EP1107190A1 - Frankierverfahren und -vorrichtung - Google Patents

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EP1107190A1
EP1107190A1 EP00118472A EP00118472A EP1107190A1 EP 1107190 A1 EP1107190 A1 EP 1107190A1 EP 00118472 A EP00118472 A EP 00118472A EP 00118472 A EP00118472 A EP 00118472A EP 1107190 A1 EP1107190 A1 EP 1107190A1
Authority
EP
European Patent Office
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postal
data
mail
franking
electronic
Prior art date
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Granted
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EP00118472A
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English (en)
French (fr)
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EP1107190B1 (de
Inventor
Gerrit Bleumer
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Francotyp Postalia GmbH
Original Assignee
Francotyp Postalia GmbH
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Publication date
Application filed by Francotyp Postalia GmbH filed Critical Francotyp Postalia GmbH
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Application granted granted Critical
Publication of EP1107190B1 publication Critical patent/EP1107190B1/de
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    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07B—TICKET-ISSUING APPARATUS; FARE-REGISTERING APPARATUS; FRANKING APPARATUS
    • G07B17/00—Franking apparatus
    • G07B17/00185—Details internally of apparatus in a franking system, e.g. franking machine at customer or apparatus at post office
    • G07B17/00435—Details specific to central, non-customer apparatus, e.g. servers at post office or vendor
    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07B—TICKET-ISSUING APPARATUS; FARE-REGISTERING APPARATUS; FRANKING APPARATUS
    • G07B17/00—Franking apparatus
    • G07B17/00185—Details internally of apparatus in a franking system, e.g. franking machine at customer or apparatus at post office
    • G07B17/00435—Details specific to central, non-customer apparatus, e.g. servers at post office or vendor
    • G07B2017/00443—Verification of mailpieces, e.g. by checking databases
    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07B—TICKET-ISSUING APPARATUS; FARE-REGISTERING APPARATUS; FRANKING APPARATUS
    • G07B17/00—Franking apparatus
    • G07B17/00733—Cryptography or similar special procedures in a franking system
    • G07B2017/00822—Cryptography or similar special procedures in a franking system including unique details
    • G07B2017/0083—Postal data, e.g. postage, address, sender, machine ID, vendor

Definitions

  • the invention relates to a method for automatic franking of mail and to Testing the franking according to the preamble of claim 1 and a method according to the preamble of claim 11.
  • the invention also relates a system for carrying out such a method according to the preamble of Claim 12 and a franking machine for automatic franking of mail according to the preamble of claim 15.
  • the US Postal Service has a system architecture for open and closed franking systems specified. Such a system is for example from US 5,825,893 known.
  • Each user has a physical as safe as possible Security device, on which all postage costs planned for the franking saved by the user.
  • In the security device is essentially a charge counter and a user-individual encryption module arranged with which the fee stamp and another machine-readable data stamp, so-called "Indizia", to be generated.
  • To frank a piece of mail is from the Security device such an indication from the franking postage, a Identification code of the security device, the sender address, the current one Bill count and possibly further data by means of a signature key generated.
  • This silicon is then converted into a two-dimensional barcode coded and printed on the mail, making it easy and reliable from one Test facility of the postal service can be scanned and checked.
  • the internal one Postage meter of the franking machine is then used for the Postage amount reduced.
  • the object is based on a franking method, a franking system and a franking machine to provide a high level of security against fraud while keeping it low Have costs.
  • the invention is based on the idea that a fraud by multiple Use of postage and / or multiple use of data stamps This can be prevented that the franking on the mail applied machine-readable data stamps encoded and / or configured will be that it is clearly different from other used data stamps leaves.
  • the data stamp contains the impression and / or value of one for the present franking individualized electronic coin. While usual Money, such as coins and banknotes are common means of payment leaves Do not look at the purpose of payment yourself.
  • the solution according to the invention has the advantages that in this case no additional hardware such as a described security device for Save and account for postage and save a custom account Signature key is required and as a pure software solution a conventional computer can be realized. It is not mandatory required that data about the user be contained in the data stamp, so that from the data stamp can not be concluded on the user, whereby the anonymity of the user is maintained. It is also not necessary that next to the user and the postal service a third person as Monitoring instance as in some known solutions the franking process and the billing of postal fees monitored online, but a franking can be done at any time without the intervention of such a monitoring authority. Overall, with the solution according to the invention a similarly high Security standard as with cryptographically secure electronic payment systems reached.
  • the Check by comparing the data stamp to be checked with in a database stored used data stamps takes place.
  • the comparison test to checking data stamp is equivalent to the comparison check of generated electronic coins.
  • each piece of mail an individual Data stamp, so also an individual, the mailpiece individualizing electronic coin is generated, this represents a simple realization of the test wherein the database is stored in a suitable memory device in the Test device is stored.
  • the database is not unlimited Storage space, the embodiment according to claim 3 is very advantageous.
  • Each data stamp has an expiration date, i. one of the day the creation of the date stamp in the future date by which the Data stamp (or the electronic coin) is valid and up to the example also the mail item is transported.
  • This period can be, for example, by default 14 days for all users and all data stamps (or electronic coins) be.
  • every day again Storage space in the database can be made available by deleting the Data stamps or electronic coins with the oldest verification data.
  • the said checking of postal charges for multiple use allow and prevent fraudsters from self-incriminating themselves create without paying for it is according to the training according to claim 7, an individual coding of the postal fee units by the Postal service provided with a secret key.
  • This encoding, for each Postage unit varies differently, can also be found in the on the mail applied data stamp again, which is thus a multiple use of postal fee units.
  • the data stamp the date and time of creation, the postage due and the addressee of the Postguts in non-manipulatable form included.
  • others and / or other data such as the sender whose Address or expiry date for the postage.
  • the Surface structure surface fiber structure, roughness of the surface
  • the Surface structure of the Packing material or envelope or another measurable one individual piece mailing property such as e.g. the exact weight be entered by the user or by using one in the Franking machine integrated measuring device automatically when franking be measured.
  • this mailing data is artificially in the form of on a label
  • Label data will be added to the mail.
  • a label may, for example carry a hologram or a barcode whose data as a postal data in the Data stamps are integrated.
  • the method of claim 11 carried out on a single franking machine may be in embodiments such as the method described above be educated. Also indicated in the claims 12 to 14 system for Implementation of the method according to claim 1 and in claims 15 and 16 indicated franking machine can be configured in a corresponding manner.
  • the mailing and mailing system shown in Figure 1 has a postal service 1, a postage meter 2 and a mailing service 3.
  • the postal service 1 essentially has a postage fee facility 11 for issuing and Billing of postal fee units and a checking device 13 for checking and Devaluation of frankings.
  • the postal fee units i.e. electronic coins
  • the billing and accounting takes place by means of an accounting device 15.
  • the franking machine 2 has a central unit 21 and a printing unit 22, which in an open franking system by a standard PC and a standard printer can be realized.
  • the central unit 21 comprises a fee module 23, which downloads the postal fee units from the postal service 1, stores and internally charged for a franking.
  • the storage of postal fees can For example, on the hard disk of the PC, on a chip card or on a other storage medium done.
  • the settlement of postal fees with the postal service is usually done when downloading postal fees from the postal service 1, while internal billing takes place when printing a franking.
  • the billing the postal service can use a specially created billing account, by credit card, by electronic payment or by cash respectively.
  • a pressure control module 25th provided, which controls the printing device 22.
  • the fee stamp and the Data stamps can either be applied directly to the mail or to a sticker to be affixed to the mail Label to be printed.
  • the franked mail is then from a postal service 3 transported, either there or in the Postal service 1, for example in a mail collection point, a checking device 13 goes through where the franking is checked and canceled.
  • the Test device 13 a memory device 14, in the particular used Data stamps are stored with which a data stamp to be checked is compared becomes.
  • Postry stimulating 11 and the test device 13 can also connect to, for example, over used and depreciated ones Postage accounting units to guide and ensure that the testing facility 13 knows the coding of postal fee units, which in regular Can change time intervals.
  • the franking which in the present case at least a fee stamp and has a data stamp and is generally referred to as "indicium” should at least the stamped postage and an electronic signature for Authorization of this postage.
  • additional data may be provided be to support specific functions of the mailing system.
  • the delivery address may be included in machine-readable form automatic mail sorting.
  • the Identity of the sender can also be omitted.
  • the machine-readable part the franking can be in the form of a two-dimensional barcode, for example be printed. If a franking proves to be valid and sufficient, the mail is delivered to the appropriate recipient.
  • a franking system should be used also offer sufficient ease of use. After downloading postage in the value of x, the user should have the option of any Charge value (maximum x) to generate.
