) über den Air-Gap-Prozess (13) zum Erhalten des erzeugten elektronischen Münzdatensatzes (C) und des Registerdatensatzes (RDS) in der Münzausgabe-Einheit (12); - Ausgeben (209) des Registerdatensatzes (RDS) an ein Münzregister (2) des Bezahlsystems (BZ) zum Registrieren (104) des elektronischen Münzdatensatzes (C) im Münzregister (2).
  27. Das Verfahren (200) nach Anspruch 25 oder 26, weiter umfassend: - Signieren (204) des Registerdatensatzes (RDS) mit einem privaten kryptografischen Schlüsselteil (PK) der Herausgeberinstanz (1); - Übertragen (206) des erzeugten elektronischen Münzdatensatzes (C), des Registerdatensatzes (RDS) und der Signatur des Registerdatensatzes zwischen der Münzgenerierungs-Einheit (11) und der Münzausgabe-Einheit (12) der Herausgeberinstanz (1) über den Air-Gap-Prozess (13) zum Erhalten des erzeugten elektronischen Münzdatensatzes (C), des Registerdatensatzes (RDS) und dessen Signatur in der Münzausgabe-Einheit (12); - Ausgeben (209) des Registerdatensatzes und der Signatur an das Münzregister (2) des Bezahlsystems (BZ) zum Prüfen und/oder Speichern der Signatur des Registerdatensatzes (RDS) im Münzregister (2).
  28. Das Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 25 bis 27, wobei der Air-Gap-Prozess (13) das manuelle Übertragen des elektronischen Münzdatensatzes (C), insbesondere unter Verwendung portabler elektronischer Datenspeicher, umfasst.
  29. Das Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 25 bis 28, wobei der Air-Gap-Prozess (13) umfasst: - Erstellen eines den erzeugten elektronischen Münzdatensatz (11) repräsentierenden Ausdrucks (A) in der Münzgenerierungs-Einheit (11); - Einlesen des Ausdrucks (A) durch die Münzausgabe-Einheit (12) zum Erhalten des von der Münzgenerierungs-Einheit (11) erzeugten elektronischen Münzdatensatzes (C).
  30. Das Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 25 bis 29, weiter aufweisend: - Empfangen, in der Münzausgabe-Einheit (12), einer Deaktivieren-Aufforderung (111) von einer Teilnehmereinheit (TE) oder einer Bankinstanz (4) betreffend einen erzeugten elektronischen Münzdatensatz (C); und/oder - Senden, von der Münzausgabe-Einheit (12), einer Deaktivieren-Aufforderung (212) an ein Münzregister (2) betreffend ein Löschen eines Registerdatensatz (RDS).
  31. Ein Bezahlsystem (BZ) zum Bezahlen mit elektronischen Münzdatensätzen (C) mit: - einem Münzregister (2), eingerichtet zum Registrieren (104) der elektronischen Münzdatensätze (C); - Teilnehmereinheiten (TE1, TE2), eingerichtet zum Ausfuhren von Bezahltransaktionen durch Übertragen (105) der elektronischen Münzdatensätze (C) und zum Senden von Status- und/oder Registrierungsanforderungen betreffend die elektronischen Münzdatensätze (C); und - einer Herausgeberinstanz (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 24.
  32. Das Bezahlsystem (BZ) nach Anspruch 31, wobei das Münzregister (2) eingerichtet ist, einen von der Herausgeberinstanz ausgegebenen elektronischen Münzdatensatz (C) zu registrieren, insbesondere wenn ein Herausgeber-Sicherungswert für oder in einem im Münzregister (2) zu speichernden Registerdatensatz (RDS) vorliegt, und vorzugsweise zudem eingerichtet ist, einen von einer Teilnehmereinheit (TE) oder einer Bankinstanz (4) modifizierten elektronischen Münzdatensatz (C) nur zu registrieren (104), wenn er eine Modifikation eines bereits registrierten Münzdatensatzes (C) ist.
  33. Das Bezahlsystem (BZ) nach Anspruch 31 oder 32, wobei ein elektronischer Münzdatensatz (C) durch Anwenden einer homomorphen Einwegfunktion (f(C)) auf den elektronischen Münzdatensatz (C) maskiert wird zum Erhalten eines maskierten elektronischen Münzdatensatzes (Z) als Registerdatensatz (RDS) oder Teil des Registerdatensatzes (RDS), und wobei der maskierte elektronische Münzdatensatz (Z) in dem Münzregister (2) des Bezahlsystems (BZ) registriert wird, wobei bevorzugt das Registrieren (104) für einen ausgegebenen elektronischen Münzdatensatz (C) des Herausgebers als Erstregistrierung und/oder für einen von einer Teilnehmereinheit (TE) oder einer Bankinstanz (4) modifizierten elektronischen Münzdatensatz (C) als Modifikationsregistrierung erfolgt.
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