EP4179488A1 - Herausgabeinstanz und verfahren zum herausgeben von elektronischen münzdatensätzen sowie bezahlsystem - Google Patents

Herausgabeinstanz und verfahren zum herausgeben von elektronischen münzdatensätzen sowie bezahlsystem

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EP4179488A1
EP4179488A1 EP21739312.3A EP21739312A EP4179488A1 EP 4179488 A1 EP4179488 A1 EP 4179488A1 EP 21739312 A EP21739312 A EP 21739312A EP 4179488 A1 EP4179488 A1 EP 4179488A1
Authority
EP
European Patent Office
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coin
electronic
register
electronic coin
data set
Prior art date
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Pending
Application number
EP21739312.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Raoul-Thomas HERBORG
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Giesecke and Devrient Advance52 GmbH
Original Assignee
Giesecke and Devrient Advance52 GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Giesecke and Devrient Advance52 GmbH filed Critical Giesecke and Devrient Advance52 GmbH
Publication of EP4179488A1 publication Critical patent/EP4179488A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H04L2209/00—Additional information or applications relating to cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communication H04L9/00
    • H04L2209/56—Financial cryptography, e.g. electronic payment or e-cash

Definitions

  • the invention relates to an issuing entity and a method for issuing electronic coin data sets in a payment system and a payment system.
  • An electronic payment system is described in US Pat. No. 5,872,844 A.
  • Electronic coin data sets (assets) are issued in the system by a central institution.
  • the electronic coin data records are transferred from the payer's terminal (wallet) to the payee's terminal.
  • the payee's end device routinely submits the transmitted coin data records for possible verification.
  • a fraud detection system samples coin records submitted for review to uncover "bad" coin records that have been used fraudulently. Upon such detection, the fraud detection system will identify the terminal that used the bad coin record and flag it as a "bad terminal”.
  • the fraud detection system compiles a list of such bad terminals and distributes the list to warn other terminals about the bad terminals. If a bad end device then tries to issue coin data sets (whether fraudulently or not), the intended recipient will check the list of bad devices and will not complete a payment transaction with the bad device.
  • This known system is not anonymous because a participant uses an identity number to generate a pseudonym which must be used by the institution both for the payment transactions to the other participant and for the generation and issue of the electronic coin data records.
  • the issued electronic coin data sets must contain a signature chain, which means that the memory requirement of the electronic coin data set per payment transaction increases, ie the electronic coin data set grows. End devices that are not trustworthy are not allowed on the system at all.
  • direct and anonymous payment should be created between the participants in the payment system.
  • the exchanged electronic coin records should be confidential to other system participants, but allow each system participant to perform basic checks on the electronic coin record, namely (1) detecting multiple dispensing attempts; (2) recognizing attempts to pay with non-existent monetary amounts; and (3) recognizing return criteria for already dispensed coin records, for example that an electronic coin record should expire.
  • the task is accomplished in particular by an issuing entity for issuing electronic coin data sets in a payment system, with a coin generation unit set up to generate an electronic coin data set and a coin dispensing unit set up to receive the electronic coin data set generated by the coin generation unit and to dispense the electronic coin data record to a subscriber unit or a bank entity of the payment system in electronic form, wherein the issuer entity is set up so that the electronic coin data record is transmitted between the coin generation unit and the coin dispensing unit via an air gap process. This creates an electrical and/or electronic barrier between coin generation and coin dispensing.
  • the confidential units and data used for generation can thus remain in an offline operating environment and cannot be compromised by a network attack, also known as an online attacker. This increases security when generating the coin data sets.
  • An air-gap (English for "air gap”) or air-wall (English for “air wall”, analogous to a firewall) process is a process that separates the two units (coin generation unit and coin dispensing unit). separates, but still allows the transmission of user data, in this case electronic coin data sets.
  • An air-gap process is used here to isolate the two entities with different levels of trust from one another, but still ensure that data from the other entity can be processed.
  • the coin generation unit is designed without an electronic network interface and works completely "offline”. All data that is fed to or taken from the coin generation unit is transmitted via secure electrical, electronic and/or optical interfaces. None of these interfaces are connected to a network or to any other computer or end device.
  • the coin generation unit could have an interface for maintenance or for receiving an incoming order or for outputting status reports via the coin generation unit to another terminal.
  • the air gap process between the coin generation unit and the coin dispensing unit is set up to separate the coin generation unit from the coin dispensing unit physically, logically, electrically and/or electronically.
  • both units are electrically insulated from one another in terms of shape.
  • data transmission does not take place exclusively electrically/electronically.
  • an attacker with remote network access to the coin dispensing unit does not have access to the coin generating unit. It is therefore not possible for the attacker to bring data into the coin generation unit and/or to access data from the coin generation unit.
  • the air-gap process of obtaining the electronic coin records at the coin dispensing unit includes (at least in part) a physical transfer of the electronic coin record between the coin generating unit and the coin dispensing unit.
  • the electronic coin data sets are provided in particular on a portable data carrier which is transported (or physically transferred) to the coin dispensing unit.
  • physical transmission can be understood as an automated, partially automated or manual transmission--for example using operating personnel--of a physically embodied representative of the coin data set.
  • a physical representation of the electronic coin record is transported between the coin generation unit and the coin dispensing unit by the operator.
  • the physical transfer for example the portable data carrier with electronic coin data records, takes place using a secure transport container.
  • a secure transport container In this case, lockable and/or mechanically stable metal boxes, such as those provided for transporting banknotes, can be used.
  • the physical transfer takes place in a bank note transport box.
  • This transmission by means of a transport box can in turn be (partially) automated in that a physical representation of the generated electronic coin data set is automatically filled into a transport box by the coin generation unit. This filled transport box is then transported to the coin dispensing unit. There the filled transport box is emptied and the physical representative of the coin data record is read.
  • the transfer takes place in the air gap process using portable electronic data storage devices such as USB sticks, memory cards, CDs or the like.
  • portable electronic data storage devices such as USB sticks, memory cards, CDs or the like.
  • Corresponding electronic interfaces such as a USB connection, memory card reader or CD drive are provided for this purpose on the coin generation unit and the coin dispensing unit.
  • the coin generation unit for transmission in the air-gap process, is also set up to generate a printout representing the electronic coin data set (as a physical representative of an electronic coin data set).
  • the coin dispensing unit is set up to read in the printout of the electronic coin data record generated by the coin generation unit.
  • the printout can be transported, for example, via mechanical conveyor mechanisms into a reading area of the coin dispensing unit.
  • the transport boxes already described can also be used for this, so that, for example, a printout is automatically arranged in a transport box by the coin generation unit, then transported to the coin dispensing unit, in particular its reading area, and read in there.
  • the expression has at least one alphanumeric character string.
  • An alphanumeric character is at least one letter of a given alphabet and the ten digits from 0 to 9. In a broader sense, certain special characters can also be added. These characters form a string representing the coin record. The reading then takes place, for example, manually or by reading in the coin dispensing unit using optical character recognition (OCR).
  • OCR optical character recognition
  • the printout has at least one optoelectronically readable code, for example a two-dimensional code such as a QR code or a one-dimensional code such as a barcode.
  • a coin dispensing unit-side reader such as a barcode or QR code scanner, captures the electronic coin record by scanning the printout.
  • the printout has at least one laser engraving, one watermark and/or one embossing.
  • the printout takes place on a paper substrate or plastic substrate.
  • the format of this substrate is, for example, a banknote format.
  • printing is carried out on a substrate without a security element, for example plain white paper.
  • the coin generation unit can thus be part of a classic cash production machine, for example a banknote production machine.
  • the printouts are made in the format of common banknote formats, so that the banknote production machines do not have to be converted and an existing infrastructure can be used to generate electronic coin data sets.
  • the printout takes place on paper in DIN A4 format.
  • a conventional printer can then be used in the coin generating unit.
  • several different electronic coin data records are represented and arranged on a printout, for example on a DIN A4 page or a banknote format. In this way, several sets of coin data can be transmitted simultaneously via the air gap process in a practical manner, so that the transmission between the coin generation unit and the coin dispensing unit is much more efficient.
  • the coin dispensing unit is a
  • banknote processing machine This means that the reading devices provided for banknote processing machines, such as scanners, can be used to read in the printouts.
  • a data check can be used to coin data records that are already in the payment system are present (duplicate coin data records).
  • the printout can be destroyed immediately, for example for each read printout or only selectively for certain printouts, such as when a double coin data record is recognized. The printout can be destroyed, for example, by shredding, punching, incinerating or by sorting out and shredding/burning/punching/...
  • the coin dispensing unit preferably has a reading device (scanner) for optoelectronically reading in the printout. This makes it easier to read barcodes and QR codes or alphanumeric character strings.
  • the generated coin data sets are (again) available in electronic form and can be used in the payment system, especially after they have been issued.
  • the coin generation unit preferably has a reading device (scanner) for optoelectronically reading in a generation request. An electronic interface for receiving the generation request can thus be dispensed with and an attacker has fewer opportunities to manipulate the generation of the electronic coin data sets.
  • the coin dispensing unit has a checking device for checking the printout. The test device or test unit of the coin dispensing unit is used to identify invalid coin data sets (invalid printouts), for example coin data sets that already exist in the payment system or faulty coin data sets.
  • a printout destruction unit for destroying coin data sets (printouts) is provided in the coin dispensing unit. Either all printouts or selectively only certain printouts, such as invalid coin data sets, are preferably destroyed. Invalid coin records (printouts) include unreadable printouts or detected duplicate electronic coin records (represented by the printouts).
  • a destruction unit is, for example, a mechanical dismemberment device (shredder) with which the printouts are physically dismembered and ultimately destroyed. In another example, the printouts are burned (and optionally previously marked as invalid) in the printout shredder.
  • a sorting compartment can be provided in the destruction unit, in which the printouts to be destroyed are temporarily stored. Such destruction units could be destruction units of bank note processing machines.
  • a check can, for example, be checked using metadata or register data in a database of the payment system to which the coin dispensing unit has access. For example, serial numbers, a coin identifier or similar data elements can be checked for duplicates in the payment system.
  • the coin generation unit is also set up to generate metadata about the electronic coin data set.
  • the coin dispensing unit is also set up to receive the metadata, with the issuing entity being set up to transmit the metadata between the coin generation unit and the coin dispensing unit via the air gap process.
  • the transmission of metadata can take place at the same time or after the transmission of the coin data sets between the coin generation unit and the coin dispensing unit.
  • a printout could include both the metadata and the associated coin records.
  • the metadata are structured data that contain features about at least one electronic coin data record, for example a coin identifier (such as a serial number), a denomination and/or a number of pieces (per printout or time unit) of generated electronic coin data records.
  • the coin generation unit is also set up to sign the electronic coin data record with a private cryptographic key (part) of the issuing entity.
  • the generated electronic coin record may include the electronic coin record and the signature.
  • the electronic coin data set with its (coin data set) signature is transmitted and output. This means that each subscriber unit and/or bank entity that is in possession of the coin data record and the public key (part) of the issuer entity can check the validity of the coin data record, in particular whether it was issued by a trustworthy entity (the issuer entity).
  • Asymmetric cryptographic systems - such as just RSA, Rabin, ElGamal or elliptic curves - with key pairs that include a public and a secret key (part) are well known.
  • the issuer instance can have other key pairs, which can also use different cryptographic systems.
  • the coin generation unit can be set up to generate issuer security data.
  • a publisher's signature generated with a publisher's private key portion is just one example of publisher backup data.
  • the Publisher backup data may also be generated using other means such as symmetric keys, predetermined pseudo-random number sequences (such as OTP generators), XOR operations, or other cryptographic means.
  • the coin dispensing unit receives both the electronic coin data record and the generated issuer security data from the coin generation unit via the air gap process.
  • the coin generation unit is also set up to generate a register data record, which is provided for storage in a coin register of the payment system.
  • the coin dispensing unit also receives the generated register data record from the coin generation unit via the air gap process, ie in particular the electronic coin data record and the register data record. All valid coins, preferably with their masked coin data record, are registered in the coin register of the payment system.
  • the generation of the register data set therefore generally includes at least one generation of a masked coin data set by applying a homomorphic one-way function to the electronic coin data set.
  • the coin issuing unit is preferably set up to register the electronic coin data set in the coin register by issuing the register data set and the issuer security data to the coin register.