  • the process of acquisition should be of postal fee units and the generation of frankings from each other be independent, so not as in known systems for generating a Franking first made an online connection to a postage fee facility must be to download a postage, which directly into a Franking is converted.
  • the franking should also be offline and without intervention a third, the franking and settlement of the postage monitoring Facility to be possible.
  • the data stamp also contains a code that refers to the uses used postage units to generate the franking, can also be determined in this review, if the appropriate Postage units used earlier to generate a franking and therefore consumed. Because the postal fee units also at any time and independently purchased and downloaded from the time of a postage due and subdivide into smaller subunits as well Combining larger units is also the required ease of use reached.
  • FIG. 2 shows a mail item 8, in the example an envelope, with an inventive article Franking and addressing shown.
  • This has an address field 81 for the Addressing, an optional sender address sender field 82, a Fee stamp 83, a data stamp 84 and a label 85 on.
  • the label 85 is optional and serves as a kind of fingerprint for the mail, what on the label contained label data in the data stamp 84 in non-manipulable form are also included. This is to prevent the fee stamp 83 and the datestamp 84 cut or copied and on another mail glued and illegally reused.
  • the data stamp 84 may be configured to be machine-readable is, the address of the addressee is included and for machine sorting of the Postage good can be used. In this case, the franking could also only be used for a mail addressed to the same addressee.
  • the Arrangement, size and design of the individual fields 81 to 85 can of course also done differently than shown.
  • Z denote the set of integers, q a prime, G a family of finite, multiplicative Abelian groups Gq of order q .
  • G q a prime
  • G q a family of finite, multiplicative Abelian groups Gq of order q .
  • powers g x with ( g ⁇ Gq and x ⁇ Z ) defined by repeated multiplication in G q .
  • families of groups G q which have efficient algorithms for multiplying group elements, equally distributing randomly selecting group elements, and testing two group elements for equality. Furthermore, the calculation of discrete logarithms is difficult, ie not possible in polynomial time in the bit length of q. Although the last property has not been proven for any family of groups to date, there are candidates to whom these attributes are attributed after several decades of intensive research. This is called the discrete logarithm assumption or discrete representation assumption. Both are equivalent.
  • One candidate is large cyclic subgroups of multiplicative groups Zp of finite fields of residues modulo a large prime p. Large means here that p is at least 1024 bit long.
  • Other (but less well studied) candidates are families of certain elliptic curves, more specifically large subsets of elliptic curves. The elliptic curves should not be super-singular and of low sex. Specific recommendations are made, for example, by the National Institute of Standards and Technology (NIST) [NIST99] (http://csrc.nist.gov/encryption).
  • the current state of research is that calculating discrete logarithms in the former candidate at a module length of 1024 bits is about as heavy as calculating discrete logarithms in the latter candidate at a plot of about 160 bits.
  • the multiplicative notation of G q is used. This notation can be easily translated into the additive notation common to elliptic curves by replacing multiplications in G q by addition and powers in G q by scalar multiples of points in a curve.
  • a protocol declaration each of which is listed in the first line of the figure consists of the formal output parameters, followed by an assignment arrow, followed by the Log names and the formal input parameters in parentheses.
  • All input and output parameters are one Participants in square brackets enclosed, with the bracket in Superscript the abbreviation of the subscriber (S for user, P for Postmay responded) is attached.
  • Formal input parameters can be from a protocol participant alone or jointly by all protocol participants be taken. The former are private entries, the latter are called common Inputs.
  • a protocol definition is done in matrix notation, with the Each participant's actions are written in columns one below the other and each one Column is overwritten with the participant name. Consecutive A participant's actions can be grouped into blocks.
  • Log actions are written in the usual mathematical notation with some special symbols.
  • the equally distributed random choice of an element from a set A and the assignment of this element to a variable a is denoted by a E R A.
  • the evaluation of an expression E and subsequent assignment of the result to a is denoted by a ⁇ E.
  • H denotes a pseudorandom hash function which returns a value of Z q after input of any binary string. It is allowed to write an H with any number of arguments. In this case, the input to H is the concatenation of the binary representations of all arguments.
  • Arithmetic operations are written either in G q , ie multiplication mod p, or in Z q , ie addition and multiplication mod q.
  • p denotes a large prime number
  • q a large divisor of p -1
  • Gq the unique subgroup of the multiplicative group of the body Z p having the order q.
  • g 1, g 2, G, G 0 be four generators of G q which are chosen independently and equally distributed randomly at system startup.
  • a digital coin is valid with respect to a public key y if it satisfies the following equation: Indices or data stamps are in their digital form tuples A, B, (z, a, b, r) s, rcpt, d / t), the first part (A, B, (z, a, b, r) ) is a digital coin, and the second part (s, rcpt, d / t) specifies the power that can be paid for with that indicium.
  • s ⁇ 3 / q q are an auxiliary value that allows the user to de-anonymise in the case of fraud, the recipient rcpt and d / t the creation date and the creation time of the index. Further data on the origin of the indicium can be added. A datestamp is valid if the following equation is met:
  • FIG. 3 shows part of the protocol that runs when a postage account account is opened.
  • a protocol is shown which is traversed to download digital coins.
  • Common input is the account number I and the public key y of the postal fee facility.
  • Private entry of the postal fee facility P is her private key x.
  • Private input of the user S is his private digital identity (u 1 , u 2 ).
  • the user proves to have a discrete representation of I (block 51).
  • the protocol is shown in FIG.
  • the postage facility and the user take the joint input I and the user takes as his private input his private digital identity (u 1 , u 2 ).
  • Now the user selects uniformly distributed random two values w 1, w 2 E Z q and computes a ⁇ g w 1/1 g w 2 / 2.
  • This value a is sent to the postal charges means evenly distributed then randomly selects a value c and him sends to the user.
  • the user equally randomly selects the values u, v according to block 52.
  • the postage meter selects a value t and then calculates the components z, a, b according to block 53.
  • the user calculates the value r 'and accepts the obtained digital coin (A', B ', (z', a ', b', r ')) if valid (see equation (1) above) with respect to public key y of the postage facility (see block 56).
  • the user stores the discrete representations ⁇ , ⁇ of A and B for the obtained digital coin.
  • FIG. 7 shows a test impression of a data stamp with a data matrix of 40 ⁇ 40 elements, ie the smallest amount of data, the options listed in Table 1.
  • the printed data stamp is machine-readable and contains the electronic data Coin, its value and its expiry date, as well as other information that the Individualize franking.
  • the data matrix 100 may also be made a different number of elements of mx x n elements are formed. Left beside the printed data matrix 100 is a common advertising imprint reproduced.
  • the above has been a method for automatic franking of mail and the Review of the franking described.
  • the inventive concept can be but use it everywhere in e-commerce (ie-cash systems), For example, it is readily possible that by means of the invention in decentralized and open systems also services such as the issue of Tickets and tickets (theater tickets, tickets, etc.) are handled. Becomes For example, generates a ticket from the ticket user itself, so contains the Ticket imprint all the data of the ticket individual electronic coin. There Each ticket is individualized, is a multiple use of the ticket locked out.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum maschinellen Frankieren von Postgut (8) und zur Prüfung der Frankierung, wobei Postgebühren in elektronischer Form gespeichert und abgerechnet werden und wobei auf das Postgut (8) ein Gebührenstempel (83) und ein maschinenlesbarer verschlüsselte Daten enthaltender Datenstempel (84) aufgebracht werden. Um ein solches Verfahren kostengünstiger auszugestalten, wobei gleichzeitig hohe Sicherheitsanforderungen erfüllt sein und eine Realisierung auf einem herkömmlichen Computer mit einem Drucker ohne weitere zusätzliche Hardware möglich sein sollen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass für jedes Stück Postgut (8) ein individueller, von den für andere Stücke Postgut erzeugte Datenstempel unterscheidbarer Datenstempel (84) erzeugt und auf das Stück Postgut (8) aufgebracht wird und dass anhand des Datenstempels (84) eine Prüfung auf mehrfache Verwendung von Postgebühren und/oder Datenstempeln erfolgt. Bevorzugt wird diese Prüfung durch Vergleich eines zu prüfenden Datenstempels (84) mit vorher benutzten in einer Datenbank gespeicherten Datenstempel realisiert. Damit lassen sich insbesondere Betrüger ermitteln, die ohne Bezahlung Frankierungen erzeugen oder Frankierungen beispielsweise durch Kopieren mehrfach verwenden wollen. Die Erfindung betrifft außerdem ein System zur Durchführung eines solchen Verfahrens sowie eine entsprechend ausgestaltete Frankiermaschine. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum maschinellen Frankieren von Postgut und zur Prüfung der Frankierung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 11. Die Erfindung betrifft außerdem ein System zur Durchführung eines solchen Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 12 sowie eine Frankiermaschine zum maschinellen Frankieren von Postgut gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 15.
