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Technisches
Gebiet
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Die
Erfindung betrifft im wesentlichen das Einrichten von Betriebsbedingungen
für sichere
Vorgänge
zwischen einem Client und einem Server im Zusammenhang mit dem Drucken
von Porto und betrifft insbesondere das Drucken von Porto unter
Einsatz eines kryptographisch sicheren Austausches zum Einrichten
einer gemeinsamen Zeitbasis, wobei die gemeinsame Zeitbasis eine
konstante Energieversorgung (z.B. eine Batterie) überflüssig macht.
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Stand der
Technik
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Wenn
man die vielen Beschränkungen
(Kosten, Genehmigung der Postbehörde,
Ansprüche
des Kunden, mechanische Anforderungen, Lesefähigkeit des Menschen), die
gleichzeitig erfüllt
werden müssen,
berücksichtigt,
kann berechtigterweise gesagt werden, daß es nicht einfach ist, Porto
zu drucken. Über
annähernd
einhundert Jahre hinweg haben Unternehmen wie Hasler (einem Rechtsvorgänger des Inhabers
der vorliegenden Erfindung) und seine Mitbewerber Frankiermaschinen
zur Verfügung
gestellt, welche Porto mittels mechanischer Präge-Stempelplatten drucken.
Generationen von Ingenieuren auf dem Gebiet der Mechanik haben die
Technik des mechanischen Druckens von Porto entwickelt und verbessert,
so daß heutige
Frankiermaschinen (auch als Freistempelmaschinen bezeichnet) einen
hochqualitativen, mittels Stempel gedruckten Porto-Freistempel zusammen
mit allen Vorteilen, welche aus der Verwendung von Mikroprozessoren
hervorgehen, bieten.
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Unlängst wurde
vorgeschlagen, digital erstellte Freistempel anstelle von mittels
Stempel gedruckten Freistempeln zu verwenden, ein Schritt, der einen
wesentlichen Teil der in Zusammenhang mit dem Drucken von Porto
gesammelten Erfahrung in Vergessenheit geraten lassen würde und
welcher eine Menge neuer Probleme eröffnet. Die am häufigsten
für digital
erstellte Freistempel vorgeschlagenen Drucktechniken sind Tintenstrahl-
und Laser-Druck. Diese Technologien haben viele potentielle Nachteile.
Darunter ist derjenige, daß,
wenn die postalischen Freistempel mit einem Standarddrucker gedruckt
werden sollen, der über
eine nicht sichere Datenverbindung mit einer postalischen Sicherheitseinrichtung
verbunden ist, innerhalb des Freistempels verschlüsselte Informationen
gedruckt werden müssen,
um eine Unterscheidung zwischen authentischen und betrügerischen
Freistempeln zu erleichtern. Die verschlüsselten Informationen werden
mittels einer kryptographischen Einrichtung innerhalb der postalischen
Sicherheitseinrichtung erzeugt.
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Es
wird als wünschenswert
erachtet und ist in der Technik bekannt, daß Zeit- und Datums-Informationen
als Eingaben an die kryptographische Einrichtung innerhalb der postalischen
Sicherheitseinrichtung ("postal
security device",
PSD oder Client) zur Verfügung
gestellt werden. Die verschlüsselten Informationen
von der PSD werden auf eine Postsendung innerhalb der postalischen
Freistempel aufgebracht. Derartige Informationen sind dem Postamt
für Identifizierungszwecke
hilfreicher als ein Freistempel, dem beliebige verschlüsselte Informationen,
die Zeit-/Datums-Informationen umfassen, fehlen.
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Wenigstens
eine Postbehörde
hat angeregt, daß es
vorzu ziehen ist, innerhalb der postalischen Sicherheitseinrichtung
eine Zeitbasis zu haben, welche durch eine zuverlässige Energieversorgung
mit Energie versorgt wird, die ohne Unterbrechung zur Verfügung steht,
auch wenn eine Wechselstrom-(Netz-)Energie beseitigt wird. Auch
wenn die Energie von einem Benutzer ausgeschaltet oder unterbrochen
wird (oder auf Grund eines Energieausfalles des Versorgungsbetriebs
verloren geht), läuft
die Zeitbasis oder Echtzeituhr bei einer derartigen Einrichtung
unter Verbrauch der Energie aus einer internen zuverlässigen Energieversorgung
ständig.
