EP1246135A2 - Verfahren zur Aufzeichnung eines Verbrauchswertes und Verbrauchszähler mit einem Messwert - Google Patents
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Abstract
Description
Unter dem Titel: "Methode and arrangement for generating and checking a security imprint" wurde bereits in der US 5.953.426 ein spezielles Secret Key Verfahren vorgeschlagen. Der geheime Schlüssel (Secret Key) wird in einer sicheren Datenbank an der Verifizierungsstelle, typischerweise bei der Postbehörde, aufgehoben und damit geheim gehalten. Aus den Daten einer zu übermittelnden Botschaft wird ein Data Authentication Code (DAC) gebildet, der in eine Markierungssymbolreihe umgesetzt wird, welche dann als sogenannte digitale Unterschrift zur Authentifikationsprüfung der Botschaft verwendet werden kann. Dabei wird der auch aus der US 3,962,539 bekannte Data Encryption Standard (DES)-Algorithmus angewendet. Letzterer ist der bekannteste symmetrische Kryptoalgorithmus. Mit einem symmetrischen Kryptoalgorithmus lassen sich bei Daten des o.g. DAC oder bei Mitteilungen ein Message Authentifications Code (MAC) erzeugen, wobei solche Code zur Authentifikationsprüfung verwendet werden. Beim symmetrischen Kryptoalgorithmus steht dem Vorteil eines relativ kurzen MAC's der Nachteil eines einzigen geheimen Schlüssel gegenüber.
Es wurde schon ein Digital Signatur Standard (DSS) entwickelt, der eine kürzere digitale Unterschrift liefert und zu dem der Digital Signatur Algorithm (DSA) nach US 5,231,668 gehört. Diese Entwicklung erfolgte ausgehend von der Identifikation und Signatur gemäß dem Schnorr-Patent US 4,995,085 und ausgehend vom Schlüsseltausch nach Diffie-Hellman US 4,200,770 bzw. vom ElGamal-Verfahren (El Gamal, Taher, "A Public Key Cryptosystem and a Signatur Scheme Based on Diskrete Logarithms", 1III Transactions and Information Theory, vol. IT-31, No. 4, Jul.1985). Beim asymmetrischen Kryptoalgorithmus steht dem Vorteil des Verwendens eines öffentlichen Schlüssels der Nachteil einer relativ langen digitalen Unterschrift gegenüber.
Bei einer Frankiermaschine vom Typ JetMail® wird bereits ein Sicherheitsmodul (EP 1.035.513 A2, EP 1.035.516 A2, EP 1.035.517 A2, EP 1.035.518 A2) eingesetzt, das einen symmetrischen Kryptoalgorithmus nutzt. Eine Schlüsselübertragung zwischen dem Sicherheitsmodul und einer Datenzentrale erfolgt mittels einem DES-verschlüsselten Datensatz, welcher außerdem MAC-gesichert ist. Die kryptographische Berechnung ist aber nur eine der Sicherheitsmaßnahmen bei einer Abrechnung von Dienstleistungen und Berechnung einer Gebühr für die Abgabe der Dienstleistungen sowie bei einer Übermittung des Abrechnungsergebnisses bzw. der Buchung zu einer entfernten Datenzentrale. Ein Sicherheitsmodul muß auch einen physikalischen oder chemischen Angriff überstehen. Ein solcher Angriff kann ebenfalls detektiert und aufgezeichnet werden.
- Figur 1,
- Darstellung eines bekannten RSA-Verfahrens,
- Figur 2,
- Darstellung eines Signier-Verfahrens unter Anwendung von RSA,
- Figur 3,
- Darstellung des Schlüsseltausches,
- Figur 4,
- Darstellung des Systems für eine kryptigraphisch gesicherte Kommunikation,
- Figur 5,
- Darstellung eines Verbrauchszählers,
- Figur 6,
- Blockschaltbild eines Energieverbrauchszählers,
- Figur 7,
- Blockschaltbild eines Sicherheitsmoduls.
- #K:
- Sequenzzähler ('13'),
- R:
- Typbezeichner der Nachricht ('R' für Realtime),
- V1K:
- Verbrauchs- und Nutzdaten ('Tages-Verbrauch,Mr. Pauschinger'),
- F1K:
- Abgabegebühr nach erstem Tarif ('Tages-Verbrauchsgebühr'),
- V2K:
- Verbrauchs- und Nutzdaten ('Nacht-Verbrauch,Mr. Pauschinger'),
- F2K:
- Abgabegebühr nach zweitem Tarif ('Nacht-Verbrauchsgebühr'),
- tj:
- aktueller Echtzeitwert (dezimalisiert: '8491028108032001') mit fester Länge,
- AK:
- Authentisierungscode (dezimalisiert : '8023024892048398'), i.e. Unterschrift, typischerweise mit fester Länge,
AK = '8023024892048398'.