Wie viele andere Unternehmen betreiben auch Postdienste in vielen Ländern der Erde zunehmend Handel auf elektronischem Wege, sogenannten Electronic Commerce (ecommerce). Traditionell benutzen größere Unternehmen Frankiermaschinen zur Frankierung ihrer Postgüter. Derartige Frankiermaschinen sind an registrierte Personen lizenziert und erfordern eine bestimmte Verbindung zu dem Postdienst, um Postgebühren für die Frankierung nachladen zu können. In einem solchen geschlossenen Frankiersystem werden mechanische Frankiermaschinen mittels physikalischer Jetons (tokens) nachgeladen, oder es bestehen bei elektronischen Frankiermaschinen Verbindungen zu dem Postdienst über eine spezielle Leitung oder die Telefonleitung, um Postgebühren von einem dortigen Gebührenrechner herunterzuladen. Derartige Frankiermaschinen werden nur an registrierte Kunden verkauft oder geleast, und eine Inspektion durch die Postdienste ist in regelmäßigen Abständen erforderlich.
Da inzwischen auch kleinere Unternehmen und Büros ausreichend Rechenleistung auf Computern und Druckern zur Verfügung haben und ein Intemetanschluss einfach und günstig zur Verfügung steht, werden vermehrt Frankiersysteme benutzt, mit denen Postgebühren über offene Netzwerke wie das Internet von dem Postdienst heruntergeladen werden können und die keine besondere Hardware mit regelmäßigem Inspektionsbedarf erfordern. Bei solchen sogenannten offenen Frankiersystemen kann ein herkömmlicher PC zum Herunterladen von Postgebühren und ein Standarddrucker zum Drucken eines Gebührenstempels auf einen Briefumschlag oder ein Etikett benutzt werden.
Der US-Postdienst hat eine Systemarchitektur für offene und geschlossene Frankiersysteme spezifiziert. Ein solches System ist beispielsweise aus der US 5,825,893 bekannt. Jeder Benutzer verfügt dabei über ein physikalisches möglichst aufbruchsicheres Sicherheitsgerät, auf dem alle für die Frankierung vorgesehenen Postgebühren des Benutzers gespeichert sind. Dieses Sicherheitsgerät (PSD = Postal Security Device) kann innerhalb oder außerhalb der Frankiermaschine oder des Computers angeordnet sein. In dem Sicherheitsgerät ist im wesentlichen ein Gebührenzähler und ein benutzer-individuelles Verschlüsselungsmodul angeordnet, mit dem der Gebührenstempel und ein weiterer maschinenlesbarer Datenstempel, sogenannte "Indizia", erzeugt werden. Zum Frankieren eines Stückes Postgut wird von dem Sicherheitsgerät ein solches Indizium aus der zu frankierenden Postgebühr, einem Identifizierungscode des Sicherheitsgerätes, der Absenderadresse, dem aktuellen Gebührenzählerstand und gegebenenfalls weiteren Daten mittels eines Unterschriftenschlüssels erzeugt. Dieses Indizium wird dann in einen zweidimensionalen Barcode codiert und auf das Postgut aufgedruckt, so dass es einfach und zuverlässig von einer Prüfeinrichtung des Postdienstes gescannt und überprüft werden kann. Der interne Postgebührenzähler der Frankiermaschine wird anschließend um den verwendeten Postgebührenbetrag verringert.
Da die Benutzer von offenen Frankiersystemen nicht registriert sind und die verwendete Hardware keinen regelmäßigen Inspektionen durch den Postdienst unterliegt, müssen derartige Frankiersysteme in stärkerem Maße gegen Betrug geschützt werden als geschlossene Frankiersysteme. Sie müssen jedoch auch deutlich billiger sein, um in den Massenmarkt vordringen zu können. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Frankierverfahren, ein Frankiersystem und eine Frankiermaschine zu schaffen, welche eine hohe Sicherheit gegen Betrug bei gleichzeitig niedrigen Kosten aufweisen.
Diese Aufgaben werden durch die Verfahren gemäß Anspruch 1 und Anspruch 11, durch das System gemäß Anspruch 12 beziehungsweise die Frankiermaschine gemäß Anspruch 15 gelöst.
Der Erfindung liegt dabei der Gedanke zugrunde, dass ein Betrug durch mehrfache Verwendung von Postgebühren und/oder mehrfache Verwendung von Datenstempeln dadurch verhindert werden kann, dass der bei der Frankierung auf das Postgut aufgebrachte maschinenlesbare Datenstempel derart codiert und/oder ausgestaltet wird, dass er sich eindeutig von anderen benutzten Datenstempeln unterscheiden lässt. Hierbei enthält der Datenstempel den Abdruck und/oder Wert einer für die vorliegende Frankierung individualisierten elektronischen Münze. Während übliches Geld, beispielsweise Münzen und Scheine zwar gängige Zahlungsmittel sind, lässt sich ihnen selbst aber nicht der Zahlungszweck ansehen. Bei der vorliegenden Erfindung wird jedoch mit der Frankierung ein für die vorliegende Frankierung individualisiertes Geld - nachfolgend elektronische Münze genannt - generiert, wobei diese elektronische Münze nicht nur einen Geldwert - wie beispielsweise Portowert-enthält, sondern darüberhinaus auch die Frankierung individualisierte Daten, so dass eine doppelte Generierung einer elektronischer Münze ausgeschlossen ist. Die elektronische Münze wird auf dem Postgut durch einen Datenstempel repräsentiert, welcher neben der Portowertangabe noch weitere die elektronische Münze identifizierende Angaben enthält, die maschinenlesbar sind. Dadurch kann der Postdienst mittels einer Prüfeinrichtung überprüfen, ob ein Datenstempel bereits benutzt worden ist und von einem Betrüger beispielsweise ausgeschnitten und auf einen neuen Brief aufgeklebt worden ist. Auch die mehrfache Verwendung von Postgebühren, die in derartigen Frankiersystemen in elektronischer Form gespeichert und abgerechnet werden, kann dadurch detektiert werden, da anhand des Datenstempels erkennbar ist, ob er mittels einer bereits verbrauchten Postgebühr erzeugt worden ist. Sofern in dem Datenstempel der Ersteller des Datenstempels (in nicht manipulierbarer (verschlüsselter) Form) enthalten ist, kann in diesem Fall auf den Betrüger geschlossen werden. In beiden Fällen können die mit derartigen betrügerischen Mitteln frankierten Postgüter von der Weiterbeförderung ausgeschlossen werden.
Gegenüber bekannten Lösungen weist die erfindungsgemäße Lösung die Vorteile auf, dass hierbei keine zusätzliche Hardware wie ein beschriebenes Sicherheitsgerät zum Speichern und Abrechnen der Postgebühren und zum Speichern eines benutzerindividuellen Unterschriftenschlüssels erforderlich ist und als reine Softwarelösung auf einem konventionellen Computer realisiert werden kann. Weiter ist es nicht zwingend erforderlich, dass in dem Datenstempel Daten über den Benutzer enthalten sind, so dass aus dem Datenstempel nicht auf den Benutzer geschlossen werden kann, wodurch die Anonymität des Benutzers gewahrt wird. Es ist auch nicht erforderlich, dass neben dem Benutzer und dem Postdienst eine dritte Person als Überwachungsinstanz wie bei manchen bekannten Lösungen den Frankiervorgang und die Abrechnung der Postgebühren online überwacht, sondern eine Frankierung kann jederzeit und ohne Einschaltung einer solchen Überwachungsinstanz erfolgen. Insgesamt wird mit der erfindungsgemäßen Lösung ein ähnlich hoher Sicherheitsstandard wie bei kryptografisch sicheren elektronischen Zahlungssystemen erreicht.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Prüfung durch Vergleiche des zu prüfenden Datenstempels mit in einer Datenbank gespeicherten benutzten Datenstempeln erfolgt. Die Vergleichsprüfung der zu prüfenden Datenstempel ist gleichbedeutend mit der Vergleichsprüfung von generierten elektronischen Münzen. Da für jedes Stück Postgut ein individueller Datenstempel, also auch eine individuelle, das Poststück individualisierende elektronische Münze erzeugt wird, stellt dies eine einfache Realisierung der Prüfung dar, wobei die Datenbank in einer geeigneten Speichereinrichtung in der Prüfeinrichtung abgelegt ist. Da in der Praxis die Datenbank jedoch keinen unbegrenzten Speicherplatz aufweist, ist die Ausgestaltung gemäß Anspruch 3 sehr vorteilhaft. Jeder Datenstempel weist dabei ein Verfallsdatum auf, d.h. ein vom Tag der Erstellung des Datenstempels in der Zukunft liegendes Datum, bis zu dem der Datenstempel (bzw. die elektronische Münze) gültig ist und bis zu dem beispielsweise auch das Poststück befördert wird. Dieser Zeitraum kann zum Beispiel standardmäßig 14 Tage für alle Benutzer und alle Datenstempel (bzw. elektronische Münzen) betragen. Dies bedeutet, dass eine elektronische Münze, deren Verfallsdatum bei der Überprüfung bereits abgelaufen ist, in einer ersten Stufe der Überprüfung ausgesondert werden kann und dass in der Datenbank nur diejenigen benutzten elektronischen Münzen gespeichert bleiben müssen, die in diesem vom Tag der Überprüfung gerechneten zurückliegenden Zeitraum, im Beispiel also in den letzten 14 Tagen, überprüft worden sind. Dadurch kann beispielsweise jeden Tag wieder Speicherplatz in der Datenbank zur Verfügung gestellt werden durch Löschen der Datenstempel bzw. elektronischen Münzen mit den ältesten Überprüfungsdaten.
Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 4 stellt eine Möglichkeit dar, durch die eine Prüfung auf mehrfache Verwendung von Postgebühren erfolgen kann. Die Weiterbildungen gemäß den Ansprüchen 5 und 6 dienen im wesentlichen dem Bedienungskomfort, indem der Benutzer die zu frankierende Postgebühr aus einzelnen Postgebühreneinheiten zusammensetzen oder eine größere Postgebühreneinheit in kleine Untereinheiten unterteilen kann.
Um einerseits die genannte Prüfung von Postgebühren auf mehrfache Verwendung zu ermöglichen und andererseits zu verhindern, dass Betrüger sich selbst Postgebühreneinheiten erstellen, ohne dafür zu bezahlen, ist gemäß der Weiterbildung nach Anspruch 7 eine individuelle Codierung der Postgebühreneinheiten durch den Postdienst mit einem geheimen Schlüssel vorgesehen. Diese Codierung, die für jede Postgebühreneinheit unterschiedlich ausfällt, findet sich auch in dem auf das Postgut aufgebrachten Datenstempel wieder, an dem sich somit eine mehrfache Verwendung von Postgebühreneinheiten erkennen lässt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind in dem Datenstempel dessen Erstelldatum und Erstellzeit, die frankierte Postgebühr und der Adressat des Postguts in nicht manipulierbarer Form enthalten. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass andere und/oder weitere Daten wie beispielsweise der Absender, dessen Anschrift oder ein Verfallsdatum für die Postgebühr enthalten sind.
Aus Kapazitätsgründen kann es vorgesehen sein, dass nicht alle Frankierungen und Datenstempel überprüft werden. So kann es vorgesehen sein, dass die Überprüfung nur stichprobenhaft durchgeführt wird, dass nicht alle überprüften Datenstempel in der Datenbank gespeichert werden oder dass ein zu überprüfender Datenstempel aus Zeitgründen nur mit einem Teil der in der Datenbank gespeicherten Datenstempel verglichen wird. Um dennoch zu verhindern, dass Gebührenstempel und Datenstempel von einem beförderten Postgut abgelöst oder abgeschnitten oder mittels eines Kopierers abkopiert und auf ein zu frankierendes Postgut einfach aufgeklebt oder aufkopiert werden, können bei der Weiterbildung gemäß Anspruch 9 weitere Postgutdaten in den Datenstempel mit aufgenommen werden. Diese Postgutdaten dienen quasi als individueller Fingerabruck des zu frankierenden Postgutes und fallen somit für jedes Postgut anders aus. Als Postgutdaten können beispielsweise die Oberflächenstruktur (Oberflächenfaserstruktur, Rauhigkeit der Oberfläche) des Verpackungsmaterials oder des Briefumschlages oder eine andere messbare, das einzelne Stück Postgut individualisierende Eigenschaft, wie z.B. das exakte Gewicht verwendet werden, die vom Benutzer entweder eingegeben oder mittels einer in die Frankiermaschine integrierten Messeinrichtung automatisch bei der Frankierung gemessen werden.
Ausgehend von dieser Überlegung kann gemäß Anspruch 10 weiter vorgesehen sein, dass diese Postgutdaten künstlich in Form von auf einem Etikett befindlichen Etikettdaten dem Postgut hinzugefügt werden. Ein solches Etikett kann beispielsweise ein Hologramm oder einen Barcode tragen, dessen Daten als Postgutdaten mit in den Datenstempel integriert werden. Durch die Maßnahmen gemäß den Ansprüchen 9 und 10 wird erreicht, dass ein Datenstempel auch zu dem damit frankierten Postgut gehören muss und nicht für ein anderes Postgut verwendet werden kann, welches andere Postgutdaten aufweist. Dies kann bei der Überprüfung des Datenstempels festgestellt werden, sofern die Prüfeinrichtung in geeigneter Weise zur Messung der Postgutdaten des zu prüfenden Postgutes ausgestaltet ist und diese gemessenen Postdaten dann mit den in dem Datenstempel enthaltenen Postgutdaten verglichen werden.
Das Verfahren gemäß Anspruch 11, das auf einer einzelnen Frankiermaschine ausgeführt werden kann, kann in Ausgestaltungen wie das oben beschriebene Verfahren weitergebildet sein. Auch das in den Ansprüchen 12 bis 14 angegebene System zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 sowie die in den Ansprüchen 15 und 16 angegebene Frankiermaschine können in entsprechender Weise ausgestaltet sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1
das Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Frankier-systems;
Figur 2
ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren frankiertes Postgut;
Figur 3
das zum Eröffnen eines Postgebührenkontos abgearbeitete Protokoll;
Figur 4
das zum Herunterladen einer Postgebühreneinheit abgearbeitete Protokoll;
Figur 5
das zur Erzeugung eines Datenstempels abgearbeitete Protokoll;
Figur 6
das zur Detektion der doppelten Verwendung einer Postgebühreneinheit abgearbeitete Protokoll.
Figur 7
zeigt einen beispielhaften Abdruck (eines Datenstempels bzw. einer elektronischen Münze) mit einer Datenmatrix von 40 x 40 Elementen
Das in Figur 1 gezeigte Frankier- und Postbeförderungssystem weist einen Postdienst 1, eine Frankiermaschine 2 und einen Postbeförderungsdienst 3 auf. Der Postdienst 1 weist im wesentlichen eine Postgebühreneinrichtung 11 zum Ausgeben und Abrechnen von Postgebühreneinheiten und eine Prüfeinrichtung 13 zur Prüfung und Entwertung von Frankierungen auf. Die Postgebühreneinrichtung 11, die nicht zwingend in einem Postamt angeordnet sein muss, sondern beispielsweise auch durch eine dritte Partei oder im Internet lokalisiert sein kann, stellt Postgebühreneinheiten zur Frankierung von Postgütern zur Verfügung, die von dem Benutzer einer Frankiermaschine jederzeit erworben oder elektronisch heruntergeladen werden können. Mittels einer Einrichtung 12 werden die Postgebühreneinheiten (d.h. elektronische Münzen) bei der Ausgabe erzeugt, die Abrechnung und Buchführung erfolgt mittels einer Buchführungseinrichtung 15.
Die Frankiermaschine 2 weist eine Zentraleinheit 21 und eine Druckeinheit 22 auf, welche in einem offenen Frankiersystem durch einen Standard-PC und einen Standard-Drucker realisiert sein können. Die Zentraleinheit 21 umfasst ein Gebührenmodul 23, das die Postgebühreneinheiten von dem Postdienst 1 herunterlädt, speichert und bei einer Frankierung intern abrechnet. Die Speicherung von Postgebühren kann dabei beispielsweise auf der Festplatte des PCs, auf einer Chip-Karte oder auf einem anderen Speichermedium erfolgen. Die Abrechnung von Postgebühren mit dem Postdienst erfolgt in der Regel beim Herunterladen von Postgebühren vom Postdienst 1, während die interne Abrechnung beim Ausdrucken einer Frankierung erfolgt. Die Abrechnung mit dem Postdienst kann dabei mittels eines eigens eingerichteten Abrechnungskontos, mittels Kreditkarte, durch elektronische Zahlung oder durch Barzahlung erfolgen. Um Daten für die Erzeugung des Datenstempels bei der Frankierung eines Postguts gegen Manipulation zu schützen, ist weiter ein kryptographisches Modul 24 vorgesehen. Zur Drucksteuerung ist schließlich ein Drucksteuermodul 25 vorgesehen, welches die Druckeinrichtung 22 steuert. Der Gebührenstempel und der Datenstempel können entweder direkt auf das Postgut oder ein auf das Postgut aufzuklebendes Etikett gedruckt werden. Das frankierte Postgut wird anschließend von einem Postbeförderungsdienst 3 befördert, wobei es entweder dort oder in dem Postdienst 1, zum Beispiel in einer Postsammelstelle, eine Prüfeinrichtung 13 durchläuft, wo die Frankierung geprüft und entwertet wird. Dazu weist die Prüfeinrichtung 13 eine Speichereinrichtung 14 auf, in der insbesondere benutzte Datenstempel gespeichert sind, mit denen ein zu prüfender Datenstempel verglichen wird. Zwischen der Postgebühreneinrichtung 11 und der Prüfeinrichtung 13 kann auch eine Verbindung bestehen, um beispielsweise über benutzte und entwertete Postgebühreneinheiten Buch zu führen und sicherzustellen, dass die Prüfeinrichtung 13 die Codierung von Postgebühreneinheiten kennt, die sich in regelmäßigen Zeitabständen ändern kann.