  • the issuing of an electronic coin data record by the issuer entity includes both the issuing of the electronic coin data record to the subscriber or the bank entity and registration in the coin register.
  • the register record may include the issuer backup data for storage in the coin register.
  • the register data set with the publisher security data contained therein is saved in the coin register. Alternatively, the publisher's backup data is output in addition to the register data set to be saved.
  • Coin register checks the issuer backup data and saves the register record (only if the check is successful).
  • the registration in the coin register is preferably also carried out by the issuing authority. However, it is conceivable to output the issuer's security data (and the register dataset) to the participant or the bank entity together with the electronic coin dataset, which then sends the publisher's security data (and the register dataset) to the coin register.
  • a register data set may include one or more of the following data elements: a masked electronic coin data set (Z), generated in particular by applying a homomorphic one-way function (f(C)) to the electronic coin data set
  • the coin generation unit is set up to sign the register data set, in particular at least one masked electronic coin data set, with a private cryptographic key part of the issuer entity.
  • the private cryptographic key part of the coin generating unit can be a private register data set key part, which in particular would be independent of further keys, such as a possible private coin data set key part of the coin generating unit or an authentication key of the coin dispensing unit.
  • This allows a coin register (and also every other participant) of the payment system that is in possession of the (masked) coin data record and the public key to check the validity of the masked coin data record, in particular whether it was issued by a trustworthy authority (the issuing authority).
  • the coin dispensing unit will advantageously both authenticate itself with a coin register, in particular with the aid of an authentication key of the coin dispensing unit, and also output the issuer security data to the coin register.
  • the coin register can thus first check the authorization of the coin dispensing unit before then (only after successful authentication) the correctness of the issuer security data is checked.
  • the issuer security data can be designed in particular as a signature of the register data set and/or a masked electronic coin data set.
  • the coin dispensing unit can include a hardware security module, HSM, which stores the authentication key.
  • the coin dispensing unit preferably has a storage unit in which the generated electronic coin data sets are stored.
  • the generated electronic coin records can then be issued upon request by a subscriber unit or by a banking entity.
  • the generation of the electronic coin data sets is then uncorrelated in terms of time with the issue of the electronic coin data set to the subscriber unit and/or the bank entity.
  • a coin data record is promptly provided by the issuing entity, which increases user acceptance in the payment system.
  • the associated register data records can already have been stored in the coin register when the coin data records are stored in the storage unit (coin storage) upon register request from the issuing authority.
  • the coin dispensing unit is also set up to receive a deactivation request from a subscriber unit or a bank entity relating to a generated electronic coin data set, the coin dispensing unit further is set up to send a deactivation request to a coin register regarding the deletion of a register data set.
  • the issuing entity (as the only entity in the payment system) can deactivate a coin data record, for example delete or convert it or mark it as invalid.
  • the issuing authority can cause a commercial bank to convert the monetary amount of a deactivated/to be deactivated coin data set into book money, for example crediting it to a subscriber's account, or to issue corresponding cash in a cash dispensing compartment of the coin dispensing unit.
  • the method preferably further comprises generating a register data record in the coin generation unit of the issuing entity; transferring the generated electronic coin record and the register record between the coin generating unit and the coin dispensing unit of the issuer entity via the air gap process to obtain the generated electronic coin record and the register record in the coin dispensing unit; and outputting the register data set to a coin register of the payment system for registering the electronic coin data set in the coin register.
  • the method further includes signing the register data record with a private cryptographic key part of the issuing authority; transferring the generated electronic coin record, the register record and the signature between the coin generating unit and the coin dispensing unit of the issuer entity via the air gap process to obtain the generated electronic coin record, the register record and the signature in the coin dispensing unit; and outputting the register data set and the signature to the coin register of the payment system for checking and/or storing the signature of the register data set in the coin register.
  • the signature is therefore only checked and not stored in the coin register, checked and then stored with the register data set or as part of the register data set or possibly even stored unchecked.
  • the air-gap process is preferably a physical or transport container-secured transmission of a physical representative of the electronic coin data set.
  • the air gap process preferably includes the use of a portable data carrier, preferably a portable electronic data storage medium.
  • the air gap process preferably includes creating a printout representing the generated electronic coin data set in the coin generation unit and reading the printout by the coin dispensing unit to obtain the electronic coin data set generated by the coin generation unit.
  • the method preferably further includes receiving, in the coin dispensing unit, a deactivation request from a subscriber unit or a bank entity relating to a generated electronic coin record; and/or the coin dispensing unit sending a deactivation request to a coin register regarding the deletion of a register data set.
  • the object is achieved by a payment system for paying with electronic coin data sets.
  • the payment system is equipped, among other things, with a coin register, set up for registering the electronic coin data records; with subscriber units set up to carry out payment transactions by transmitting the electronic coin data records and for sending status and/or registration requests relating to the electronic coin data records and with a (previously described) issuer.
  • the coin register is preferably set up to register an electronic coin data record issued by the issuer entity, in particular if there is an issuer security value for or in a register data record to be stored in the coin register.
  • the coin register is also set up to only register an electronic coin data record modified by a subscriber unit or a bank entity if it is a modification of an already registered coin data record.
  • the (at least one) modified electronic coin data set replaces the (at least one) already registered coin data set.
  • An electronic coin data set is registered in the coin register in the form of a masked electronic coin data set.
  • Subscriber units or banking entities can send a status request to the coin register to know if the electronic coin record is valid (i.e. registered as valid in the coin register).
  • Subscriber units or banking entities may create (at least) a modified electronic coin record from (at least) one electronic coin record, e.g. by rewriting, splitting or combining electronic coin records.
  • Subscriber units or bank entities register their modified coin record in the coin register by making a registration request to the coin register.
  • an electronic coin record is masked by applying a homomorphic one-way function to the electronic coin record, resulting in a masked electronic coin record that serves as a register record or as part of the register record.
  • the masked electronic coin data record is registered in the coin register of the payment system.
  • the registration for an issued electronic coin data set of the issuer preferably takes place as an initial registration.
  • the new coin data record is generated without adapting the already registered coin data records.
  • a modification registration is made for an electronic coin record modified by a subscriber unit or a bank entity.
  • the modified coin data set replaces (amount-neutral) a coin data set previously registered as valid.
  • an electronic coin record is masked by applying a homomorphic one-way function to the electronic coin record by a subscriber unit to obtain a masked electronic coin record as a register record, the masked electronic coin record being registered in the coin register of the payment system.
  • a monetary amount (asset) is understood to mean a digital amount that can be credited to an account at a financial institution, for example, or exchanged for another means of payment.
  • An electronic coin record thus represents cash in electronic form.
  • An electronic coin data record for transferring monetary amounts differs significantly from the electronic data record for data exchange or data transfer, for example a register data record, since a classic data transaction is based on a question-and-answer principle or on intercommunication between the data transfer partners, for example the subscriber unit and a of the register instances (coin register, monitoring register, trade register) takes place.
  • identification or identification data can be exchanged, which can provide conclusions about a subscriber ID and/or an identification number of a natural person as a user (participant) of the payment system. This means that anonymous payment is not possible.
  • An electronic coin data set is anonymous, unique, unambiguous and is part of a security concept.
  • the coin data record contains all data elements that are required for a receiving entity.
  • a valid electronic coin data record may only exist once in the payment system. This system requirement must be observed in particular when transferring electronic coin data records.
  • the electronic coin data record has a monetary amount as a data element, ie a date that represents a monetary value of the electronic coin data record, and an obfuscation amount, for example a random number, as a data element.
  • the amount of concealment is not known to the coin register.
  • the obfuscation amount is - except in the first layer (direct transaction layer) - a secret data element.
  • An electronic coin data set is uniquely represented by these at least two data elements (monetary amount, concealment amount).
  • Teen who has access to these data elements of an electronic coin record can use this electronic coin record to pay in a payment transaction. Knowledge of these two data elements (monetary amount, concealment amount) is therefore equivalent to possession of the digital money.
  • each electronic coin data set also has at least one check value as a data element, so that this then consists of at least three pieces of data (monetary amount, concealment amount, check value).
  • each electronic coin data record can have a coin identifier as a data element, with the coin identifier preferably being used to identify a register data record relating to the electronic coin data record.
  • a coin identifier is a data element for the clear assignment of the electronic coin data set in the payment system. This coin identifier is preferably a random number. The coin identifier (if traceable) gives conclusions about the life cycle of an electronic coin data set.
  • the electronic coin data record can have further data elements, for example which currency the monetary amount represents, by which issuing authority it was generated and/or a signature of an issuing authority.
  • the electronic coin data records are managed by the respective subscriber units, for example by security elements integrated there, and also transmitted by them.
  • the security element is incorporated into the subscriber unit ready for operation.
  • the subscriber unit can be, for example, a mobile terminal such as a smartphone, a tablet computer, a computer, a server or a machine.
  • the electronic coin data record is transmitted from the (first) security element of a first subscriber unit to the (second) security element of another subscriber unit, for example.
  • a subscriber unit-to-subscriber unit transmission link can be set up, via which, for example, a secure channel is set up between the two security elements, via which the electronic coin data set is then transmitted.
  • An application installed ready for operation on the subscriber unit can initiate and control the transmission of the coin data record by using input and/or output means of the respective subscriber unit. For example, amounts of electronic coin data records can be displayed and the transmission process can be monitored.
  • a new electronic coin data record cannot be generated by a subscriber unit or the coin register.
  • the generation of an electronic coin data record (and also its destruction or deletion) is carried out by the issuer of the payment system, preferably exclusively by the issuer of the payment system.
  • a security element is installed ready for operation in a subscriber unit. This ensures that register data sets are generated and encrypted and, if necessary, also sent without manipulation. In one embodiment, the register data set is created in the security element and then sent to the coin register by the subscriber unit.
  • a security element is a technical resource-limited facility.
  • a security element is, for example, a special computer program product, in particular in the form of a secure runtime environment within an operating system of a terminal, English Trusted Execution Environments, TEE, or eSIM software, stored on a data memory, for example a subscriber unit, such as (mobile) terminal, a machine or an ATM.
  • the security element is designed, for example, as special hardware, in particular in the form of a secure hardware platform module, English Trusted Platform Module, TPM or as a chip card or an embedded security module, eUICC, eSIM.
  • the security element provides a trustworthy environment and thus has a higher level of trust than a terminal device in which the security element is possibly integrated ready for operation.
  • Transmission of an electronic coin record is preferably between two security elements to create a trusted environment.
  • the logical transmission of the electronic coin data record is direct, whereas a physical transmission may involve one or more intermediary entities, for example one or more subscriber units for preparing the operational readiness of the security element(s) and/or a remote data storage service in which a wallet application with electronic Coin records are physically stored.
  • Security elements can transfer electronic coin data sets among one another and then continue to use them directly - without register check(s), especially if the payment system requires that electronic coin data sets of security elements are to be regarded as valid per se.
  • One or more electronic coin data records can be stored securely in a subscriber unit or a security element, for example a large number of electronic coin data records can be stored securely in a data memory exclusively assigned to a subscriber unit or a security element.
  • the data memory then represents an electronic purse application, for example.
  • This data memory can, for example, be internal, external or virtual to the security element.
  • the first security element could also have received electronic coin data records from less trustworthy units, such as subscriber units, ie a terminal or a machine, for example via an import/export function of the security element. Electronic coin records obtained in this way that are not obtained directly from another security element are considered less trustworthy. It could be a requirement of the payment system to have to check the validity of such electronic coin data records using the coin register or, through an action (modification) by the receiving security element, to transfer the electronic coin data record to the receiving security element before it can be passed on.
  • less trustworthy units such as subscriber units, ie a terminal or a machine
  • Transmission of the electronic coin data set between the first and the second security element can be integrated in a transmission protocol between two subscriber units and/or integrated in a secure channel between two applications of the respective subscriber unit.
  • the transmission can include an Internet data connection to an external data store, for example an online store.
  • the electronic coin data record (to be transferred or modified) is registered in a coin register of the payment system. This is, for example, to register the electronic coin data set provided for the establishment of a communication link to the coin register. This communication link does not necessarily have to be present during the transmission process (payment process).
  • the coin register is preferably provided for the administration and checking of masked electronic coin data sets. The coin register can also manage and check other (non-payment) transactions between subscriber units.
  • the coin register is, for example, a database in which a register data record is generated and/or stored.