Alternativ ist es möglich, einen vorhandenen Digital-Powerline-Dienst des Enegieversorgungsunternehmens (EVU) zu nutzen. Die Kommunikationseinrichtung 101 ist nun ein Power-line-Modul, der über ein Enegierversorgungsnetz mit dem Server 2 kommunikativ verbunden ist. Der Power-line-Modul ist entsprechend ausgebildet eine Nachricht mit Übertragungsraten bis zu 1Mbit/s über eine Leitung 106 via Stromkabel 8 zum EVU-Server 2 zu übertragen. Dabei werden die vorhandenen Stromversorgungskabel als physikalisches Trägermedium für ein Kommunikationsnetzwerk genutzt. Dabei entfällt natürlich das o.g. ISDN-Kabel 5.
Eine weitere Alternative zur Vermeidung von Kabelverbindungen bietet ein 2,4 GHz Bluetooth-Funkempfänger/Sender-Baustein, der als Kommunikationseinrichtung 101 eingesetzt wird. Es ist vorgesehen, dass die Kommunikationseinrichtung 101 im Sicherheitsmodul 100 integriert ist. Ein Blue-Tooth-Modul, der drahlos über einen weiteren Blue-Tooth-Modul mit dem Server 2 kommunikativ verbunden werden soll, kann aber nur über relativ kurze Entfernungen ca. 10 m mit einem gleichen Bluetooth-Baustein kommunizieren, so dass letzterer doch wieder an ein ISDN-Endgerät angeschlossen ist. Somit ist der weitere Blue-Tooth-Modul wieder über ein Telefonnetz mit dem Server 2 kommunikativ verbunden. Zum Beispiel wird wieder das ISDN-Netz genutzt.
Das Sicherheitsmodul SM 100 kann über das Hausstromkabel 6 oder das Stromkabel 8 aus dem Energienetz mit Energie versorgt werden. Dazu ist ein Netzteil N 109 erforderlich, welches vorzugsweise so angeschlossen ist, daß der Stromkunde die Kosten trägt. Der Masseanschluß an Pin P23 erhält zum Beispiel das negative und der Betriebsspannungsanschluß an Pin P25 das positive Spannungspotential. Ein Elektrolytkondensator C puffert die Betriebsspannung. An den Anschlüssen P1, P2 liegt eine Leiterschleife, die sich über das gesamte Sicherheitsgehäuse erstreckt und beim Zerstören des Sicherheitsgehäuses 10 unterbrochen wird. Es ist vorgesehen, dass der Verbrauchszähler 1 ein Sicherheitsgehäuse 10 aufweist, welches den Sicherheitsmodul 100, eine Anzeigeeinheit 4 eine Zuführ- und Abgabeeinrichtung 8, 6 und eine Kommunikationseinrichtung 101 umschließt. Der Sicherheitsmodul 100 ist mit mindestens einem Meßwertgeber 104, 105, mit der Anzeigeeinheit 4 zur Anzeige eines Verbrauchswertes sowie mit Sicherheitsmitteln S1, S2, 18 verbunden. Der Sicherheitsmodul 100 weist einen nichtflüchtigen Speicher 124, 129 zur Speicherung temporär gültiger Tarife auf und ist programmiert, eine Abgabegebühr basierend auf dem Verbrauchswert tarifabhängig zu berechnen und auf ein Ansprechen der Sicherheitsmittel S1, S2, 18 sowie auf Werte der Meßwertgeber 104, 105 zu reagieren, welche eine Manipulation in Fälschungsabsicht signalisieren. Das Sicherheitsmodul enthält intern eine Lithium-Batterie 134 zur Datenerhaltung der nichtflüchtig gespeicherten Daten, um eine Notversorgung bei Energieausfall zu ermöglichen. Bei den nichtflüchtig gespeicherten Daten wird zusätzlich zur kumulierten Leistung auch die Zeit gespeichert, so daß eine Abtrennung vom Energieversorgungsnetz nachträglich unterschieden werden kann vom Spannungsausfall im Energieversorgungsnetz. Das Sicherheitsmodul SM 100 schaltet bei fehlender Systemspannung einfach auf Notversorgung via Batterie 134 um.