Die Frankierung, die im vorliegenden Fall wenigstens einen Gebührenstempel und einen Datenstempel aufweist und im allgemeinen als "Indizium" bezeichnet wird, sollte wenigstens die frankierte Postgebühr und eine elektronische Unterschrift zur Autorisierung dieser Postgebühr aufweisen. Zusätzlich können weitere Daten vorgesehen sein um spezielle Funktionen des Postbeförderungssystems zu unterstützen. Beispielsweise kann in maschinenlesbarer Form die Zustelladresse enthalten sein um automatische Postsortierung zu ermöglichen. Aus Anonymitätsgründen kann die Identität des Absenders dabei auch weggelassen werden. Der maschinenlesbare Teil der Frankierung kann beispielsweise in Form eines zweidimensionalen Barcodes aufgedruckt sein. Wenn sich eine Frankierung als gültig und ausreichend herausstellt, wird das Postgut an den entsprechenden Empfänger geliefert.
Ein solches Frankier- und Postbeförderungssystem muss soweit wie möglich gegen Betrug geschützt sein; Gebührenkonten von Benutzem müssen gesichert sein gegen unberechtigten Zugriff; Datenschutz und Anonymität muss in gewissen Grenzen gewahrt sein, und andere Sicherheitsanforderungen müssen berücksichtigt werden, die im folgenden näher erläutert werden sollen.
  • a) Zu jedem Zeitpunkt soll das Postbeförderungssystem nur soviel Post befördern, wie durch entrichtete Gebühren abgedeckt ist. Als Unterkriterium soll die doppelte Verwendung von Postgebühren verhindert werden: Nachdem ein Benutzer Postgebühren im Wert von x heruntergeladen hat, soll er maximal Gebührenstempel ausdrucken können, deren Gesamtwert den Wert x nicht überschreitet. In offenen Frankiersystemen ist in der Regel die Empfängeradresse und eine Zeitmarkierung bereits in dem Datenstempel enthalten, so dass dadurch eine erneute Benutzung einer bereits benutzten Frankierung auch ohne weitere kryptografische Schutzmaßnahmen weitgehend ausgeschlossen ist. In geschlossenen Frankiersystemen, in denen der Frankiervorgang getrennt ist von dem Adressierungsvorgang, so dass die Empfängeradresse in der Regel nicht in dem Datenstempel enthalten ist, können Kopien von Frankierungen jedoch dadurch detektiert werden, dass wie bei dem erfindungsgemäßen System Frankierungen, d.h. der Datenstempel einer Frankierung, mit bereits benutzten und in einer Datenbank gespeicherten Frankierungen verglichen und überprüft wird. Wenn dabei ein Datenstempel ein zweites Mal detektiert wird, so kann das damit frankierte Postgut entweder mit einem Strafporto belegt an den Absender zurückgesandt oder von der Postbeförderung ausgeschlossen werden. Als weitere Schutzmaßnahme gegen Kopien von Frankierungen kann die Verwendung von roter fluoreszierender Tinte für den Gebühren- und/oder Datenstempel vorgesehen sein, die nur schwer mit herkömmlichen Kopierern zu reproduzieren ist. Um einen Benutzer zu identifizieren, der eine Postgebühreneinheit mehrfach zur Frankierung in illegaler Weise benutzt, kann beispielsweise weiter vorgesehen sein, dass der Datenstempel Daten über diesen Benutzer in in nicht manipulierbarer Form enthält, zum Beispiel die Nummer seines Postgebührenkontos oder einen speziellen Benutzercode.
  • b) Sofern es möglich ist, anhand des Datenstempels einen Benutzer zu ermitteln, der illegalerweise Frankierungen und/oder Postgebühreneinheiten mehrfach verwendet, müssen Schutzmaßnahmen getroffen werden, dass nicht irrtümlicherweise ein sich korrekt verhaltender Benutzer eines solchen Fehlverhaltens bezichtigt werden kann.
  • c) Frankierungen sollten nicht erkennen lassen, ob sie vom selben Benutzer her stammen, außer wenn der Absender/Benutzer dies wünscht. Außerdem sollte sich aus der Frankierung auch nicht die Absenderidentität ergeben, um die anonyme Absendung von Postgütern zu ermöglichen. So soll auch eine Verknüpfung von Datenstempeln durch Vergleich der Benutzer verhindert werden.
    • Zusätzlich zu den beschriebenen Sicherheitsanforderungen sollte ein Frankiersystem auch ausreichend Bedienungskomfort anbieten. Nach dem Herunterladen von Postgebühren im Werte von x, sollte der Benutzer die Möglichkeit haben, jeden beliebigen Gebührenwert (maximal x) zu erzeugen. Außerdem sollten der Vorgang des Erwerbs von Postgebühreneinheiten und der Erzeugung von Frankierungen voneinander unabhängig sein, so dass nicht wie bei bekannten Systemen zur Erzeugung einer Frankierung erst eine Online-Verbindung zu einer Postgebühreneinrichtung hergestellt werden muss, um eine Postgebühr herunterzuladen, welche unmittelbar in eine Frankierung umgewandelt wird. Die Frankierung sollte also auch offline und ohne Einschaltung einer dritten, die Frankierung und die Abrechnung der Postgebühr überwachenden Einrichtung möglich sein.
    Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem gezeigten erfindungsgemäßen System können die beschriebenen Sicherheitserfordemisse und der beschriebene Bedienkomfort erreicht werden. Durch die individuelle Gestaltung der Datenstempel derart, dass beispielsweise jeden Tag ein anderer Typ von Datenstempeln erforderlich ist für jeden Adressaten, kann die doppelte Verwendung von Frankierungen weitgehend ausgeschlossen werden. Ein Betrüger, der ein Postgut an einen bestimmten Empfänger gesandt hat, könnte die dazu benutzte Frankierung ein zweites Mal nur für eine zweite Sendung am selben Tage benutzen. Da weiter vorgesehen ist, dass in der Prüfeinrichtung die Datenstempel mit den in der Datenbank gespeicherten bereits benutzten und in Datenstempeln verglichen werden, können zum zweiten Mal benutzte Frankierungen mit hoher Sicherheit detektiert werden. Wenn die Erzeugung des Datenstempels derart ausgestaltet ist, dass Informationen über die Identität des Benutzers enthalten sind, kann dieser im Falle eines Betrugs auch ermittelt werden. Da in dem Datenstempel auch ein Code enthalten ist, aus dem sich auf die verwendete Postgebühreneinheiten zur Erzeugung der Frankierung schließen lässt, kann bei dieser Überprüfung auch festgestellt werden, ob die entsprechende Postgebühreneinheiten bereits früher zur Erzeugung einer Frankierung benutzt und deshalb verbraucht ist. Da die Postgebühreneinheiten auch jederzeit und unabhängig vom Zeitpunkt einer vorzunehmenden Frankierung erworben und heruntergeladen werden können und sich sowohl in kleinere Untereinheiten unterteilen als auch zu größeren Einheiten kombinieren lassen, ist auch der geforderte Bedienungskomfort erreicht.
    In Figur 2 ist ein Postgut 8, im Beispiel ein Briefumschlag, mit einer erfindungsgemäßen Frankierung und Adressierung gezeigt. Diese weist ein Adressfeld 81 für die Adressierung, ein optionales Absenderfeld 82 für die Absenderadresse, einen Gebührenstempel 83, einen Datenstempel 84 und ein Etikett 85 auf. Das Etikett 85 ist optional und dient quasi als Fingerabdruck für das Postgut, wozu auf dem Etikett enthaltene Etikettdaten in dem Datenstempel 84 in nicht manipulierbarer Form ebenfalls enthalten sind. Dadurch soll verhindert werden, dass der Gebührenstempel 83 und der Datenstempel 84 ausgeschnitten oder kopiert und auf ein weiteres Postgut geklebt und illegal wiederverwendet werden. Dazu müsste zusammen mit dem Datenstempel 84 auch das Etikett 85 wiederverwendet werden, das beispielsweise so gestaltet sein kann, dass es bei seiner Ablösung zerstört wird und/oder sich nicht kopieren lässt, wie beispielsweise Hologramme, Wasserzeichen, Reliefdrucke u.s.w. Im übrigen kann der Datenstempel 84 so ausgestaltet sein, dass er maschinenlesbar ist, die Adresse des Adressaten enthalten ist und zur maschinellen Sortierung des Postgutes verwendet werden kann. In diesem Fall könnte die Frankierung also auch nur für ein an denselben Adressaten gerichtetes Postgut verwendet werden. Die Anordnung, Größe und Ausgestaltung der einzelnen Felder 81 bis 85 kann natürlich auch anders als gezeigt erfolgen.