  • a register record is a record that allows the validity, status, history and/or whereabouts of an electronic coin record to be known and/or verified.
  • a register data record is preferably uniquely assigned to an electronic coin data record. The register record is for verification only and cannot be used to replace the electronic coin record for payment transactions.
  • a register data set has one or more of the following data elements: a signature of the electronic coin data set; an area evidencing of an electronic coin record; a check value of the electronic coin record; a check value related to the electronic coin record; a counter value relating to the electronic coin record; a subscriber identifier one sending the register data set
  • the coin register provides a register data set.
  • the register data set has, for example, a masked electronic coin data set corresponding to an electronic coin data set as a data element.
  • the masked electronic coin record was provided by a subscriber unit or an issuing entity. Possession of a masked electronic coin record does not permit disclosure of data elements of the (corresponding) electronic
  • the register data record has, for example, as data elements, a masked electronic coin data record and an amount category relating to a monetary amount of the electronic coin data record corresponding to the masked electronic coin data record.
  • a register record with masked Coin data set is identity anonymous and amount pseudonymous. Masking and also using amount categories will be explained later.
  • the register data record has, for example, as data elements, a coin identifier of an electronic coin data record, a check value of the electronic coin data record and a pseudonym of the subscriber identifier.
  • a register data record is pseudonymous in identity and anonymous in terms of amount.
  • masked electronic coin records are provided as a data element in the register record or as the register record. These masked electronic coin data sets are registered with their corresponding processing in the coin register. The masking will be explained later.
  • a validity status of the (masked) electronic coin data record can be derived from this.
  • the validity of the (masked) electronic coin data records is preferably noted (registered) in the coin register. Modifications, such as switching, dividing or combining, to the individual electronic coin data records are registered in the coin register.
  • the registration of the processing or the processing steps for a respective modification in the coin register can also relate to the registration of test results and intermediate test results relating to the validity of an electronic coin data record in the coin register, in particular the determination of test values and counter values of corresponding electronic ones coin records. If processing is final, this is indicated, for example, by corresponding markings or a derived total marking in the coin register. Final processing then decides whether an electronic coin record is valid or invalid.
  • the coin register can be a decentralized public database.
  • This database makes it easy to check electronic coin data records for their validity and to prevent "double spending", i.e. multiple issues, without the transmission itself being registered or logged.
  • the database for example a distributed ledger technology, DLT, describes a technique for networked computers that come to an agreement about the sequence of certain transactions and that these transactions update data. It corresponds to a decentralized management system or a decentralized database.
  • the coin register is a centrally managed database, for example in the form of a publicly accessible data store or as a hybrid of a central and decentralized database.
  • the coin register and the monitoring register are designed as a service server of the payment system.
  • a corresponding masked electronic coin data record is assigned to each electronic coin data record in the respective method.
  • Knowledge of a masked electronic coin record does not authorize spending the digital money represented by the electronic coin record. This represents a key difference between the masked Electronic Coin Records and the (non-masked) Electronic Coin Records.
  • a Masked Electronic Coin Record is unique and also unique to an Electronic Coin Record, so there is a 1-to-1 relationship between a Masked Electronic Coin Record and a (non-masked) electronic coin record.
  • the electronic coin data set is preferably masked by a processing unit of the subscriber unit.
  • the subscriber unit has at least one electronic coin record.
  • the masking can be performed by a processing unit of a subscriber unit receiving the electronic coin data set.
  • This masked electronic coin record is obtained by applying a one-way homomorphic function, specifically a cryptographic homomorphic function.
  • This function is a one-way function, i.e. a mathematical function that is “easily” calculable in terms of complexity theory, but is “difficult” to practically impossible to reverse.
  • a one-way function is also referred to as a function for which no reversal that can be carried out in practice within a reasonable time and with reasonable effort is known to date.
  • the calculation of a masked electronic coin data set from an electronic coin data set is comparable to the generation of a public key in an encryption method using a residual class group.
  • a one-way function is used that operates on a group where the discrete logarithm problem is difficult to solve, such as B.
  • a cryptographic cal method analogous to an elliptic curve encryption, ECC for short from a private key of a corresponding cryptographic method.
  • the reverse function ie the generation of an electronic coin data record from a masked electronic coin data record, is very time-consuming—equivalent to generating the private key from a public key in an encryption method using a residual class group.
  • the respective operations on the corresponding mathematical group are to be understood in the mathematical sense, for example the group of points on an elliptic curve.
  • the one-way function is homomorphic, i.e. a cryptographic method that has homomorphic properties. Mathematical operations can thus be carried out with the masked electronic coin data record, which are also carried out in parallel on the (non-masked) electronic coin data record and are thus reproduced be able. With the help of the homomorphic one-way function, calculations with masked electronic coin data records in the coin register and/or the monitoring register can be reproduced without the corresponding (non-masked) electronic coin data records being known there. Therefore, certain calculations with electronic coin data sets, for example for processing the (non-masked) electronic coin data set (e.g.
  • the monitoring of the legality of the respective electronic coin dataset can be verified in the monitoring register.
  • the homomorphic property thus makes it possible to keep a record of valid and invalid electronic coin records based on their masked electronic coin records in a coin register and a monitoring register without knowledge of the electronic coin records even if these electronic coin records are processed (split, merged, switched) or transmitted directly, i.e. an action is carried out with these electronic coin data sets. It is always ensured that no additional monetary amount was created or that an identity of the subscriber units or their security elements is recorded in the coin register or the monitoring register. Masking allows for a high level of security without giving any insight into the monetary amount or subscriber unit.
  • a status of the electronic coin data record can be set to inactive status in order to invalidate the electronic coin data record, then it is sent (as the first step of the transmission) to the second subscriber unit and, if there is an acknowledgment of receipt from the second subscriber unit, it is deleted of the electronic coin record in the first subscriber unit (as the second step of the transfer).
  • a confirmation of erasure from the first subscriber unit may be sent to the coin register or the second subscriber unit to indicate a successful erasure (performed in the first subscriber unit) of the electronic coin record.
  • the switching can preferably take place automatically upon receipt of the deletion confirmation of an electronic coin data set in the second subscriber unit. In addition, it can also be done on request, for example by a command from the first subscriber unit and/or the second subscriber unit.
  • two electronic coin datasets can be combined into one electronic coin dataset (“merge”). Switching, splitting and connecting are various modifications to an electronic coin record, i.e. actions with the electronic coin record. These modifications require the masked coin data set to be registered in the coin register of the payment system.
  • Switching also takes place when an electronic coin dataset is changed, for example split up or connected to other electronic coin datasets, in particular in order to be able to settle a monetary amount to be paid appropriately.
  • the payment system should always be able to pay any monetary amount.
  • the electronic coin data sets are issued by a central issuing authority, each electronic coin data set additionally having a test value.
  • the test value is invariant in an action (modification) carried out by subscriber units with the electronic coin data set.
  • the method includes the step of: the subscriber unit determining whether to return the electronic coin record to the central issuing authority based on the check value of the electronic coin record.
  • it is also determined on the basis of the above-mentioned test value for transaction data records that have not been sent or based on a further test value whether the electronic coin data record is displayed by the first subscriber unit in the payment system, in particular a coin register, and/or whether the electronic coin data record is returned to the central issuing authority.
  • Each test value of the electronic coin data record is used in the method to enable or improve a control function in the payment system.
  • Each verification value is preferably a data element of the electronic coin record readable by the subscriber unit or a data element in the subscriber unit and its value can be determined by the subscriber unit. The test value for the
  • the check value is invariant to an action performed by subscriber units with the electronic coin data record (action-invariant).
  • Action-invariant means that the test value remains unchanged during an action with the coin data set.
  • the action-invariant test value is not specific to the electronic coin data set but is group-specific and therefore applies to a number of different coin data sets in order to maintain anonymity and prevent coin data set tracking. Any modification to the coin data record carried out by a terminal device, ie in particular switching, dividing, combining, as will be described later, is considered an action with a coin data record.
  • an action means each transmission of the coin data record, for example to a (different) subscriber unit or also to an instance in the payment system.
  • an action means redeeming the coin data set to credit a monetary amount of the coin data set or changing the currency system.
  • the validation value of the electronic coin record by the subscriber unit is used to determine whether to return the electronic coin record to the central issuer.
  • a criterion for the return of an electronic coin data record can thus be defined with the test value.
  • electronic coin data sets can expire, for example due to their lifetime or the number of actions carried out with the coin data set, in order to increase the security of the payment system.
  • the electronic coin data record is returned to the central issuing authority as a result of being notified by the payment system. By displaying this in the payment system, it is thus determined in the payment system whether the coin data set is to be returned. In this embodiment, the determination as to whether a return must take place is carried out in the payment system instead of in the subscriber unit. The result of the determination is communicated to the subscriber unit and the subscriber unit is requested by the payment system to return the electronic coin data set.
  • a counter value in the payment system (the monitoring register) relating to this electronic coin data record as a result of the display by the payment system using the check value of the electronic coin data record definitely.
  • the check value of the coin data record is preferably transmitted from the subscriber unit to the payment system (the monitoring register).
  • the counter value is not part of the coin data set.
  • the counter value is preferably managed in the payment system.
  • the counter value is preferably incremented with each action (modification, transmission, redemption) relating to the electronic coin data set.
  • the counter value is preferably increased with different weighting for different actions. This makes it possible to better control the return according to different actions.
  • the check value is thus provided in the coin data record as a data element which is incremented in particular with each direct transmission between subscriber units.
  • the counter value in the payment system includes the check value, for example by adding the previous counter value to the check value.
  • the check value of the electronic coin record is used to determine whether the electronic coin record is returned to the central issuing authority.
  • the check value is preferably invariant in an action performed by subscriber units with the electronic coin data set, the check value preferably being at least one value from the following list: return date of the electronic coin data set; issue date of the electronic coin record; electronic coin record registration date; and electronic coin record identification value.
  • the action-invariant test value is not specific to the electronic coin data set but is group-specific and therefore applies to a number of different coin data sets in order to maintain anonymity and prevent coin data set tracking.
  • the action-invariant test value is not individual for the electronic coin data record, but applies to a number of different coin data records (group ID) in order to maintain anonymity and prevent coin data record tracking.
  • the check value is variable to determine whether the electronic coin record is returned.
  • a sum could be formed and this sum could be compared with a predefined threshold value.
  • the number of direct transmissions could be a return criterion, so that no infrastructure for evaluating the coin data sets with regard to the return of the coin data sets would have to be provided in the payment system, ie simpler and more secure management would be possible while creating the control functions.
  • the exceeding of a blocking threshold value of the test value of the electronic coin data set is determined by a first subscriber unit and an action with this electronic coin data set, in particular the direct transmission of this electronic coin data set from the first subscriber unit to a second subscriber unit, is blocked, regardless of whether or not another electronic coin record is present in the first subscriber unit.
  • a threshold is defined at the achievement of which direct forwarding (transmission) between subscriber units is completely prevented (blocked).
  • this coin data record could be stored in a secure memory area, in addition only a return process but no action process of the subscriber unit has access.
  • the imminent blocking can be detected in advance by the subscriber unit and a user of the subscriber unit can be informed in order to prevent the blocking of the coin data set by immediately returning the coin data set. Additionally or alternatively, the subscriber unit may return the electronic coin record upon detecting that the blocking threshold has been exceeded.
  • the threshold value of the check value is preferably lower than the blocking threshold value of the check value.
  • the blocking threshold can be a multiple of the threshold in order not to block the coin record too early.
  • the threshold value is ten, for example, or five, for example, or 3, for example.
  • the blocking threshold value is correspondingly 30, or, for example, 15, or, for example, 10.
  • the issuer entity queries test values of coin data sets at predefined periodic intervals or in a specifically controlled manner and automatically requests an electronic coin data set back if a test value of the electronic coin data set is exceeded.
  • the monitoring register of the payment system determines a counter value in the monitoring register relating to the electronic coin data set using the test value of the electronic coin data set. If the counter value exceeds a threshold value, the electronic coin data record is returned (directly or indirectly) to the central issuing authority.
  • the issuer instance or the payment system requests the corresponding coin data set from the subscriber unit or provides corresponding information from the payment system to the subscriber unit for (direct) return.
  • the counter value is preferably increased with each action on the electronic coin data set, the counter value preferably being increased with different weighting for different actions.