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Damit
die interne Zeitbasis irgendeine sinnvolle Hilfe für Zwecke
der Authentifizierung darstellt, muß sie absolut genau sein, wobei
sie typischerweise eine Genauigkeit erfordert, die größer ist
als diejenige einer Armbanduhr eines Kunden. Eine derartige Zeitbasis
hängt im
allgemeinen von einem Kristall-Oszillator ab und der Kristall für diesen
Zweck ist kostspieliger als der preiswerte Kristall, der in einer Armbanduhr
eines Kunden verwendet wird. Die Zeitbasis mit hoher Genauigkeit
und die interne zuverlässige
Energieversorgung tragen insgesamt zu den Kosten der postalischen
Sicherheitseinrichtung bei.
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Solch
ein System hängt
im allgemeinen davon ab, daß die
interne Energiequelle ohne Unterbrechung arbeitet, und im Falle
des Verlustes der internen Energiequelle sind zur Wiederherstellung
einer normalen Funktion im allgemeinen verschiedene manuelle Schritte
erforderlich, Schritte, welche ein Außer-Betrieb-Nehmen der postalischen
Sicherheitseinrichtung umfassen. Derartige Schritte sind im besten
Fall unangenehm für
den Benutzer und können für den Benutzer
sehr störend
sein.
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Es
wäre wünschenswert,
die Kosten der postalischen Sicherheitseinrichtung zu verringern,
es weniger wahrscheinlich zu machen, daß es nötig ist, diese außer Betrieb
zu nehmen, und außerdem
die Authentifizierungs-Vorteile
aufrecht zu erhalten, welche aus der Verwendung einer konsistenten
Zeitbasis hervorgehen, die zu dem Rest des Systems paßt.
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Das
Dokument
US 4 725 718 beschreibt
ein Porto-Informations-System, welches eine Zentralsteuerung und
eine Abrechnungseinheit umfaßt,
welche miteinander kommunizieren. Die Steuereinheit weist einen
Speicher und eine Uhr auf. Der Speicher speichert die Transaktionsnummer.
Eine Verschlüsselungseinheit
steht mit der Steuereinheit in Kommunikation.
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Beschreibung
der Erfindung
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Im
Zusammenhang mit dem Druck von Porto erfolgen zwischen einem Client
und einem Server Sicherheitsvorgänge.
Ein kryptographisch sicherer Austausch wird dazu eingesetzt, eine
gemeinsame Zeitbasis einzurichten, wobei die gemeinsame Zeitbasis
eine konstante Energieversorgung (z.B. eine Batterie) überflüssig macht.
Der Porto druckende Client muß daher
bei Fehlen einer Wechselstrom-(Netz-)Energie keine zuverlässige Energieversorgung
haben.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnung
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Die
Erfindung wird in Verbindung mit der Zeichnung in verschiedenen
Figuren beschrieben, von denen:
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1 eine
Anordnung einer postalischen Sicherheitseinrichtung zusammen mit
einem System nach dem Stand der Technik zeigt;
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2 eine
Anordnung einer postalischen Sicherheitseinrichtung zusammen mit
einem System gemäß der Erfindung
zeigt;
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3 einen
Austausch von Nachrichten zwischen einem Client und einem Server
nach dem Stand der Technik zeigt;
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4 einen
Austausch von Nachrichten zwischen einem Client und einem Server
gemäß der Erfindung
zeigt;
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5 eine
Zeitachse nach dem Stand der Technik zeigt, welche die Übereinstimmung
der Zeit zwischen einer postalischen Sicherheitseinrichtung eines
Clients und einem Server darstellt;
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6 eine
Zeitachse zeigt, welche die Übereinstimmung
der Zeit zwischen einer postalischen Sicherheitseinrichtung eines
Clients und einem Server gemäß der Erfindung
darstellt; und
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7 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Drucken
von Porto zeigt, welche eine postalische Sicherheitseinrichtung
umfaßt.