    In den Figuren 3 bis 6 sind zur Erläuterung einzelner Vorgänge Protokolle mit einzelnen Protokollschritten dargestellt. Zum Verständnis dieser Protokolle, die im wesentlichen auf der Schwierigkeit der Berechnung von diskreten Logarithmen beruhen, sollen zunächst einige der verwendeten Bezeichnungen und Definitionen erläutert werden. Die Bezeichnungsweise ist ähnlich der in der US 5,521,980 verwendeten Bezeichnungsweise, in der ein elektronisches Zahlungssystem beschrieben ist und auf die hinsichtlich weiterer Erläuterungen der Bezeichnungsweise und weiterer Definitionen hiermit ausdrücklich verwiesen sei.
    Es sollen bezeichnen: Z die Menge der ganzen Zahlen, q eine Primzahl, G eine Familie endlicher, multiplikativer Abel'scher Gruppen Gq der Ordnung q. Weiter seien fuer eine gegebene Gruppe G q Potenzen g x mit (g ∈ Gq und x ∈ Z) definiert durch wiederholte Multiplikation in Gq. Für einen gegebenen Generator g der Gruppe Gq und ein Element z ∈ G q heisst die kleinste nicht-negative ganze Zahl x, sofern sie z = g x erfüllt, diskreter Logarithmus von z bezüglich g. Seien allgemeiner I Generatoren g 1,...,gI ∈ Gq gegeben, dann heisst ein Tupel (x1,...,xI), das z = Π ' / i = 1g xi / i erfüllt, eine diskrete Repräsentation von z bezüglich g 1,...gI .
    Im folgenden werden Familien von Gruppen Gq benutzt, die effiziente Algorithmen haben zum Multiplizieren von Gruppenelementen, gleichverteilt zufälligen Wählen von Gruppenelementen, und Testen zweier Gruppenelemente auf Gleichheit. Ausserdem sei das Berechnen diskreter Logarithmen schwer, d.h. nicht in polynomialer Zeit in der Bitlänge von q möglich. Obwohl bisher die letzte Eigenschaft für keine Familie von Gruppen bewiesen worden ist, gibt es Kandidaten, denen man diese Eigenschaften nach intensiver Erforschung über mehrere Jahrzehnte zuschreibt. Man nennt dies die diskrete Logarithmusannahme oder diskrete Repräsentationsannahme. Beide sind äquivalent.
    Ein Kandidat sind große zyklische Untergruppen der multiplikativen Gruppen Zp endlicher Körper von Residuen modulo einer großen Primzahl p. Groß heisst hier dass p mindestens 1024 bit lang ist. Andere (allerdings weniger lang untersuchte) Kandidaten sind Familien bestimmter elliptischer Kurven, genauer große Untergruppen elliptischer Kurven. Die elliptischen Kurven sollten nicht super-singulär und von niedrigem Geschlecht sein. Konkrete Empfehlungen gibt es z.B. vom National Institute of Standards and Technology (NIST) [NIST99] (http://csrc.nist.gov/encryption). Gegenwärtiger Stand der Forschung ist, dass das Berechnen diskreter Logarithmen in den erstgenannten Kandidaten bei einer Modullänge von 1024 bit etwa so schwer ist wie das Berechnen diskreter Logarithmen in den letztgenannten Kandidaten bei einer Kurvenordnung von etwa 160 bit. Im folgenden wird die multiplikative Notation von Gq verwendet. Diese Notation kann leicht in die bei elliptischen Kurven übliche additive Notation übersetzt werden, indem Multiplikationen in Gq durch Addition und Potenzen in Gq durch skalare Vielfache von Punkten einer Kurve ersetzt werden.
    Die in den Figuren 3 bis 6 gezeigten Protokolle sind in der für Algorithmen üblichen Schreibweise abgefasst: Durch eine Deklaration und eine Definition. Eine Protokolldeklaration, die jeweils in der ersten Zeile der Figur aufgeführt ist, besteht aus den formalen Ausgabeparametern, gefolgt von einem Zuweisungspfeil, gefolgt von dem Protokollnamen und den formalen Eingabeparametern in Klammem. Um die Lesbarkeit zu verbessern, sind alle Eingabe- und Ausgabeparameter eines Teilnehmers in eckigen Klammem eingeschlossen, wobei an die Klammer in Hochstellung die Abkürzung des Teilnehmers (S für Benutzer, P für Postgebühreneinrichtung) angefügt ist. Formale Eingabeparameter können von einem Protokollteilnehmer allein oder von allen Protokollteilnehmer gemeinsam genommen werden. Erstere heissen private Eingaben, letztere heissen gemeinsame Eingaben. Eine Protokolldefinition erfolgt in Matrixschreibweise, wobei die Handlungen jedes Teilnehmers in Spalten untereinander geschrieben sind und jede Spalte mit dem Teilnehmernamen überschrieben ist. Nacheinander folgende Handlungen eines Teilnehmers können zu Blöcken zusammengefasst werden.
    Protokollhandlungen werden in der üblichen mathematischen Schreibweise mit einigen speziellen Symbolen geschrieben. Die gleichverteilt zufällige Wahl eines Elements aus einer Menge A und die Zuweisung dieses Elementes an eine Variable a wird durch a ER A bezeichnet. Die Auswertung eines Ausdrucks E und anschliessende Zuweisung des Ergebnisses an a wird mit a ← E bezeichnet. H bezeichnet eine Pseudo-Zufalls-Hash-Funktion, die nach Eingabe einer beliebigen binären Zeichenfolge einen Wert aus Zq zurückgibt. Es sei erlaubt eine H mit einer beliebigen Anzahl Argument zu schreiben. In diesem Fall sei der Input an H die Verkettung der binären Repräsentierungen aller Argumente. Arithmetische Operationen sind entweder in Gq, d.h. Multiplikation mod p, oder in Zq, d.h. Addition und Multiplikation mod q, geschrieben. Im folgenden sind Multiplikation und Potentzierung Gq die häufigsten Operationen. Diese Operation wird ohne den Zusatz "mod p" geschrieben. Die Addition und Multiplikation in Zq erhält jeweils den Zusatz "mod q", so dass in jedem Fall klar ist, welche Operation gemeint ist. Schickt ein Teilnehmer eines Protokolls den Wert seiner Variablen a an einen anderen Teilnehmer, so zeigt ein mit a bezeichneter Pfeil a / von der Spalte des sendenden zur Spalte des empfangenden Teilnehmers (siehe Fig. 3 und 4). Aufrufe von Protokollen oder Algorithmen sind in der üblichen Schreibweise bezeichnet. Der Ausdruck "fahre fort wenn P" ("proceed iff P") mit P als Boolschem Prädikat bedeutet, dass die Protokollausführung nur dann weitergeht, falls und nur falls P gültig ist. Anderenfalls wird das Protokoll beendet und die Teilnehmer geben eine entsprechende Fehlermeldung aus.