Der Sicherheitsmodul 100 nimmt die Funktion eines Spannungswächters wahr, um zu überprüfen, ob der Zähler abgeklemmt wurde oder nicht. Der Verbrauchszähler 1 hat mindestens einen Analog/Digital-Wandler 102, 103, der mit dem mindestens einen Meßwertgeber 104, 105 verbunden ist. Alternativ hat der Sicherheitsmodul 100 einen Analog/Digital-Wandler 127 integriert, der mit den Meßwertgebern 104, 105 verbunden ist. Der Sicherheitsmodul 100 weist einen Echtzeitzähler 122 auf und der Sicherheitsmodul 100 nimmt die Funktion eines Watch dog Timers wahr, um regelmäßig Zählerstände an einen Server 2 zu übermitteln. Dadurch dass das Sicherheitsmodul 100 einen Echtzeitzähler 122 aufweist, kann der Mikroprozessor des Sicherheitsmoduls 100 auf den temporär gültigen Tarif zugreifen, der im nichtflüchtigen Speicher gespeichert ist. Der Mikroprozessor des Sicherheitsmoduls 100 ist programmiert, eine Abgabegebühr basierend auf dem Verbrauchswert tarifabhängig zu berechnen.
Als geeigneter Mikroprozessor µP 120 eignet sich der Typ S3C44A0X von Firma Samsung vor. Letzterer weist zusätzlich Analogeingänge für Analogwerte u(t), i(t), einen internen Multiplexer (nicht gezeigt) und einen internen AD-Wandler 127 auf, so dass separate AD-Wandler entfallen können. An den Analogeingängen werden 4 Leitungen für die Analogwerte u(t), i(t) angeschlossen. Außerdem wird mittels integriertem LCD-Controller (nicht gezeigt) eine am Ein/Ausgangsinterface 125 angeschlossene externe LCD-Anzeige 4 unterstützt. Am Ein-/Ausgangsinterface 125 sind externe Leuchtdioden 107, 108 zur Zustandsanzeige angeschlossen. Der Status des Sicherheitsmoduls 100 kann vorteilhaft über eine Bicolor-Leuchtdiode anstelle der Leuchtdioden 107, 108 signalisiert werden. Eine Statusmeldung kann weitere Datenelemente umfassen, zum Beispiel:
- Detektionsdaten einer Manipulation am Gehäuse,
- Detektionsdaten einer Manipulation am Sicherheitsmodul,
- Versionsnummer und Gültigkeitsdatum der Tarife,
- Spitzenlast und Uhrzeit der Spitzenbelastung,
- Nächster Kommunikationstermin usw.
Claims (20)
- Verfahren zur Aufzeichnung eines Verbrauchswertes, der in Auswertung von Meßwerten ermittelt wird, umfassend die Schritte:nichtflüchtige Speicherung von Tarifwerten, die in vorbestimmten Zeitbereichen gültig sind,Liefern und Verarbeitung von Meßwerten über die Zufuhr und Abgabe von Materie, Energie oder Information, wobei deren Verarbeitung nach einem ersten mathematischen Algorithmus erfolgt,Liefern und Auswerten von Zeitdaten zur zeitabhängigen Ermittlung mindestens eines Verbrauchswertes bezogen auf Materie, Energie oder Information,tarifabhängige Ermittlung mindestens einer Abgabegebühr entsprechend des vorgenannten Verbrauchswertes,Bildung einer Nachricht, welche mindestens die Abgabegebühr einschließt,Bildung eines Überprüfungscodes und Sichern der Nachricht mittels des Überprüfungscodes,Bildung und Aufzeichnung einer Mitteilung (m1), welche die Nachricht und den Überprüfungscode enthält,Aufnahme einer Kommunikation mit einem entfernten Server (2), zur Übermittlung der kryptographisch gesicherten Nachricht in Form eines ersten Datensatzes (D1).
- Verfahren, nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Wiederholung der Aufnahme einer Kommunikation mit einem entfernten Server (2), zur Übermittlung der kryptographisch gesicherten Nachricht in Form eines ersten Datensatzes (D1), und bei erfolgloser Wiederholung solange, bis ein Kreditrahmen überschritten ist, sowie Empfangen eines, nach dem Überprüfen der Echtheit des ersten Datensatzes (D1) vom Server (2) übermittelten, kryptographisch gesicherten Freischaltcodes in Form eines zweiten Datensatzes (D2), Überprüfen der Echtheit des Freischaltcodes anhand der Signatur des Servers (2) und Aufzeichnung des Ereignisses.
- Verfahren, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gebildete Nachricht den Verbrauchswert, die Abgabegebühr und Zeitdaten einschließt, dass die Sicherung der Nachricht und die Aufzeichnung des Verbrauchs vorzugsweise am Ende jedes Zeitabschnittes der Verbrauchszeitdauer erfolgt, wobei die Zeitabschnitte periodisch und/oder ereignisbasierend gebildet werden.