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Arten zur
Durchführung
der Erfindung
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1 zeigt
eine Anordnung einer postalischen Sicherheitseinrichtung zusammen
mit einem System nach dem Stand der Technik. Eine postalische Sicherheitseinrichtung
(Client) 23 wird zum Drucken von Porto mittels eines Standard-Druckers
(in 1 der Klarheit halber weggelassen) verwendet. Über ein
Wechselstrom(Netz-)Stromkabel 27 wird Energie zur Verfügung gestellt.
Eine Echtzeituhr 24 hält
eine hochgenaue Zeit und wird bei Fehlen einer externen Energie
mittels einer internen zuverlässigen Batterie
oder einer anderen Energiequelle 26 versorgt. Von Zeit
zu Zeit kommuniziert der Client 23 über einen nicht sicheren Kanal 22 mit
einem Server 21, beispielsweise um den Client 23 zurückzusetzen, damit
dieser einen höheren
Portowert enthält.
Es wird angenommen, daß die
Echtzeituhr 25 hochgenau ist. Da die Anzahl von Servern 21 (im
Vergleich zur großen
Anzahl von Clients 23) sehr gering ist, stellen die hohen
Kosten der hochgenauen Echtzeituhr 25 kein Problem dar.
Zwar ist der Unterschied zwischen dem Client 23 und dem
Server 21 nicht so groß,
es gibt aber einen Unterschied zwischen dem Client 23 und
der restlichen Welt was die (in 1 zur Klarheit
weggelassenen) Einrichtungen umfaßt, welche von den Postbehörden dazu
verwendet werden, postalische Freistempel zu authentifizieren. Die zahlreichen
derartigen Einrichtungen sind alle dazu geeignet, zuverlässige Zeit- und Datums-Informationen
zu empfangen, da sie alle durch die Postbehörde bezüglich ihres Betriebszustands überwacht
werden. Wie oben angemerkt, werden die PSD-Clients 23 jedoch
nicht durch die Postbehörden
bezüglich
ihres Betriebszustands überwacht
und liegen in großer Zahl
vor, was somit zu der Annahme nach dem Stand der Technik veranlasst,
daß die
einzig funktionierende Art zur Bereitstellung eines Zeit-Standards
zur Verwendung in den Clients 23 mittels einer internen zuverlässigen Energieversorgung
und einer hochgenauen Zeitbasis erfolgen kann.
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2 zeigt
eine Anordnung einer postalischen Sicherheitseinrichtung zusammen
mit einem System gemäß der Erfindung.
Bei dieser Anordnung, wie bei dem Stand der Technik, weist der Client
PSD 23 eine Echtzeituhr auf.
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Bedeutsam
ist jedoch, daß die
PSD beim Anschalten der PSD 23 oder eine gewisse Zeit danach eine
kryptographisch sichere Kommunikation über einen nicht sicheren Kanal 22 mit
einer zuverlässigen Zeitbasis
verwaltet, von der hier vorausgesetzt wird, daß sie innerhalb des Servers 21 vorliegt.
Die Kommunikation kann wünschenswerterweise
derart kryptographisch sicher sein, wie es in FIPS PUB 140-1 beschrieben
ist, jedoch kann ein Fachmann ein Niveau einer kryptographischen
Sicherheit auswählen, welches
für die
Anforderungen des bestimmten Systems geeignet ist. Es wird angenommen,
daß die
zuverlässige
Zeitbasis (Uhr 25 in 2) ein zertifizierter zuverlässiger dritter
Beteiligter ist, der durch die Postbehörde sowohl hinsichtlich der
Genauigkeit seiner Zeitinformationen als auch hinsichtlich des gewünschten
Sicherheitsniveaus des kryptographischen Austausches zertifiziert
ist, die zur Übertragung
der Zeitinformationen zu dem Client 23 verwendet werden.