  • the check value of the electronic coin data set is reset by the payment system. This simplifies the procedure since the subscriber unit does not have to be adjusted to the sum of all permitted actions, but only to the sum of consecutively permitted direct transmissions.
  • the payment system determines the highest test value of the electronic coin part data records and this highest test value is adopted as the test value of the combined electronic coin data record.
  • the monitoring register determines a new test value from the sum of all test values of the electronic coin part data records divided by the product of the number of coin part data records with a constant correction value, this new test value being the test value of the combined electronic coin dataset is adopted, the correction value being greater than or equal to 1 and the correction value preferably depending on a maximum deviation of the individual test values of the electronic coin part datasets or on a maximum test value of one of the electronic coin part datasets, with the correction value being more preferably less than or equal to 2.
  • the correction value is constant throughout the system.
  • the electronic coin data record is returned to the issuing entity when the terminal device initiates the redemption of a monetary amount of the electronic coin data record in an account of the payment system and/or when the subscriber unit changes the monetary amount of the electronic coin data record to another currency system of the payment system requests.
  • An electronic coin record can be split in a subscriber unit and this split is then registered in the coin register. This has the advantage that an owner of the at least one electronic coin data record is not forced to always transfer the entire monetary amount at once, but rather to form and transfer corresponding partial monetary amounts.
  • the monetary value can be divided symmetrically or asymmetrically without restrictions as long as all electronic coin data subsets have a positive monetary amount that is smaller than the monetary amount of the electronic coin data set from which it is split and the sum of the electronic coin subdata sets is equal to the electronic coin subdata set to be split.
  • fixed denominations can be used.
  • the division into partial amounts is arbitrary.
  • the splitting triggers the execution of the method described above for generating and encrypting a transaction record, and the masked split electronic coin split record may be part of a transaction record for the trade repository.
  • the method preferably has the following further steps: switching over the transmitted electronic coin part data set; and/or merging the transmitted electronic coin record with a second electronic coin record to form a (new) linked electronic coin record.
  • the partial electronic coin data set received from the first subscriber unit results in a new electronic coin data set, preferably with the same monetary amount, the so-called electronic coin data set to be switched over.
  • the new electronic coin data set is generated by the second subscriber unit, preferably by using the monetary amount of the received electronic coin data set as the monetary amount of the electronic coin data set to be switched.
  • a new concealment amount for example a random number, is thereby generated.
  • the new obfuscation amount is added to the obfuscation amount of the received electronic coin record so that the sum of both obfuscation amounts (new and received) serves as the obfuscation amount of the electronic coin record to be switched.
  • the electronic coin part data set received and the electronic coin part data set to be switched over are preferably masked in the subscriber unit by applying the homomorphic one-way function to the electronic coin part data set received and the electronic coin part data set to be switched over, respectively, in order to obtain a masked electronic coin part data set received and a masked electronic coin part data set to be switched over .
  • the switching triggers for example, the execution of the method described above for generating and encrypting a transaction record and the masked electronic coin part record to be switched can be part of a transaction record for the trade register.
  • the switching is thus secured by adding a new spoof amount to the spoof amount of the received electronic coin record, thereby obtaining a spoof amount that only the second subscriber unit knows.
  • Newly created obfuscation amounts must have high entropy since they are used as the blinding factor for the corresponding masked electronic coin part records.
  • a random number generator on the security element is preferably used for this purpose. This safeguard can be tracked in the coin register.
  • additional information that is required to register the switching of the masked electronic coin data set in the coin register is preferably calculated in the subscriber unit.
  • the additional information includes a range verification of the masked electronic coin record to be switched and a range verification of the masked received electronic coin record.
  • the proof of area is proof that the monetary amount of the electronic coin data set is not negative, the electronic coin data set is valid and/or the monetary amount and the concealed amount of the electronic coin data set are known to the creator of the proof of area.
  • the area credential serves to provide such credential(s) without revealing the monetary amount and/or the concealment amount of the masked electronic coin record.
  • Ring signatures are preferably used as area verification.
  • the changeover of the masked electronic coin data set is then registered in the remote coin register.
  • Registering triggers for example, the execution of the method described above for generating and encrypting a transaction record and the masked electronic coin part record to be switched can be part of a transaction record for the
  • the registering step is preferably performed when the second subscriber unit is connected to the coin register. While the electronic
  • Coin records are used for direct payment between two subscriber units, the masked coin records can be registered in the coin register with a pseudonym.
  • the registration triggers for example, the execution of the above-described method for generating and encrypting a transaction record and the pseudonymised masked electronic coin part record to be switched can be part of a
  • a further electronic coin data set (connected electronic coin data set) from a first and a second electronic coin data set is used to connect partial electronic coin data sets
  • the concealment amount for the electronic coin data set to be connected is calculated by forming the sum of the respective concealment amounts of the first and the second electronic coin data set.
  • the monetary amount for the associated electronic coin data record is preferably calculated by forming the sum of the respective monetary amounts of the first and the second electronic coin data record.
  • the first electronic coin part data record, the second electronic coin part data record, and the electronic coin data record to be connected in the (first and/or second) subscriber unit are created by applying the homomorphic one-way function to the first electronic coin part data record, the second electronic coin part data record, and the to connecting electronic coin data set masked to correspondingly a masked first electronic coin part data set, a masked second electronic coin part data set, and a masked electronic coin data set to be connected receive.
  • additional information needed to register the linking of the masked electronic coin records in the remote coin register is computed in the subscriber unit.
  • the additional information includes area evidence of the masked first electronic coin part record and area evidence of the masked second electronic coin part record.
  • the proof of area is proof that the monetary amount of the electronic coin data record is not negative, the electronic coin data record was validly created and/or the monetary amount and the concealed amount of the electronic coin data record are known to the creator of the area proof.
  • area verification serves to provide such verification(s) without revealing the monetary value and/or the amount of obfuscation of the masked electronic coin record.
  • range proofs are also called "zero knowledge range proofs”. Ring signatures are preferably used as area verification.
  • the connection of the two masked electronic coin part data sets is then registered in the remote coin register. For example, registration triggers the execution of the method described above for generating and encrypting a transaction record, and the masked linked electronic coin part record may be part of a transaction record for the transaction repository.
  • two electronic coin data records or two electronic coin part data records can be combined.
  • the monetary amounts as well as the concealment amounts are added up.
  • the validity of the two original coin data records can also be carried out when connecting.
  • the registering step comprises receiving the masked electronic coin part data set to be switched over in the coin register, checking the masked electronic coin part data set to be switched over for validity; and registering the masked electronic coin part record to be switched in the coin register if the verifying step is successful, whereby the electronic coin part record to be switched is deemed to be verified.
  • a subscriber unit can have a security element or itself be a security element in which the electronic coin data record is securely stored.
  • An application that controls or at least initiates parts of the transmission process can be installed ready for operation on the subscriber unit.
  • Electronic coin data records can be transmitted with the aid of terminal devices as subscriber units, which are logically and/or physically connected to the security elements.
  • the communication between two subscriber units, possibly with the respective security elements, can take place wirelessly or wired, or eg also optically, preferably via QR code or barcode, and can be designed as a secure channel, for example between applications of the subscriber units.
  • the optical path can include, for example, the steps of generating an optical code, in particular a 2D code, preferably a QR code, and reading in the optical code.
  • the transmission of the electronic coin data record is secured, for example, by cryptographic keys, for example a session key negotiated for an electronic coin data record exchange or a symmetric or asymmetric key pair.
  • the exchanged electronic coin records are protected from theft or tampering.
  • the level of security elements thus complements the security of established blockchain technology.
  • the coin data records are transmitted as APDU commands.
  • the coin data record is preferably stored in an (embedded) UICC as a security element and is managed there.
  • An APDU is a combined command/data block of a connection protocol between the UICC and a terminal.
  • the structure of the APDU is defined by the ISO-7816-4 standard.
  • APDUs represent an information element of the application level (layer 7 of the OSI layer model). It is also advantageous that the electronic coin data records can be transmitted in any format. This implies that it communicates, i.e. can be transmitted, on any channel. They do not have to be saved in a fixed format or in a specific program.
  • a mobile telecommunications terminal for example a smartphone
  • the subscriber unit can also be a device such as a wearable, smart card, machine, tool, vending machine or even a container or vehicle.
  • a subscriber unit is thus either stationary or mobile.
  • the subscriber unit is preferably designed to use the Internet and/or other public or private networks.
  • the subscriber unit uses a suitable connection technology, for example Bluetooth, LoRa, NFC and/or WiFi, and has at least one corresponding interface.
  • the subscriber unit can also be designed to be connected to the Internet and/or other networks by means of access to a mobile radio network. For example, two subscriber units set up a local wireless communication connection via the protocol of which the transmission between the two security elements located therein is then introduced.
  • the first and/or second security element processes the received electronic coin data records in the presence or receipt of a plurality of electronic coin data records according to their monetary value. Provision can thus be made for electronic coin data records with a higher monetary value to be processed before electronic coin data records with a lower monetary value.
  • the subscriber unit can be designed, after receiving an electronic coin data record, to connect this to the electronic coin data record already present in the subscriber unit depending on attached information, for example a currency or denomination, and to carry out a corresponding step of connecting. Furthermore, the subscriber unit can also be designed to automatically carry out a switchover after receipt of the electronic coin data set.
  • further information in particular metadata, is transmitted during the transmission from the first subscriber unit or first security element to the second subscriber unit or second security element, for example a currency. In one embodiment, this information can be included in the electronic coin data set.
  • the procedures are not limited to one currency.
  • the payment system can be set up to manage different currencies from different publishers.
  • the methods also allow the electronic coin data record to be converted into book money, ie, for example, the monetary amount can be redeemed in an account held by the participant in the payment system. This repositioning is also a modification. Upon redemption, the electronic coin record becomes invalid and is deemed to have been returned.
  • the at least one initial electronic coin data record is preferably created exclusively by the issuer entity, with the divided electronic coin data records, in particular electronic partial coin data records, also being able to be generated by a subscriber unit. Creating and choosing a monetary amount preferably also includes choosing a high entropy obfuscation amount.
  • the publishing entity is a computing system, which is preferably remote from the first and/or second subscriber unit.
  • the new electronic coin record is masked in the issuer instance by applying the homomorphic one-way function to the new electronic coin record to obtain a masked new electronic coin record accordingly.
  • additional information needed to register the creation of the masked new electronic coin record in the remote coin register is calculated in the issuer entity. This additional information is preferably proof that the (masked) new electronic coin data record originates from the issuing authority, for example by signing the masked new electronic coin data record.
  • the issuing entity signs a masked electronic coin data record with its signature when the electronic coin data record is generated.
  • the signature of the issuing authority is stored in the coin register.
  • the signature of the issuing authority is different from the signature generated by a subscriber unit or a security element.
  • the issuer entity can preferably deactivate an electronic coin data record that is in its possession (i.e. of which it knows the monetary amount and the obfuscation amount) by masking the masked electronic coin data record to be deactivated with the homomorphic one-way function and a deactivate command for the coin register prepared.
  • a part of the deactivation command is preferably also the proof that the deactivation step was initiated by the issuing authority, for example in the form of the signed masked electronic coin data set to be deactivated.
  • range checks for the masked electronic coin record to be deactivated could be included in the deactivate command. Disabling may be the result of a return.
  • the deactivation of the masked electronic coin data set is then registered in the remote coin register.
  • the deactivation step is triggered with the deactivation command.
  • the create and deactivate steps only take place in secured locations, especially not in the participant units.
  • the steps of creating and deactivating are only carried out or initiated by the publisher instance. These steps preferably take place in a secure location, for example in a hardware and software architecture that was developed for processing sensitive data material in insecure networks.
  • Disabling the corresponding masked electronic coin data set means that the corresponding masked electronic coin data set is no longer available for further processing, in particular transactions.
  • the deactivated, masked electronic coin data record remains in the archives of the issuing authority.
  • the fact that the deactivated masked electronic coin data set is no longer valid or returned can be identified, for example, using a flag or another coding, or the deactivated masked electronic coin data set can be destroyed and/or deleted.
  • the deactivated electronic coin record is also physically removed from the subscriber unit or security element.
  • processing operations for the electronic coin data sets and the corresponding masked electronic coin data sets are made possible by the method according to the invention.