    In den folgenden Protokollen bezeichnen p eine große Primzahl, q einen großen Teiler von p -1 und Gq die eindeutige Untergruppe der multiplikativen Gruppe des Körpers Zp, die die Ordnung q hat. Weiter seien g1,g2,G, G0 vier Generatoren von Gq, die unabhängig voneinander und gleichverteilt zufällig beim Systemstart gewählt werden. Die Postgebühreneinrichtung P wählt einen privaten Schlüssel x E Zq gleichverteilt zufällig und berechnet den korrespondierenden öffentlichen Schlüssel y = gx modp. Digitale Münzen (auch "piece of postage" (PoP)) sind Tupel (A,B,σ), wobei A,B E Gq und σ = (z,a,b,r) eine digitale Signatur aus dem Bereich G0 × G 2 / 0 × G 2 / 0 × Zq. Eine digitale Münze ist gültig bezüglich einem öffentlichen Schlüssel y, wenn sie folgende Gleichung erfüllt:
    Figure 00140001
    Indizia bzw. Datenstempel sind in ihrer digitalen Form Tupel A,B,(z,a,b,r)s,rcpt,d/t), wobei der erste Teil (A,B,(z,a,b,r)) eine digitale Münze ist, und der zweite Teil (s,rcpt,d/t) die Leistung spezifizieren, die mit diesem Indizium bezahlt werden kann. Dabei sind s ∈ 3 / qq ein Hilfswert, der die Deanonymisierung des Benutzers im Betrugsfall ermöglicht, rcpt der Empfänger und d/t das Erstelldatum und die Erstellzeit des Indiziums. Weitere Daten über die Herkunft des Indiziums können hinzugefügt werden. Ein Datenstempel ist gültig, wenn die folgende Gleichung erfüllt ist:
    Figure 00140002
    In Figur 3 ist ein Teil des bei der Eröffnung eines Postgebührenkontos ablaufenden Protokolls gezeigt. Bevor ein Benutzer S ein Postgebührenkonto eröffnen kann, muss er gleichverteilt zufällig eine private digitale Identität (u1u2) ∈ Z *2 / q wählen und seine zugehörige öffentliche digitale Identität I = g u 1 / 1 g u 2 / 2 mod p. Anschließend identifiziert er sich gegenüber der Postgebühreneinrichtung P, zum Beispiel mittels eines Ausweises, und eröffnet sein elektronisches Postgebührenkonto. Als Kontonummer verwendet er seine öffentliche digitale Identität /. Als Nachweis, dass / seine rechtmäßige öffentliche Identität ist, beweist er, eine diskrete Repräsentation von I bezüglich der Generatoren g1, g2 (nämlich seine private digitale Identität (u1,u2)) zu kennen, ohne diese diskrete Repräsentation der Postgebühreneinrichtung zu zeigen. Dies geschieht in den Blöcken 41 bis 44 auf interaktive Weise zwischen dem Benutzer S und der Postgebühreneinrichtung P. Wenn die Postgebühreneinrichtung die Identifizierung akzeptiert und das Protokoll erfolgreich durchlaufen wird (acc = wahr (True)), so wird im Namen des Benutzers S ein
    neues Postgebührenkonto mit Nummer I eröffnet.
    In Figur 4 ist ein Protokoll gezeigt, das zum Herunterladen von digitalen Münzen durchlaufen wird. Gemeinsame Eingabe ist die Kontonummer I und der öffentliche Schlüssel y der Postgebühreneinrichtung. Private Eingabe der Postgebühreneinrichtung P ist ihr privater Schlüssel x. Private Eingabe des Benutzers S ist seine private digitale Identität (u1,u2). Zunächst beweist der Benutzer, daß er eine diskrete Repräsentation von I besitzt (Block 51). Das Protokoll ist in Fig. 3 gezeigt. Die Postgebühreneinrichtung und der Benutzer nehmen die gemeinsame Eingabe I und der Benutzer nimmt als private Eingabe seine private digitale Identität (u1,u2). Nun wählt der Benutzer gleichverteilt zufällig zwei Werte w1,w2 E Zq und berechnet a ←g w 1 / 1 g w 2 / 2. Dieser Wert a wird an die Postgebühreneinrichtung geschickt, die daraufhin gleichverteilt zufällig einen Wert c wählt und ihn dem Benutzer schickt. Hierauf antwortet der Benutzer mit dem Wertepaar (r 1,r 2) = (cu 1 + w 1 mod q,cu 2 + w2 mod q). Falls das vom Benutzer zurückgegebene Wertepaar die Gleichung g r 1 / 1 g r 2 / 2= hca erfüllt, so akzeptiert die Postgebühreneinrichtung / als öffentliche digitale Identität des Benutzers und damit als Kontonummer. Als nächstes wählt der Benutzer gleichverteilt zufällig die Werte u, v gemäß Block 52. Gleichzeitig wählt die Postgebühreneinrichtung einen Wert t und berechnet anschließend die Komponenten z,a,b gemäß Block 53. Die Postgebühreneinrichtung schickt z, a, b an den Benutzer. Dieser wählt daraufhin gleichverteilt zufällig weitere Werte ω ∈ Z * / qund α = (α1,α2,α3) ∈Z 3 / q.Sodann berechnet er sukzessiv die Werte I',z', A',B', a',b', c',c gemäß Block 54. Als nächstes schickt er den Wert c an den die Postgebühreneinrichtung, die mit einem Wert r gemäß Block 55 antwortet. Schliesslich berechnet der Benutzer den Wert r' und akzeptiert die erhaltene digitale Münze (A',B', (z',a',b',r')), wenn sie gültig ist (siehe Gleichung (1) oben) bezüglich dem öffentlichen Schlüssel y der Postgebühreneinrichtung (siehe Block 56). Außerdem speichert sich der Benutzer die diskreten Repräsentationen α,β von A und B für die erhaltene digitalen Münze.
    Wenn der Benutzer ein Postgut frankieren will, wählt er eine geeignete digitale Münze (A,B,(z,a,b,r)) aus und berechnet das entsprechende Indizium. In diese Berechnung gehen der Empfänger rcpt des Postguts, das Datum und die Zeit der Erstellung d/t des Indiziums und ggf. weitere relevante Daten ein. Zusätzlich zur Postgebühreneinheit muss der Benutzer auch die entsprechenden diskreten Repräsentationen α,β von A bzw. B eingeben. Figur 5 zeigt die Berechnungen, die der Benutzer durchführt (Block 61).
    Wenn ein so frankiertes Postgut zur Prüfeinrichtung gelangt, kann das Indizium gemäß der obigen Gleichung (2) verifiziert werden. Es liegt im Ermessen der Prüfeinrichtung welche Quote durchlaufender Postgüter überprüft wird. Wenn ein Benutzer eine erhaltene digitale Münze dazu benutzt, mehr als ein Indizium und damit mehr als eine Frankierung zu erzeugen, obwohl die digitale Münze nur zur Frankierung eines einzigen Stückes Postgut ausgestaltet ist, dann kann die Prüfeinrichtung diese doppelte Benutzung daran erkennen, daß die Komponenten A,B in einem früher geprüften Indizium benutzt worden sind. In diesem Fall seien die beiden Indizia mit c 1, c 2 bezeichnet und die entsprechenden s-Komponenten als s 1 = (s 11,s 12,s 13) und s 2 = (s 21,s 22,s 23). Nun kann die Prüfeinrichtung die private digitale Identität (u1, u2) des betrügerischen Benutzers mit den in Block 71 der Figur 6 gezeigten Rechenschritten ermitteln und daraus die Kontonummer I =g u 1 / 1 g u2 / 2 modp des betrügerischen Benutzers.
    Bei dem erfindungsgemäßen Frankierverfahren und dem erfindungsgemäßen Frankiersystem ist keine zusätzliche Hardware für eine Sicherheitseinrichtung zur Sicherung und Abrechnung von Postgebühren erforderlich, sondern die Realisierung ist mittels eines herkömmlichen Computers und Druckers möglich. Dadurch kann ein solches System deutlich kostengünstiger realisiert werden, weshalb die Anwendung auch für einen größeren Massenmarkt interessant ist. Gleichzeitig werden aber hohe Sicherheitsanforderungen erfüllt. Es ist weiter möglich, die wesentlichen Verfahrensschritte durch reine Software zu realisieren, die mit einfachen Mitteln ausgetauscht und verbessert werden kann. Es ist auch nicht erforderlich, dass jeder Benutzer sein individuelles Schlüsselpaar z.B. für ein digitales Signatursystem besitzt. Die Benutzer und die Prüfeinrichtung müssen lediglich den öffentlichen Schlüssel des Postdienstes bzw. der Postgebühreneinrichtung kennen. Dieser kann beispielsweise auf einer Intemetseite des Postdienstes veröffentlicht sein und die zugehörigen öffentlichen Zertifikate können in einen Standard-Webbrowser integriert sein. Im Gegensatz dazu besitzt bei den bekannten Lösungen jeder Benutzer seinen eigenen individuellen Unterschriftenschlüssel, was im Gegenzug erfordert, dass der Postdienst entweder die entsprechenden Verifizierungsschlüssel verwalten und speichern muss oder dass jeder Datenstempel den entsprechenden Verifizierungsschlüssel und das Verifizierungszertifikat enthalten muss. Wenn es bei den bekannten Lösungen einem Betrüger gelingt, den Unterschriftenschlüssel einer Sicherheitseinrichtung eines Benutzers zu brechen, kann er ohne Risiko der Entdeckung in beliebiger Weise Frankierungen erzeugen. Im Gegensatz zu diesem Hardwareschutz bei den bekannten Lösungen, die den Aufbruch der Sicherheitseinrichtung verhindern sollen, wird bei der erfindungsgemäßen Lösung ein Schutz mit kryptografischen Mitteln gewährleistet. Außerdem lassen sich bei der erfindungsgemäßen Lösung weitere Sicherheitsanforderungen und Ansprüche an den Bedienkomfort einfacher und kostengünstiger realisieren.