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Die
zertifizierte Echtzeituhr könnte
von dem Hersteller (Händler)
der postalischen Sicherheitseinrichtung oder von dem postalischen
Service oder von dritten Beteiligten betrieben werden.
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Fachleute
werden erkennen, daß viele
Kommunikationskanäle 22 dem
gewünschten
Zweck genügen
würden,
einschließlich
einer Internet TCP/IP-Netzwerkfähigkeit
zwischen dem Client 23 und einer zertifizierten Echtzeituhr.
Bei einem typischen System würde
die postalische Sicherheitseinrichtung in einem Betriebsgebäude mit
einem lokalen Netzwerk, welches TCP/IP-verbunden mit dem Internet
ist, eingesetzt, und die PSD würde
eine Ethernet-Schnittstelle aufweisen, welche ihr ermöglicht,
an das lokale Netzwerk angeschlossen zu werden. Auf diese Weise
bestünde
kein Erfordernis für eine öffentliche
Telefonleitung für
Modem-basierende Übertragungen.
Eine solche Konfiguration bietet den weiteren Vorteil, daß externe
Einrichtungen (z.B. von dem Hersteller der PSD oder von den Postbehören) Übertragungen
für verschiedene
Zwecke aufbauen könnten.
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Nun
unter Bezugnahme auf 7 zeigt diese
eine erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Drucken von Porto, welche eine postalische Sicherheitseinrichtung 23 umfaßt. Die
kryptographische Einrichtung 40 wird dazu verwendet, die
auf dem Drucker 42 gedruckten verschlüsselten Freistempel zu erzeugen. Es
wird davon ausgegangen, daß der
Kommunikationskanal 41 zwischen der PSD 23 und
dem Drucker 42 nicht sicher ist. Ein Portowert-Register 59 enthält Informationen über die
Menge des gedruckten oder zum Druck zur Verfügung stehenden Portowertes. Wenn
das verfügbare
Porto aufgebraucht ist (d.h., die Frankiermaschine ist leer), werden
keine Freistempel am Drucker 42 gedruckt.
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Zurück zu 3 zeigt
diese einen Nachrichtenaustausch zwischen einem Client und einem
Server nach dem Stand der Technik. Es wird davon ausgegangen, daß der Server 21 und
der Client 23 annähernd
die gleiche Zeit (t21-1 und t23-1, Bezugszeichen 30) haben,
da jeder eine sehr genaue Uhr aufweist. Mit somit synchronisierten
Zeiten kann von Zeit zu Zeit ein Austausch von Datenpaketen 31, 32, 33 und 34 erfolgen,
beispielsweise um den PSD-Client 23 zurückzusetzen, um einen höheren Portowert
zu enthalten, oder für
andere Zwecke, wie dem Sammeln von statistischen Daten. Außerdem wird
von Zeit zu Zeit eine verschlüsselte
Nachricht 51 zu dem nicht sicheren Drucker (in 1 zur
Klarheit weggelassen) geleitet und auf eine Postsendung gedruckt. Datenpakete 31 bis 34 werden
wie oben beschrieben durch den nicht sicheren Kanal 22 geleitet.
Der Paketaus tausch kann beispielsweise derart erfolgen, wie es in
dem US-Patent 5 237 506 beschrieben ist, dessen Inhaberin die vorliegende
Anmelderin ist.
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4 zeigt
einen erfindungsgemäßen Nachrichtenaustausch
zwischen einem Client und einem Server. Bei dieser Anordnung versteht
sich, daß die PSD 23 angeschaltet
wurde und keine Kenntnis darüber
hat, wieviel Uhr es ist, wie es mittels des Fragezeichens in 4 (Bezugszeichen 35)
dargestellt ist. Bei manchem Paketaustausch, wie bei 31A, 32A in 4,
erfolgt dann eine kryptographisch sichere Übertragung, bei welcher die
vorausgesetzte genaue Zeit t21-1 zu dem Client PSD 23 übertragen
wird. Die PSD 23 lädt
die Zeit in ihre Zeitbasis und diese Zeit wird bei nachfolgenden
kryptographischen Vorgängen,
wie dem Drucken eines postalischen Freistempels, im Datenelement 51 verwendet.