  • Each of the processing operations (in particular creating, deactivating, dividing, connecting and switching over) is registered in the coin register and appended there in unchangeable form to the list of previous processing operations for the respective masked electronic coin data set.
  • Each of the processing operations initiates the process of creating and encrypting a transaction record, for example.
  • the registration is independent of the payment process between the subscriber units, both in terms of time and place (spatial).
  • a registration of the respective processing in the coin register or the monitoring register is implemented, for example, by corresponding list entries in a database that includes a series of markings that must be carried out by the coin register.
  • a possible structure for a list entry includes, for example, column (s) for a predecessor coin data set, column (s) for a successor coin data set, a signature column for the issuer instance, a signature column for the sending and / or receiving security element, a Signature column for coin division operations and at least one marking column.
  • a change (modification) is final if and necessary Markings have been validated by the coin register or the monitoring register, ie have changed from the status "0" to the status "1" after the corresponding check, for example.
  • At least two, preferably three or even all of the aforesaid flags can also be replaced by a single flag which is then set if all tests have been successfully completed.
  • the two columns for predecessor data sets and successor data sets can each be combined into one in which all coin data sets are listed together. In this way, more than two electronic coin data sets could then be managed per field entry, and thus, for example, a split into more than two coin data sets could be implemented.
  • a masked electronic coin data set is invalid if one of the following checks applies, i.e. if:
  • the monetary amount of the masked electronic coin data record means that a limit value for a maximum permissible monetary amount, in particular per unit of time, is exceeded and the required deanonymization is rejected by the corresponding subscriber unit;
  • the coin register and the issuer entity are preferably arranged in a common server entity or are present as a computer program product on a server and/or a computer.
  • An electronic coin data set can be in a variety of different
  • the electronic coin data set can be presented in the form of a file, for example.
  • a file consists of data that is related in terms of content and is stored on a data carrier, data storage device or storage medium. Each file is initially a one-dimensional sequence of bits, which are usually interpreted in groups of bytes. An application program or an operating system of the security element and/or the terminal interprets this bit or byte sequence as text, an image or a sound recording, for example.
  • the file format used can be different, for example it can be a pure text file that represents the electronic coin data record. In particular, the monetary amount and the blind signature are mapped as a file.
  • the electronic coin data record is, for example, a sequence of American Standard Code for Information Interchange, or ASCII for short, characters. In particular, the monetary amount and the blind signature are shown as this sequence.
  • the electronic coin record can also be in a subscriber unit from a
  • the form of representation can be converted into another form of representation.
  • the electronic coin data record can be received as a QR code in a subscriber unit and can be output from the subscriber unit as a file or character string.
  • These different forms of representation of one and the same electronic coin data record enable a very flexible exchange between subscriber units or security elements or end devices of different technical equipment using different transmission media (air, paper, wired) and taking into account the technical design of a subscriber unit.
  • the selection of the form of representation of the electronic coin data records is preferably made automatically, for example on the basis of recognized or negotiated transmission media and device components.
  • the data store is an internal data store of the subscriber unit.
  • the electronic coin data sets are stored here. This ensures easy access to electronic coin data records.
  • the data memory is in particular an external data memory, also called online memory.
  • the security element or the subscriber unit has only one means of access to the electronic coin data records that are stored externally and thus securely.
  • the security element or subscriber unit is lost or if the security element or subscriber unit malfunctions, the electronic coin data sets are not lost. Since owning the (unmasked) electronic coin records is equivalent to owning the monetary amount, using external data storage allows money to be stored and managed more securely.
  • the subscriber unit and also the issuer entity preferably have an interface for communication using a standard Internet communication protocol, for example TCP, IP, UDP or HTTP.
  • the transmission may include communication over the cellular network.
  • a communication protocol for wireless communication for wireless communication.
  • near-field communication is provided, for example by means of a Bluetooth protocol or NFC protocol or IR protocol; WL AN connections or mobile phone connections are conceivable as an alternative or in addition.
  • the electronic coin data set is then adapted according to the protocol properties or integrated into the protocol and transmitted.
  • the interface for issuing the at least one electronic coin data record is a data interface for providing the electronic Coin data set to the other subscriber unit using an application.
  • the electronic coin data set is transmitted here using an application.
  • This application then transfers the electronic coin data record in an appropriate file format.
  • a file format specific to electronic coin records can be used.
  • the coin data record is transmitted as an ASCII character string or as a text message, for example SMS, MMS, instant messenger (such as Threema or WhatsApp).
  • the coin record is transmitted as an APDU character string.
  • a purse application can also be provided.
  • the exchanging subscriber units preferably ensure that an exchange using the application is possible, ie that both subscriber units have the application and are ready to exchange.
  • the subscriber unit also has an interface for receiving electronic coin data sets.
  • the interface for receiving the at least one electronic coin data record is an electronic detection module of the security element or terminal device, set up to detect an electronic coin data record presented in visual form.
  • the detection module is then, for example, a camera or a barcode or QR code scanner.
  • the interface for receiving the at least one electronic coin dataset is a protocol interface for wirelessly receiving the electronic coin dataset from another security element or end device using a communication protocol for wireless communication.
  • a communication protocol for wireless communication In particular, near-field communication is provided, for example by means of a Bluetooth protocol or NFC protocol or IR protocol. Alternatively or additionally, WLAN connections or mobile radio connections are conceivable.
  • the interface for receiving the at least one electronic coin data record is a data interface for receiving the electronic coin data record from the other subscriber unit using an application. This application then receives the coin data set in a corresponding file format. A file format specific to coin records can be used.
  • the coin data record is transmitted as an ASCII character string or as a text message, such as SMS, MMS, Threema or WhatsApp.
  • the coin record is transmitted as an APDU character string.
  • the transfer can take place using a wallet application.
  • the subscriber unit comprises at least one security element reader, set up to read a security element; a random number generator; and/or a communication interface to a vault module and/or bank institution with access to a bank account to be authorized.
  • the data memory is a shared data memory that at least one other subscriber unit can access, each of which has an application, with this application being set up to communicate with the coin register for corresponding registration of electronic coin part data sets.
  • a solution is therefore proposed here that issues digital money in the form of electronic coin data sets, which is based on the use of conventional (analog) banknotes and/or coins.
  • the digital money is represented here by electronic coin data records.
  • (analogue) banknotes these electronic coin records will also be usable for all forms of payments, including peer-to-peer payments and/or POS payments. Knowing all the components (in particular the monetary amount and the obfuscation amount) of a valid electronic coin dataset is tantamount to owning (owning) the digital money. It is therefore advisable to treat these valid electronic coin data records confidentially, i.e. to store them in a security element/safe module (of an end device) and process them there, for example.
  • masked electronic coin data sets are kept in the coin register as a unique, corresponding public representation of the electronic coin data set. Knowing or possessing a masked electronic coin record does not constitute possession of money. Rather, it is like verifying the authenticity of the analog currency.
  • the coin register also contains, for example, markings about executed and planned processing of the masked electronic coin data set.
  • a status of the respective masked electronic coin data record is derived from the markings for the processing, which status indicates whether the corresponding (non-masked) electronic coin data record is valid, ie ready for payment. Therefore, a receiver of an electronic coin data record will first generate a masked electronic coin data record and have the validity of the masked electronic coin data record authenticated by the coin register.
  • a great advantage of this solution according to the invention is that the digital money is distributed to terminals, dealers, banks and other users of the system, but no digital money or other metadata is stored in the coin register or the monitoring register - ie shared entities.
  • the proposed solution can be integrated into existing payment systems and infrastructures.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a payment system with a publisher instance according to the invention
  • FIG. 2 shows a further development of the exemplary embodiment of a payment system from FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a further development of the exemplary embodiment of a payment system from FIG. 1;
  • FIG. 4 shows a further development of the exemplary embodiment of a payment system from FIG. 1;
  • FIG. 5 shows an embodiment of a publisher instance according to the invention
  • FIG. 6 shows an exemplary embodiment of a method flow chart of a method according to the invention in a publishing instance
  • FIG. 7 shows an exemplary embodiment of a data structure in the coin register
  • 8 illustrates one embodiment of a system in accordance with the invention for splitting and switching and direct transmission of electronic coin records
  • FIG. 9 shows an embodiment of a payment system according to the invention for connecting electronic coin data sets
  • FIG. 10 shows two exemplary embodiments of a method flow chart of a method according to the invention and corresponding processing steps of a coin data set
  • 11 shows an exemplary embodiment of a method flow chart of a method according to the invention and corresponding processing steps of a coin data set
  • FIG. 12 shows an exemplary embodiment of a method flow chart of a method according to the invention and corresponding processing steps of a coin data record
  • FIG. 13 shows an exemplary embodiment of a method flow chart of a method according to the invention and corresponding processing steps of a coin data record
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a payment system BZ according to the invention.
  • the blocks and arrows of the payment system BZ shown in dashed lines are optional.
  • the payment system BZ includes at least two security elements SEI and SE2.
  • the SEI and SE2 can be placed ready for operation in respective terminals M1 and M2 and logically or physically connected to the respective terminal M1 and M2.
  • the payment system in FIG. 1 also contains an issuer instance 1 which generates the electronic coin data record C.
  • a register data record, RDS for example a masked electronic coin data record Z, is generated for the electronic coin data record C and registered 104 in a coin register 2 of the payment system.
  • the electronic coin data record C is output in step 102 by the issuer entity 1 to the first terminal Ml.
  • the register data record RDS for example the masked electronic coin data record Z, is output in step 104, for example by the issuing entity 1 directly or via the first terminal M1 to the coin register 2.
  • the register data set RDS for example the masked electronic coin data set Z, is alternatively generated by the first terminal M1 (or second terminal M2) and sent to the coin register 2 in step 104.
  • a request 210 from a central bank or a subscriber unit TE or a commercial bank for the generation of an electronic coin data set is received by the issuing entity 1 .
  • the issuer instance 1 has a coin generation unit 11 and a coin dispensing unit 12. Both units 11, 12 are separate from one another and have an air gap 13.
  • the air gap 13 serves to ensure that the highly sensitive, security-relevant data of the payment system BZ that is present in the issuing authority 1, in particular one or more private keys PK and a random number generator, are not read out via a network attack on the issuing authority 1 and used for manipulations in the payment system BZ be able.
  • the coin generation unit 11 should be completely isolated.
  • the coin generation unit 11 is designed without an interface to a network, such as TCP/IP, the Internet, the cellular network, etc., and without an interface to other end devices, such as NFC or Bluetooth.
  • a network such as TCP/IP, the Internet, the cellular network, etc.
  • other end devices such as NFC or Bluetooth.
  • the air gap process 13 is explained in detail in FIG.
  • the electronic coin data set C to be generated is requested from the issuer entity 1 in step 210 .
  • the query 210 may have been generated by a central bank.
  • a subscriber unit TE requests the electronic coin data record C.
  • Steps 104 and 105 may correspond to steps 104 and 105 of FIG.
  • An action (split, connect, switch, transfer, redeem, change) on the eMD C can correspond to one of the actions of FIGS. 8 to 12.
  • a real random number is generated by means of a random number generator as the concealment amount n.
  • the concealment amount n is known in the direct transaction layer 3 and also in the issuer entity 1, it is secret for the other entities of the payment system BZ, ie also for the coin register 2.
  • the concealment amount n is linked to a monetary amount Ui.
  • the electronic coin data set C can include at least one test value p.
  • the test value p maps the above return condition.
  • the electronic coin data record C can include a coin identifier.
  • the coin identifier is, for example, a unique number that is unique in the BZ payment system.
  • the coin identifier M-ID is a random number generated by the issuer entity 1 or a serial number.
  • a valid electronic coin record C can be used for payment.
  • the owner of the two values Ui and n therefore owns the digital money.
  • the digital money is defined by a pair consisting of a valid electronic coin data set Ci and a corresponding register data set RDSi, for example a masked electronic coin data set Zi.
  • This function f(Ci) is public, i.e. every system participant can call up and use this function.
  • This function f(Ci) is defined according to equation (3):
  • H and G are generator points of a group G in which the discrete logarithm problem is hard, with the generators G and H for which the discrete logarithm of the other base is unknown .
  • G and H are generator points of an elliptic curve encryption, ECC, - ie private keys of the ECC are.
  • Equation (3) is a "Pederson commitment for ECC" that ensures that the monetary amount Ui can be granted to a coin register 2, i.e. "committed”, without revealing it to the coin register 2.