- Verfahren, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Empfangen des kryptographisch gesicherten Freischaltcodes eine Aufzeichnung der Änderung der Abgabegebühr durch Rücksetzen auf Null erfolgt, wenn der Freischaltcode echt war sowie dass ein Sperren der Abgabe einer verbuchbaren Größe bzw. des Verbrauches eines Verbrauchswertes vorgenommen wird, wenn der Freischaltcode unecht ist.
- Verfahren, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Analog/Digital-Wandlung der Meßwerte vor deren Verarbeitung erfolgt, wobei deren Verarbeitung eine Aufzeichnung einschließt, dass bei einem Ereignis eine Berechnung der Abgabegebühr nach dem zugehörigen Tarif entsprechend der Verbrauchszeitdauer und bei der Aufzeichnung eine Speicherung der Abgabegebühr zusammen mit dem jeweils zugehörigen aktuellen Verbrauchswert VK erfolgt.
- Verfahren, nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ereignis ein Tarif- oder Lastwechsel ist.
- Verfahren, nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Aufzeichnung eine weitere Abspeicherung von Nutzdaten erfolgt, um das Benutzerverhalten zu ermitteln bzw. um Marketingdaten abzuleiten.
- Verfahren, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Überprüfungscode ein Authentisierungscode ist.
- Verfahren, nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Authentisierungscode ein Hashcode oder ein nach einem symmetrischen Verschlüsselungsalgorithmus gebildeter MAC ist.
- Verbrauchszähler, mit einem Meßwertgeber, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrauchszähler (1) ein Sicherheitsgehäuse (10) aufweist, welches einen Sicherheitsmodul (100), eine Zuführ- und Abgabeeinrichtung (8, 6) und eine Kommunikationseinrichtung (101) umschließt, wobei der Sicherheitsmodul (100) mit mindestens einem Meßwertgeber (104, 105) sowie mit Sicherheitsmitteln (S1, S2, 18) verbunden ist, dass der Sicherheitsmodul (100) einen nichtflüchtigen Speicher (124, 129) zur Speicherung temporär gültiger Tarife aufweist und programmiert ist, eine Abgabegebühr basierend auf dem Verbrauchswert tarifabhängig zu berechnen und auf ein Ansprechen der Sicherheitsmittel (S1, S2, 18) sowie auf Werte der Meßwertgeber (104, 105) zu reagieren, welche eine Manipulation in Fälschungsabsicht signalisieren.
- Verbrauchszähler, nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrauchszähler (1) mindestens einen Analog/Digital-Wandler (102, 103) aufweist, der mit dem mindestens einen Meßwertgeber (104, 105) verbunden ist und dass der Sicherheitsmodul (100) eine Überwachungsfunktion aufweist, um zu überprüfen, ob der Zähler abgeklemmt wurde oder nicht.
- Verbrauchszähler, nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsmodul (100) einen Analog/Digital-Wandler (127) aufweist, der mit den Meßwertgebern (104, 105) verbunden ist und dass der Sicherheitsmodul (100) eine Überwachungsfunktion aufweist, um zu überprüfen, ob der Zähler abgeklemmt wurde oder nicht.
- Verbrauchszähler, nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsmodul (100) einen Echtzeitzähler (122) aufweist und dass der Sicherheitsmodul (100) die Funktion eines Watch dog Timers aufweist, um regelmäßig Zählerstände an einen Server (2) zu übermitteln.
- Verbrauchszähler, nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsmodul (100) einen Echtzeitzähler (122) aufweist und dass ein Mikroprozessor (120) des Sicherheitsmoduls (100) auf den temporär gültigen Tarif zugreift, der im nichtflüchtigen Speicher (124, 129) gespeichert ist und programmiert ist, eine Abgabegebühr basierend auf dem Verbrauchswert tarifabhängig zu berechnen.
- Verbrauchszähler, nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinrichtung (101) ein ISDN-Modul ist, der über ein Telefonnetz mit dem Server (2) kommunikativ verbunden ist.
- Verbrauchszähler, nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinrichtung (101) ein Power-line-Modul ist, der über ein Enegierversorgungsnetz mit dem Server (2) kommunikativ verbunden ist.
- Verbrauchszähler, nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinrichtung (101) ein Blue-Tooth-Modul ist, der drahlos über einen weiteren Blue-Tooth-Modul mit dem Server (2) kommunikativ verbunden ist.
- Verbrauchszähler, nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Blue-Tooth-Modul drahlos mit einem weiteren Blue-Tooth-Modul verbunden ist, wobei letzterer über ein Telefonnetz mit dem Server (2) kommunikativ verbunden ist.
- Verbrauchszähler, nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinrichtung (101) im Sicherheitsmodul (100) integriert ist.
- Verbrauchszähler, nach den Ansprüchen 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrauchszähler (1) eine Frankiermaschine ist.
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