    Figur 7 zeigt einen Testabdruck eines Datenstempels mit einer Datenmatrix von 40 x 40 Elementen, also der kleinsten Datenmenge, der in Tabelle 1 genannten Optionen. Der abgedruckte Datenstempel ist maschinenlesbar und enthält die elektronische Münze, deren Wert sowie deren Verfallsdatum wie auch weitere Angaben, die die Frankierung individualisieren. Die Datenmatrix 100 kann selbstverständlich auch aus einer anderen Elementenzahl von mx x n Elementen gebildet werden. Links neben der bedruckten Datenmatrix 100 ist ein üblicher Werbeaufdruck wiedergegeben.
    Vorstehend wurde ein Verfahren zum maschinellen Frankieren von Postgut und zur Überprüfung der Frankierung beschrieben. Das erfindungsgemäße Konzept lässt sich jedoch überall im elektronischen Handel (e-commerce, IE-cash-Systeme) einsetzen, beispielsweise ist es ohne weiteres möglich, dass mittels der Erfindung in dezentralen und offenen Systemen auch Dienstleistungen wie beispielsweise die Ausgabe von Karten und Tickets (Theaterkarten, Fahrkarten etc.) abgewickelt werden. Wird beispielsweise eine Fahrkarte von dem Fahrkartennutzer selbst erzeugt, so enthält der Fahrkartenabdruck alle Daten der Fahrkarten-individuellen elektronischen Münze. Da jede Fahrkarte individualisiert ist, ist eine mehrfache Verwendung der Fahrkarte ausgeschlossen.

    Claims (19)

    1. Verfahren zum maschinellen Frankieren von Postgut (8) und zur Prüfung der Frankierung, wobei Postgebühren in elektronischer Form als elektronische Münzen gespeichert und abgerechnet werden und wobei auf das Postgut (8) ein maschinenlesbarer, die elektronische Münze enthaltener Datenstempel aufgebracht wird, wobei für jedes Stück Postgut eine individuelle, von denen für andere Stücke Postgut erzeugten elektronischen Münzen unterscheidbare elektronische Münze erzeugt wird und anhand des die elektronische Münze enthaltenen Datenstempels (84) eine Prüfung auf mehrfache Verwendung von elektronischen Münzen und/oder Datenstempeln erfolgt.
    2. Verfahren nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfung durch Vergleich der zu prüfenden elektronischen Münze (84) mit einer in einer Datenbank (14) gespeicherten benutzten elektronischen Münze erfolgt.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
      dadurch gekennzeichnet, dass jeder Datenstempel (8) bzw. die in ihr enthaltene elektronische Münze ein (individuelles) Verfallsdatum enthält.
    4. Verfahren nach Anspruch 3,
      dadurch gekennzeichnet, dass in der Datenbank (14) nur die bis zu einem maximalen Verfallsdatum gültigen, bereits benutzten elektronischen Münzen gespeichert werden.
    5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Postgebühren, die eine elektronische Münze repräsentieren, als Postgebühreneinheiten gespeichert werden, wobei jede Postgebühreneinheit eine postgutindividuelle Codierung aufweist und dass die Codierung derart bei der Erzeugung der elektronischen Münze für ein Postgut (8) verwendet wird, das anhand des Datenstempels (84) überprüfbar ist, ob eine Postgebühreneinheit bzw. elektronische Münze bereits zur Frankierung eines Postguts verwendet worden ist.
    6. Verfahren nach Anspruch 5,
      dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Postgebühreneinheiten zur Frankierung eines Postguts (8) kombinierbar sind und/oder eine Postgebühreneinheit aus mehreren elektronischen Münzen bestehen kann.
    7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Münze nur ganz bestimmte Daten authentisiert.
    8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Postgebühreneinheiten in mehreren Untereinheiten unterteilt sind und dass die Untereinheiten zur Frankierung unterschiedlicher Stücke Postgut verwendbar sind.
    9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung der Postgebühreneinheiten bei deren Erwerb von einer Postgebühreneinrichtung mittels eines nur ihrbekannten (geheimen) Schlüssels erfolgt.
    10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet, dass in dem Datenstempel (84) bzw. in der generierten elektronischen Münze dessen bzw. deren Erstelldatum und Erstellzeit, die frankierte Postgebühr und/oder der Adressat des Postguts (8) (in nicht manipulierbarer) Form enthalten sind.
    11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet, dass in dem Datenstempel (84) bzw. der generierten elektronischen Münze das Postgut (8) charakterisierende Postgutdaten, insbesondere physikalische Eigenschaften des Postguts charakterisierende Postgutdaten, enthalten sind.
    12. Verfahren nach Anspruch 11,
      dadurch gekennzeichnet, dass als Postgutdaten die Art und/oder Oberflächenstruktur des Verpackungsmateriales des Postguts einmalig charakterisierende und/oder auf einem zusätzlich auf dem Postgut aufgebrachten Etikett (85) befindliche Etikettdaten verwendet werden.
    13. Verfahren zum maschinellen Frankieren von Postgut (8),
      wobei Postgebühren als elektronische Münze in elektronischer Form gespeichert und abgerechnet werden und wobei auf das Postgut (8) ein maschinenlesbarer die elektronische Münze enthaltener Datenstempel (84) aufgebracht wird, wobei für das Stück Postgut (8) ein individueller, von den für andere Stücke Postgut erzeugte elektronische Münze unterscheidbare elektronische Münze (84) erzeugt und auf das Postgut (8) aufgebracht wird, und zwar in der Art, dass anhand des die elektronische Münze enthaltenen Datenstempels (84) eine Prüfung auf mehrfache Verwendung von elektronischen Münzen und/oder Datenstempeln möglich ist.
    14. System zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
      mit eine Frankiermaschine (2) zum maschinellen Frankieren von Postgut (8), umfassend eine Druckeinheit (22) zum Aufbringen eines maschinenlesbaren, unter Umständen verschlüsselten, Datenstempels (84) auf das Postgut (8) und eine Zentraleinheit (21) mit einem Gebührenmodul (23) zum Laden, Speichern und Abrechnen von Postgebühren, mit einem Drucksteuermodul (25) zum Steuern der Druckeinheit (22), und
      mit einer Postgebühreneinrichtung (11) zum Ausgeben von Postgebühreneinheiten und
      mit einer Prüfeinrichtung (13) zum Prüfen des Datenstempels, wobei ein kryptographisches Modul zum Verschlüsseln von Daten für den Datenstempel vorgesehen ist, welches derart ausgestaltet ist, dass für jedes Stück Postgut (8) ein individueller, von den für andere Stücke Postgut unterscheidbarer Datenstempel (84) erzeugt wird, und dass die Prüfeinrichtung ausgestaltet ist zur Überprüfung auf mehrfache Verwendung von Postgebühren und/oder Datenstempeln anhand des Datenstempels (84).
    15. System nach Anspruch 14,
      dadurch gekennzeichnet, dass der Datenstempel (84) die Informationen einer elektronischen Münze enthält und die elektronische Münze für jede Frankierung individualisiert ist, so dass sich die elektronischen Münzen jeder Frankierung voneinander auch dann unterscheiden, wenn der gleiche Gebührenwert auf das Postgut aufgedruckt ist.
    16. System nach Anspruch 14 oder 15,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfeinrichtung (13) eine Speichereinrichtung (14) aufweist zum Speichern benutzter Datenstempel bzw. benutzter elektronischer Münzen.
    17. System nach Anspruch 16,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Postgebühreneinrichtung (11) eine Verschlüsselungseinrichtung (12) (Kryptografieeinrichtung) zum Verschlüsseln (Kryptografieren) von Postgebühreneinheiten aufweist.
    18. Frankiermaschine (2) zum maschinellen Frankieren von Postgut (8), umfassend eine Druckeinheit (22) zum Aufbringen eines maschinenlesbaren, eine elektronische Münze enthaltenen Datenstempels auf das Postgut (8) eine Zentraleinheit (21) mit einem Gebührenmodul (23) zum Laden, Speichern und Abrechnen von Postgebühren, mit einem Drucksteuermodul (25) zum Steuern der Druckeinheit (22), wobei auf jedes Stück Postgut (8) ein individueller, von den für andere Stücke Postgut erzeugte Datenstempel unterscheidbarer Datenstempel (84) derart erzeugt wird, dass anhand des Datenstempels (84) eine Überprüfung auf mehrfache Verwendung von Postgebühren und/oder Datenstempeln und/oder elektronischer Münzen möglich ist.
    19. Frankiermaschine nach Anspruch 18,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Frankiermaschine im Wesentlichen durch einen konventionellen Computer mit einem konventionellen Drucker realisiert ist.
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