  • the RDS can also include an amount category in addition to the masked coin data record Zi.
  • the amount category is a pseudonymised form of the monetary amount Ui of the electronic coin data record C.
  • the amount category is a range specification (from to) in which the monetary amount Ui lies.
  • the amount category is a range threshold value (greater than; smaller than), above or below which the monetary amount Ui lies.
  • the amount category is a rounded value of the monetary amount Ui.
  • the amount category is a rounded up value of the monetary amount Ui. This means that the RDS is pseudonymous in terms of amount and identity.
  • the RDS can include a coin identifier M-ID in addition to or instead of the masked coin data record Zi. This creates a clear reference to the electronic coin data set C in the RDS.
  • the RDS may comprise a pseudonym P of the subscriber unit. The pseudonym can be managed in the person assignment 7 . This means that the RDS is anonymous in terms of amount and pseudonymous in terms of identity.
  • the RDS can also include a check value p of the coin data set. In the following, for the sake of simplicity, an RDS can be equated with a masked coin data set Z, since this is a very preferred embodiment.
  • the RDS for example the masked coin data set Zi, is sent (revealed) to the coin register 2, which is shown in FIG. 1 as step 104 (registration, registration request).
  • the RDS can be provided by the issuing authority 1 for the coin register 2 .
  • the RDS is preferably generated in the coin generator 11, but can also be generated in the coin dispensing unit 12. Even if encryption based on elliptic curves is or is described in the present example, another cryptographic method based on a discrete logarithmic method would also be conceivable.
  • equation (3) enables a cryptographically strong Zi to be obtained even with a small value range for monetary amounts Ui.
  • a simple brute force attack by merely estimating monetary amounts Ui is practically impossible.
  • Equation (3) is a one-way function, which means that computing Zi from Ci is easy because an efficient algorithm exists, whereas computing Ci from Zi is very difficult because there is no polynomial-time solvable algorithm.
  • equation (3) is homomorphic for addition and subtraction, which means that:
  • Equation (9) can be used in a simple way to check “symmetrical or asymmetrical splitting” processing or a “symmetrical or asymmetrical splitting” processing step 110 of a coin data set according to FIG. 8 or 12 without the coin register 2 being aware of Ci , Q, C k has.
  • the condition of equation (9) is checked to validate split coin data sets Q and C k and invalidate coin data set Ci.
  • Such a splitting 110 of an electronic coin record Ci is shown in FIG. 8 or 12.
  • Electronic coin data records C can also be combined (connected) 109 in the same way, see FIG. 9 or 11 and the explanations thereon.
  • a ring signature is preferably used for each bit
  • Cij - aj H (9d) it being possible in one embodiment to carry out a ring signature only for specific bits.
  • the embodiment of the payment system BZ shown in FIG. 1 shows in particular the generation of an electronic coin data record C for direct issue to a subscriber unit TE1 (step 102).
  • the issuance to the subscriber unit TE1 takes place indirectly via a bank entity 4 through steps 102' (providing the eMDS C to the bank 4) and in the subsequent step 102" (providing the eMDS C to the TE1).
  • the generation of the RDS by the publishing entity 1 is initially only optional here and can also be carried out by the subscriber units TE1, TE2.
  • FIG. 2 shows a further development of the payment system BZ shown in FIG. Reference is hereby made to the explanations of FIG. 1 in order to avoid repetition.
  • the deactivation of a coin data record C is described in FIG.
  • a subscriber unit TE1 decides to deactivate and return the coin data set C and sends a deactivation request in step 111.
  • This step 111 can be the mapping of a subscriber's request, namely to credit a monetary amount of a coin data set to the subscriber's account, or it can be based on the evaluation of a test value pi, at which it was determined that the coin data set meets the criteria for a return, for example the expiration of a period of validity, the reaching of a return time, the reaching of an "age" (number of transmissions and modifications) or the reaching of a threshold value Not using the coin record C.
  • Step 111 is indicated to the coin dispensing unit 12 directly.
  • the display can also take place indirectly via the bank entity 4 (similar to receiving the coin data record), which is illustrated in FIG. 2 by steps 111' and 111''.
  • step 111 the monetary amount is credited to an account of the participant or cash is issued at an output compartment of the unit 12 in the following step (not shown).
  • step 212 shown a deactivation command is sent to coin register 2, to delete the RDS register data set from coin register 2 or to switch it to invalid there.
  • the RDS of the deactivated (credited) coin data record is deleted from coin register 2 (RDS crossed out).
  • FIG. 3 shows a development of the payment system BZ shown in FIG. Reference is hereby made to the explanations of FIG. 1 in order to avoid repetition.
  • the coin generation unit 11 generates the coin data set C and also the register data set RDS. In order to mark the register data record RDS as trustworthy, the coin generation unit 11 signs the generated register data record RDS with a private key PK of the issuer entity 1.
  • the combination of electronic coin data record C, register data record RDS and signed register data record [RDS]Sig(PK) is Expression Ai, represented for example as a QR code.
  • This expression Ai is provided to the coin dispensing unit 12 via the air gap process 13 .
  • the expression Ai is read in by means of a reading unit 160, for example a QR code scanner, in order to obtain the electronic coin data record C.
  • the coin generation unit 11 generates metadata MC, which is added to the expression Ai or made available to the coin dispensing unit 13 as an independent transmission.
  • the unit 160 checks the uniqueness of the coin data record Ci, for example by comparing the metadata MCi with metadata of the coin data records C existing in the payment system BZ. For example, a serial number or a coin identifier is used for this check. If the uniqueness of the coin data record Ci is confirmed, it is stored in the coin store 170 of the issuer entity 1 and (time-uncorrelated) is output to a subscriber unit TE in step 102 .
  • the RDS can be made available to the coin register 2 after checking for uniqueness or only when a TE or the bank entity 4 requests a coin data record Ci. The provision of the RDS in step 102 to the coin register 2 enables the coin data set Ci to be registered in the payment system BZ.
  • the RDS and the signed [RDS]Sig(PK) are provided.
  • the signature of the signed [RDS]Sig(PK) can be checked in the coin register 2 and if the check is successful, the RDS is registered as valid in the coin register 2.
  • the coin register 2 only receives the signed register data set [RDS]Sig(PK).
  • the signature can be checked in the coin register 2 with the public key of the issuing authority 1 and if the check was successful be registered as valid in coin register 2 by the RDS.
  • At least one test value p can also be carried as a further data element in the electronic coin dataset C.
  • This counter value pi can be managed in the payment system BZ in order to determine whether the coin data set C is to be returned.
  • Each action on the coin record C increases this counter value pi.
  • Different action types weight the counter value pi differently, so that, for example, a direct transfer of the coin data set C has a higher weight than a modification (split, combine, switch). In this way, the service life and the actions carried out in a coin data record C are evaluated and criteria for its return are defined according to the actions carried out.
  • the test value pn and also the counter value p map the life cycle of the coin data set C, on the basis of which a decision is then made about a return.
  • an RDSi is calculated from the electronic coin data record Ci, for example a masked electronic coin data record Zi, for example in the SEI, using equation (3) and this RDSi is registered in the coin register 2 together with the test value pi.
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment of a publishing instance 1 from FIGS. 1 to 4. the explanations in these figures are omitted to avoid repetition.
  • the receiving unit 150 of the coin dispensing unit 12 provides the request 210 to the coin generation unit 11 via the air gap process 14 .
  • An optoelectronic interface can be used here.
  • the reading unit 120 of the coin generation unit 11 causes the coin generator 140 to generate the electronic coin data set, possibly also from the RDS and the signed RDS.
  • the output unit 130 of the coin generation unit 11 creates an expression A which represents the coin data set C.
  • the coin generation unit 11 preferably has no network interface or direct data transmission connection to another terminal device or a switching center (router, switch, hub) in order to ensure that the random number generator RND contained in the coin generator 140 and the private key PKi used for signing the issuing authority 1 cannot be compromised by network attack.
  • the expression Ai has an alphanumeric character string.
  • the printout has at least one optoelectronically readable code, for example a two-dimensional code such as a QR code or a one-dimensional code such as a barcode.
  • the printout has at least one laser engraving, one watermark and/or one embossing.
  • the printout A is printed on a paper substrate, preferably on a substrate free of security elements, for example plain white paper, in banknote format.
  • the coin generation unit 11 can thus be part of a classic cash production machine, for example a banknote production machine.
  • printout A is made on paper in DIN A4 format.
  • a conventional printer can then be used in the coin generating unit 11.
  • several different electronic coin data records are arranged on a printout, for example on a DIN A4 page. This allows a number of coin data records C to be transmitted simultaneously via the air gap process 13 in a practical manner, so that the transmission is significantly more efficient.
  • the coin dispensing unit 11 is a bank note processing machine.
  • the reading devices provided in banknote processing machines such as a scanner 160, can be used to read in the printouts A.
  • a data check in the unit 160 recognizes duplicate coin data sets C in the payment system BZ and immediately destroys the printout (shredding or sorting out).
  • a destruction unit 180 is provided in the coin dispensing unit 12 for this purpose.
  • This printout destroying unit 180 for destroying invalid printouts A may destroy invalid printouts A such as unreadable printouts or detected duplicate electronic coin records (represented by the printouts). This means that no unchecked electronic coin data set C leaves the coin dispensing unit 12.
  • a check can be checked, for example, using metadata MC or register data of a database of the payment system BZ to which the coin dispensing unit 12 has access. For example, serial numbers, a coin identifier or similar data elements can be checked for duplicates in the payment system BZ.
  • a destruction unit 150 is, for example, a mechanical dismembering device (shredder) with which the printouts are physically dismembered and ultimately destroyed.
  • the shredder unit 150 is a reject bin into which the invalid printouts are deposited.
  • Such destruction units 150 could be destruction units of bank note processing machines.
  • the transmitted electronic coin data record Ci is received as Ci* in TE2.
  • the TE2 With the receipt of the electronic coin data set Ci*, the TE2 is in possession of the digital money that the electronic coin data set Ci* represents. With the direct transfer 105 it is available to the TE2 for further actions.
  • SEI Due to the higher degree of trustworthiness when using SEs, SEI, SE2 can trust one another and, in principle, no further steps are necessary for the transmission 105 . However, the SE2 does not know whether the electronic coin data set Ci* is actually valid. To further secure the transmission 105, further steps can be provided in the method, as will be explained below.
  • another RDS for example the masked transmitted electronic coin data set Zi*
  • the RDS ie, for example, the masked transmitted electronic coin data set Zi*
  • the RDS is then transmitted to the coin register 2 in step 104 and searched for there. If both RDSs match with regard to the same coin data set C, i.e. for example a match with a registered and valid masked electronic coin data set Zi, the validity of the received coin data set Ci* is displayed to the SE2 and it applies that the received electronic coin data set Ci* is equal to the registered electronic Coin record Ci is.
  • the validity check can be used to determine that the electronic coin data record Ci* received is still valid, ie that it has not already been used in another processing step or in another transaction/action and/or has undergone further modification was.
  • the received electronic coin data record is preferably switched.
  • the electronic coin data set Ci authorizes payment, ie to carry out a transaction successfully, in particular if the coin data set Ci is valid, for example if the electronic coin data set Ci has an active status. The status is preferably only set to an active status upon receipt of the deletion confirmation from the SEI.
  • the masked electronic coin data sets Zi are stored in the coin register 2, for example a public database. registered. This registration 104 first makes it possible to check the validity of the electronic coin data set Ci, for example whether new monetary amounts were (illegally) created.
  • the masked electronic coin data sets Zi are stored in the coin register 2.
  • All processing of the electronic coin data record Zi is registered there, whereas the actual transmission of the digital money takes place in a (secret, ie not known to the public) direct transaction layer 3 of the payment system BZ.
  • monitoring of the coin data set C and the subscriber unit TE can be recorded in a monitoring register 6 in this payment system BZ.
  • the electronic coin data sets C can be modified to prevent multiple spending or to ensure more flexible transmission 105 .
  • Examples of operations are listed in Table 1 below, whereby a corresponding processing step is also carried out with the specified command:
  • Table 1 Number of operations that can be carried out per processing of a C in the TE or the publisher instance
  • Table 1 shows that for each coin data set, each of the processing (modification) “Create”, “Return”, “Split”, “Connect” and “Switch” different operations “Create Signature”; “Create random number”; “Create Mask”; “Range check” can be provided, with each of the processing operations being registered in the coin register 2 and appended there in unchangeable form to a list of previous processing operations for masked electronic coin data sets Zi.