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5 zeigt
eine Zeitachse nach dem Stand der Technik, welche die Zeitübereinstimmung
zwischen einer postalischen Sicherheitseinrichtung eines Clients
und einem Server darstellt. Die Echtzeituhren des PSD-Clients 23 und
die zuverlässige
Zeitbasis des Servers 21 werden einmal zum Zeitpunkt 57 synchronisiert,
möglicherweise
zum Zeitpunkt der Herstellung. Danach wird bei von den Postbehörden vorgenommenen
Authentifizierungs-Vorgängen
angenommen, daß nachfolgende
Ereignisse gleichzeitig auftreten, wie es in 5 durch
vertikal fluchtende Ereignis-Ticks dargestellt ist.
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6 zeigt
eine Zeitachse, welche die Zeitübereinstimmung
zwischen einer postalischen Sicherheitseinrichtung eines Clients
und einem Server gemäß der Erfindung
darstellt. Bei dieser Zeitachse gibt es Zeitintervalle, in denen
dem PSD-Client 23 keine externe Energie zugeführt wird
und dieser keine kontinuierliche Zeitmessung durch seine interne
Zeitbasis aufweist. Statt dessen erfolgt, wie oben erörtert, von
Zeit zu Zeit die sichere Synchronisation (dargestellt durch die
Ereignisse 31A). Das Ergebnis ist, daß die Zeitbasen des Clients 23 und
des als genau gehend angenommenen Servers 21 in ihrer Synchronisation
dichter beieinander liegen.
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Es
sei daran erinnert, daß die
kryptographisch sichere Zeitbasis-Kommunikation innerhalb der postalischen
Sicherheitseinrichtung die Verwendung einer Zeitbasis erlaubt, die
nicht derart genau (und kostspielig) sein muß, wie diejenige hochgenaue
Zeitbasis, nach der in Systemen nach dem Stand der Technik verlangt
würde.
Bei den vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispielen erfolgt eine
Zeitsynchronisation wenigstens so häufig, wie ein Mal pro Zuführung von
Wechselstrom-(Netz)Energie zu der postalischen Sicherheitseinrichtung.
Es sollte jedoch erkannt werden, daß eine darauffolgende Zeitverschiebung
(während
eine Wechselstrom-Energie weiterhin vorhanden ist) zu einem Zustand
führen
kann, bei dem der Zeitwert des Clients unangemessen von demjenigen
des Rests der Welt (und von der Zeitquelle des Servers) abweicht.
Daher ist es wünschenswert,
eine optionale Funktionalität zur
Verfügung
zu stellen, derart, daß die
PSD eine Aufnahme der Anzahl von Frankierereignissen (dem Drucken
von Porto) seit dem letzten kryptographischen Austausch, bei welchem
die Zeit mit dem zuverlässigen
Standard synchronisiert wurde, behalten kann. Die PSD kann derart
programmiert sein, daß sie,
wenn eine gewisse Anzahl von Frankierungen (z.B. fünfzig) geschehen
sind, anfordert, daß eine weitere
kryptographisch sichere Zeitsynchronisation durchgeführt wird,
bevor weitere Frankierungen erfolgen. Alternativ kann es wünschenswert
sein, die PSD derart zu konfigu rieren, daß, wenn ein gewisser Zeitraum
vergangen ist, die PSD anfordern wird, daß eine weitere kryptographisch
sichere Zeitsynchronisation erfolgt, bevor weitere Frankierungen
erfolgen. Auf diese Weise können
die Kosten der PSD dadurch weiter verringert werden, daß die Zeitbasis
innerhalb der PSD nicht hochgenau sein muß, sondern nur eine ausreichend
geringe Abweichung aufweisen muß,
so daß der
akkumulierte Fehler innerhalb der vorgegebenen Anzahl von Frankierungen
oder dem vorgegebenen Zeitraum klein sein wird.