  • the processing operations “Create” and “Return” an electronic coin data set C are only carried out in secure locations and/or only by selected entities, for example the issuing entity 1, while the operations of all other processing operations are carried out on the subscriber units TE, i.e. the terminals M or whose security elements SE can be executed.
  • the number of operations for each processing is marked in Table 1 with "0", "1" or "2".
  • the number “0” indicates that a subscriber unit TE or the Issuer entity 1 does not have to perform this operation for this processing of the electronic coin data set C.
  • the number “1” indicates that the subscriber unit TE or the issuer entity 1 must be able to perform this operation once for this processing of the electronic coin data record C.
  • the number “2” indicates that the subscriber unit TE or the issuer entity 1 must be able to carry out this operation twice for this processing of the electronic coin data record.
  • one embodiment can also provide for an area check to be carried out by the publishing entity 1 when creating and/or deleting.
  • Table 2 below lists the operations required for the coin register 2 and/or the monitoring register 6 for the individual processes:
  • Table 2 Number of operations that can be performed per processing of a C in the coin register Other operations not listed in Table 2 may be required. Instead of the implementation listed, other implementations are conceivable which imply other operations. All of the operations in Table 2 can be performed in the coin register 2 which, as a trustworthy entity, for example as a server entity, for example as a distributed trusted server, ensures that the electronic coin data records C have sufficient integrity.
  • a trustworthy entity for example as a server entity, for example as a distributed trusted server
  • Table 3 shows the components to be preferably installed for the system participants in the payment system of FIG. 1:
  • Table 3 shows an overview of the components to be used preferably in each system participant, i.e. the issuer instance 1, a participant unit TE and the coin register 2.
  • the subscriber units TE can be designed using an e-wallet for electronic coin data sets Ci (with the test value p, pn pn), i.e. as an electronic wallet with a memory area in which a large number of coin data sets Ci can be stored, and thus, for example, in the form of an application be implemented on a smartphone or IT system of a retailer, a commercial bank or another market participant.
  • the components in the subscriber unit TE as shown in Table 3 are implemented in software. It is assumed that the coin register 2, the trade register 4 and/or the monitoring register 6 is based on a server or on a DLT and is operated by a number of trusted market participants.
  • an RDS relating to the electronic coin data record C can be replaced by an RDS relating to the electronic coin data record C or a modified electronic coin data record C to be registered. This means that (only) current coin data records C that exist in the payment system BZ are maintained as RDS in the coin register 2.
  • FIG. 6 shows a process flow chart of a process 200 for generating and issuing an electronic coin data record C in an issuing entity 1 .
  • a coin request is received in the issuing entity 1, for example the receiving unit 150.
  • the request 101 can be made by a central bank or by a subscriber unit TE or a commercial bank 4 of the payment system BZ.
  • this request is sent to the coin generation unit 11 of the issuing entity 1 by means of the air gap process 14.
  • an electronic coin record is generated (e.g., in coin generator 140).
  • an RDS and a signed RDS can be generated in optional steps 203 and 204.
  • metadata is generated.
  • step 206 the electronic coin data set C using the air-gap process 13, possibly with the RDS and the signed RDS to the Issuer Instance 1 coin dispensing unit sent.
  • An expression A is preferably generated for this purpose.
  • the print A is transported to the coin dispensing unit 12 .
  • a secured transport box (container with optical, mechanical or digital seal or mechanical or digital lock) is used to transmit the printout (or printouts).
  • the printout is brought to a reading section of the coin dispensing unit 12 to be read.
  • a banknote production infrastructure is preferably used.
  • the RDS can be generated if it has not already been generated and transmitted in step 203.
  • FIG. 7 shows a data structure for a coin register 2 of the previous figures. 7 shows data from the coin register 2 for illustration purposes; the masked electronic coin data sets Zi and, if applicable, their processing are registered here.
  • the coin register 2 can be accommodated in a server entity. Register 2 is preferably arranged locally at a distance from the subscriber units TE and is housed in a server architecture, for example.
  • Each processing operation for processing (creating, deactivating, dividing, connecting and switching over) is registered in the coin register 2 and appended there, for example in unchangeable form, to a list of previous processing operations for masked electronic coin data sets Zi.
  • the individual operations or their test results that is to say the intermediate results of processing, are recorded in the coin register 2 .
  • this data structure can also be cleaned up or compressed, if necessary according to predetermined rules, or be provided separately in a cleaned up or compressed form.
  • the respective processing is registered, for example, by corresponding list entries in the database according to FIG. These list entries are the RDS.
  • Each list entry has additional markings 25 to 28 that document the intermediate results of the respective processing that must be carried out by the coin register 2 .
  • the markings 25 to 28 are preferably used as an aid and are discarded after the commands from the coin register 2 have been completed.
  • a coin record can be treated as valid if the necessary checks have been made.
  • An optional marker 29 can indicate the completion of processing, for example. When a processing command is received, the markings 29 are in the “1” state, for example, and are set to the “1” state after all tests have been successfully completed (for markings 25-28) and are set to the “0” state if at least one test has failed.
  • a (completion) marking 29 with the value "2" could indicate, for example, that only the necessary tests were completed and tests that could be made up for were omitted.
  • a possible structure for a list entry of a coin data record includes, for example, two columns 22a, 22b for a predecessor coin data record (Ol, 02), two columns 23a, 23b for a successor coin data record (Sl, S2), a signature column 24 for signatures from Issuer instance(s) 1 and signatures of terminals M, and six marking columns 25, 26, 27a, 27b and 27c and 28.
  • Each of the entries in columns 25 to 28 has three alternative
  • Column 25 indicates whether a validity check in column 22a/b with regard to an electronic predecessor coin data set was successful.
  • the status "1" means that a validity check showed that the electronic coin record of column 22a/b is valid and the status "0" indicates that a validity check showed that the electronic coin record of column 22a/b is invalid and the status indicates that a validity check is not yet completed.
  • a common O-flag both valid is preferred for multiple predecessor coin data sets rather than two separate O-flags.
  • Column 26 indicates whether a first check calculation for the masked electronic coin records was successful. The first check calculation checks in particular whether the command is amount-neutral, ie primarily that the sum of the monetary amounts involved is zero.
  • the "1" state means that a calculation was successful and the "0" state indicates that the calculation was unsuccessful and the state indicates that a calculation is not yet complete.
  • a typical example of a necessary check is checking that the monetary amount is not negative (or that none of the monetary amounts is negative).
  • the second and third area proofs do not affect the validity of the coin record.
  • the area verification in column 27b is used to check whether the monetary amount of the masked coin data record (or each coin data record) is below a maximum amount.
  • the maximum amount can be predetermined system-wide or for specific end device types.
  • a sum of monetary amounts that the subscriber unit TE (sent or received) in a certain period of time - such as 24 hours - is compared with a total limit value or, for example, a number of transactions per time unit for the subscriber unit TE is checked, such as maximum 5 per minute or 100 per day.
  • the limit values can be specified system-wide by the payment system BZ or can be defined for specific subscriber unit types (that is to say subscriber unit-specific). For example, a Type X coffee maker is designed to only dispense four portions of hot beverages per minute and accordingly only allows four coin transactions per minute.
  • Column 28 indicates whether a signature of the electronic coin data record matches the signature in column 24, with status "1" meaning that a validity check revealed that the signature could be identified as that of the issuing authority and the state "0" indicates that a validity check revealed that the signature could not be identified as that of the publisher authority and the state indicates that a validity check has not yet been completed.
  • a change in the status of one of the markings requires the approval of the coin register 2 and must then be stored invariably in the data structure of FIG. Processing is final in anonymous mode (or for an anonymous masked coin data set) if and only if the required markings 25 to 28 have been validated by the coin register 6, i.e. after the corresponding check from state "0" to state "1" or the status "1" was changed.
  • a data structure without final markings 29 is assumed and the validity of anonymous coin data sets is considered first.
  • the coin register 2 looks for the last change affecting the masked electronic coin record Z.
  • the masked electronic coin data record Z is valid if the masked electronic coin data record Z is listed for its last processing in one of the successor columns 23a, 23b if and only if this last processing has the corresponding final marking 25 to 28. It also applies that the masked electronic coin data set Z is valid if the masked electronic coin data set Z is listed for its last processing in one of the predecessor columns 22a, 22b if and only if this last processing failed, i.e. at least one of the corresponding required states of markings 25 to 28 is set to "0".
  • the masked electronic coin record Z is not found in the coin register 2, it is invalid. It also applies that the anonymous masked electronic coin data record Z is not valid for all other cases. For example, if the last processing of the masked electronic coin data record Z is listed in one of the successor columns 23a, 23b, but this last processing never became final, or if the last processing of the masked electronic coin data record Z is in one of the predecessor columns 22a, 22b and this last processing is final.
  • the checks made by coin register 2 and/or monitor register 6 to determine if processing is final are represented by columns 25 through 28:
  • the status in column 25 indicates whether the masked electronic coin record(s). are valid according to predecessor columns 22a, 22b.
  • the status in column 26 indicates whether the calculation of the masked electronic coin record according to equation (10) is correct.
  • the status in column 27a indicates whether the area verifications for the masked electronic coin records Z could be verified successfully.
  • the status in column 28 indicates whether the signature in column 24 of the masked electronic coin data set Z is a valid signature of the issuing authority 1.
  • the status "0" in a column 25 to 28 indicates that the check was unsuccessful.
  • the status "1" in a column 25 to 28 indicates that the check was successful.
  • the status in a column 25 to 28 indicates that no check has taken place.
  • the statuses can also have a different value, as long as it is possible to clearly distinguish between the success/failure of a test and whether a specific test was carried out.
  • the creation in the direct transaction layer 3 by the issuer entity 1 involves choosing a monetary amount Ui and creating an obfuscation amount n, as already described with equation (1). As shown in FIG. 7, no entries/markings are required in columns 22a, 22b, 23b and 25 to 27 during the “generate” processing.
  • the masked electronic coin data set Zi is registered in the successor column 23a. This registration preferably takes place before the transmission 105 to a subscriber unit TE, in particular or already during generation by the issuing entity 1, with equation (3) having to be executed in both cases.
  • the masked electronic coin data record Zi is signed by the issuing authority 1 when it is created, this signature is entered in column 24 to ensure that the electronic coin data record Ci was actually created by an issuing authority 1, with other methods also being possible. If the signature of a received Zi matches the signature in column 24, the marking in column 28 is set (from "0" to "1"). The markings according to columns 25 to 27 do not require a status change and can be ignored. The proof of area is not needed since the coin register 2 can trust that the issuing authority 1 will not issue any negative monetary amounts. In an alternative embodiment, however, it can also be sent by the issuer instance 1 in the create command and can be checked by the coin register 2 .
  • the deactivation 111 i.e. the destruction of money, causes the masked electronic coin data record Zi to become invalid after the issuing authority 1 has successfully executed the deactivation command, see also Fig. 13.
  • the (masked) electronic coin data record to be deactivated can therefore be stored in the coin register 2 no longer process.
  • the corresponding (non-masked) electronic coin records Ci should also be disabled in the direct transaction layer 3.
  • the masked electronic coin data record Zi is to be checked when deactivating whether the signature matches the signature according to column 24 in order to ensure that the electronic coin data record Ci was actually created by an issuing authority 1, although other means can be used for this check. If the signed Zi, which is also sent in the deactivation command, can be confirmed as signed by the issuer authority 1, the marker 28 is set (from "0" to "1"). The markings according to columns 26 to 27 do not require a status change and can be ignored. The markings according to columns 25 and 28 are set after appropriate examination. A processing (modification) is, for example, the "split".
  • the splitting 110 i.e.
  • a first proof of area RI according to column 27a must be provided to show that no monetary amount is negative.
  • a second proof of area R2 in column 27b is not necessary, since the monetary partial amounts of the successor are always smaller than the initial monetary amount of the predecessor.
  • a summary area statement R3 in column 27c is also usually not required (no new monetary amounts).
  • Column 24 is used for entering a generated signature dividing the coin data record subscriber unit TE.
  • connection 109 i.e. the merging of two electronic coin data sets Zi and Z j to form an electronic coin data set Z m
  • the markings 25 to 28 are set in the coin register 2
  • the predecessor column 22a is written with the electronic coin data record Zi
  • the predecessor column 22b is written with Z j
  • the successor column 23b is written with Z m .
  • the marks in columns 25 through 28 require status changes and coin register 2 performs the appropriate checks.
  • a first proof of area RI according to column 27a must be provided to show that no new money was generated.
  • a second proof of area R2 in column 27b makes sense since the new monetary amount of the successor could be greater than a maximum value.
  • a cumulative area statement R3 in column 27c is also generally useful since the terminal device could use newly received predecessors.
  • the marking according to column 28 can be ignored.
  • Column 24 is used for entering a generated signature connecting the coin data record subscriber unit TE. Another processing is, for example, "switching". Switching 108 is necessary when an electronic coin data set has been transferred to another subscriber unit TE and a renewed issue by the transmitting subscriber unit TE is to be ruled out. When switching over, also called “switch”, the electronic coin data record C k received from the first subscriber unit TE1 is exchanged for a new electronic coin data record Ci exchanged for the same monetary amount.
  • the new electronic coin data record Ci is generated by the second subscriber unit TE2. This switching is necessary in order to invalidate (make invalid) the electronic coin data record C k received from the first subscriber unit TE2, thereby avoiding the same electronic coin data record C k being issued again. Since the first subscriber unit TE1 is aware of the electronic coin data set C k , as long as the electronic coin data set C k is not switched, the first subscriber unit TE1 can forward this electronic coin data set C k to a third subscriber unit TE.
  • the switching is effected for example by adding a new fogging amount r to add fogging amount r k of the obtained electronic Münzariansatz C k, n is obtained whereby a fogging amount, known only to the second subscriber unit TE2. This can also be done in the coin register 2.
  • a new fogging amount r to add fogging amount r k of the masked received electronic Münzariansatzes Z k has been added, the monetary amount is, however, remained the same, and therefore, equation (11):
  • the modifications “split” and “connect” to an electronic coin data set can also be delegated from one subscriber unit TE1 to another subscriber unit TE, for example if there is no communication link to the coin register 2.
  • FIG. 8 shows an exemplary embodiment of a payment system BZ according to the invention for the “split”, “connect” and “switch” actions of electronic coin data records C.
  • the first subscriber unit has received the TE1 Münz Scheme Ci and now wants a pay transaction do not perform k with the total monetary amount Ui, but only a partial amount V. To do this, the coin data set Ci is divided. To do this, the monetary amount is first divided:
  • Each of the amounts U j , U k received must be greater than 0 because they are negative monetary amounts are not allowed.
  • the monetary amount Ui is divided symmetrically into a number n of equal monetary partial amounts Uj.
  • Vj vj/n (12a)
  • the number n is an integer greater than or equal to two.
  • masked coin data sets Zj and Zk are obtained from the coin data sets and C k according to equation (3) and registered in the coin register 2 and/or the monitoring register 6 .
  • the predecessor column 22a is written with the coin data set Zi
  • the successor column 23a with Zj and the successor column 23b with Zk Additional information for the area proof (zero-knowledge-proof) must be generated.
  • the markers in columns 25 through 27 need status change and that Coin register 2 and/or the monitoring register 6 carries out the appropriate checks. Column 28 marking and Column 29 statuses are ignored.
  • a signature is calculated in the respective subscriber unit TE.
  • n is the number of symmetrically divided coin part data sets.
  • the signature of the k-th partial coin data set k can be checked according to (13c) with the following verification key Sig:
  • Equation 13f The simplification based on Equation 13f makes it possible to completely dispense with zero-knowledge proofs, which means that the use of a symmetrical distribution saves an enormous amount of computing power and data volume.
  • a partial coin data set, here C k is then transmitted from the first subscriber unit TE1 to the second subscriber unit TE2.
  • a switching operation makes sense in order to exchange the electronic coin data record C k received from the first subscriber unit TE1 for a new electronic coin data record Ci with the same monetary amount.
  • the new electronic coin data record Ci is generated by the second subscriber unit TE2.
  • the monetary amount of the coin data record Ci is adopted and not changed, see equation (11).
  • the coin data set Ci to be switched is masked by the equation (3) to obtain the masked coin data set Z ⁇ .
  • FIG. 9 shows an embodiment of a payment system according to the invention for connecting (also called combining) electronic coin data records.
  • the two coin data sets Ci and Q are received in the second subscriber unit TE2.
  • a new coin data record Z m is now obtained by adding both the monetary amounts and the concealed amount of the two coin data records Ci and Q.
  • the obtained coin data C m to be connected is masked and the masked coin data Z m is registered in the coin register 2 .
  • the signature of the second subscriber unit TE2 is entered, since this has received the coin data records Ci and Q.
  • the highest of the two individual check values of the respective electronic partial coin data records Ci and Ci is determined. This highest check value is adopted as the check value Ci and the combined electronic coin record.
  • a new check value is determined from the sum of all check values of the electronic coin part data sets Ci and divided by the product of the number (here two) of the coin part data sets Ci and with a constant correction value.
  • the correction value is constant throughout the system.
  • the correction value is greater than or equal to 1.
  • the correction value is preferably dependent on a maximum deviation of the individual test values of the electronic coin part data sets Ci and/or on a maximum test value of one of the electronic coin part data sets Ci and .
  • the correction value is more preferably less than or equal to 2. This new check value is adopted as the check value of the combined electronic coin data set C m .
  • FIGS. 10 to 14 each show an exemplary embodiment of a method flowchart of a method 100. FIGS. 10 to 14 are explained together below.
  • a coin data record C is requested and provided by the issuer entity 1 to the first subscriber unit TE1 after the electronic coin data record has been created in step 102.
  • a request 210 from a central bank 1a is used in the issuing entity 1 in order to generate an eMDS C.
  • the procedure is in accordance with the steps from the process flow diagram of the process 200 according to FIG. 6 .
  • the eMDS C is generated and provided as a printout A to the coin dispensing unit 12 in the air gap process 206 .
  • the unit 12 receives the eMDS C and the signature of the issuer (as a security value) and optionally creates the RDS in step 207.
  • the RDS is registered with the coin register 2 in step 104, provided the signature is valid.
  • the query 101 provides the eMDS C in step 209 (102) to the TE1.
  • the request 210 of a central bank 1a is used in the issuing entity 1 in order to generate an eMDS C.
  • the request is routed to the unit 11 in step 201, preferably as an air gap process.
  • the procedure is in accordance with the steps from the process flow diagram of the process 200 according to FIG. 6 .
  • steps 202, 203, 204 the eMDS C, the RDS and the signed RDS are generated and made available as a printout A to the coin dispensing unit 12 in the air gap process 206.
  • the unit 12 receives the eMDS C, the RDS and the signed RDS.
  • step 104 the RDS and the signed RDS are registered with the coin register 2.
  • the query 101 provides the eMDS C in step 209 (102) to the TE1.
  • the signed RDS is provided by the unit 12 to the coin register 2 and the RDS is generated in the TE1 and then sent to the coin register 2 (shown in dashed lines).
  • a signed masked electronic coin record is sent to coin register 2 in step 103.
  • the received electronic coin data record Ci is masked according to equation (3) and signed in step 103p according to equation (3a).
  • step 104 the masked electronic coin data Zi is registered in the coin register 2 .
  • the subscriber unit TE1 the received electronic
  • step 105 the coin data record Ci is transmitted in the direct transaction layer 3 to the second subscriber unit TE2.
  • steps 106 and 107 a validity check is carried out with prior masking, in which the coin register 2 confirms the validity of the coin data set Zi or Ci if the case is good.
  • a received coin data set C k is then switched over (of course, the received coin data set Ci could also be switched over) to a new coin data set Ci, whereby the coin data set C k becomes invalid and double issuance is prevented.
  • the monetary amount v /, - of the transmitted coin data record C k is used as the "new" monetary amount ui.
  • the concealment amount n is created.
  • the additional obfuscation amount r add is used to prove that no new money (in the form of a higher monetary amount) was generated by the second subscriber unit TE2.
  • a signature S k is created by the first subscriber unit TE1 or the second subscriber unit TE2 and stored in the coin register 2 .
  • a signature Si could also be created and stored in the coin register 2 if transmitting subscriber units TE were registered instead of receiving subscriber units TE.
  • step 108 the appropriate test is performed in the Münzregister 2.
  • Z is k in the gaps 22a as shown in Table in Fig. Entered 7 and column 23b of the rewritten Münz Scheme Zi. If it is effected then a check in the Münzregister 2 if Z k is (still) valid, i.e. whether the last processing of Z k is entered in one of the columns 23a/b (as proof that Z k was not split further or deactivated or connected) and whether a test for the last processing failed .
  • Zi is entered in column 23b and the markings in columns 25, 26, 27 are initially set to "0". A check is now made as to whether Zi is valid, using the check according to equations (16) and (17).
  • the mark in column 25 is set to “1”, otherwise to “0”.
  • the signature Si is then verified with the public verification key correspondingly present in the coin register 2 and logged accordingly. If all tests were successful and this was recorded in the coin register 2 in an unchangeable manner, the coin data record is considered switched. Ie the coin data set C k is no longer valid and the coin data set Ci is valid immediately.
  • a double issuance is no longer possible if a third subscriber unit TE requests the validity of the coin data record (issued twice) from the coin register 2 and/or the monitoring register 6 .
  • the signature it can be checked in pseudonymous mode whether the second subscriber unit TE2 has exceeded a limit value for monetary amounts. The check is carried out with regard to a unit of time, for example a daily limit value could be monitored with it. If the limit value is exceeded, the coin register 2 initially refuses to switch over the coin data record Ci and requests the second subscriber unit TE2 to deanonymize itself. Depending on the system, deanonymized switching may be permitted.
  • two coin data records C k and Ci are connected to a new coin data record C m , as a result of which the coin data records C k , Ci become invalid and double dispensing is prevented.
  • the monetary amount u m is formed from the two monetary amounts and U k Ui.
  • the concealment amount r m is formed from the two concealment amounts r k and r i .
  • the masked coin data set Z m to be connected is obtained by means of equation (3) and this (together with other information) is sent to the coin register 2 and connection is requested as processing.
  • a signature S k and a signature Si are generated and communicated to the monitoring register 6 and/or the coin register 2 .
  • step 109' the corresponding check is carried out in coin register 2.
  • Z m is entered in column 23b according to the table in FIG. 7, which is also equivalent to a paraphrase.
  • a check then takes place in the coin register 2 as to whether Z k and Zi are (still) valid, i.e. whether the last processing of Z k or Zi is entered in one of the columns 23a/b (as proof that Z k and Zi were not further split or disabled or merged) and whether a check for the last processing failed.
  • the markings in columns 25, 26, 27 are initially set to "0".
  • a check is now made as to whether Z m is valid, in which case the check according to equations (16) and (17) can be used.
  • the mark in column 25 is set to “1”, otherwise to “0”.
  • the signature it can be checked whether the second subscriber unit TE2 has exceeded a limit value for monetary amounts. The check is carried out with regard to a unit of time, for example a daily limit value could be monitored with it.
  • a coin data set Ci is asymmetrically divided into two partial coin data sets C k and , whereby the coin data set Ci is invalidated and the two asymmetrically divided partial coin data sets C k and are to be validated.
  • the monetary amount u is split into differently sized monetary partial amounts U k and u.
  • the concealment amount r is divided into the two concealment amounts rk and r.
  • the masked coin part data sets Z k and Z j are obtained by means of equation (3) and sent to the coin register 2 with further information, for example the range checks (zero-knowledge proofs), and the splitting is requested as processing.
  • a signature Si is created and sent to the coin register 2 .
  • step 110' the corresponding check takes place in the coin register 2 and/or the monitoring register 6.
  • Z j and Z k are entered in the columns 23a/b according to the table in FIG.
  • a check is then made in the coin register 2 to determine whether Zi is (still) valid, i.e. whether the last processing of Zi is entered in one of the columns 23a/b (as proof that Zi was not further divided or deactivated or connected) and whether a check for the last processing failed.
  • the markings in columns 25, 26, 27 are initially set to "0".
  • a check is now made as to whether Z j and Z k are valid, in which case the check according to equations (16) and (17) can be used.
  • FIG. 27 shows an exemplary deactivation according to the invention.
  • a deactivation request 111 is sent to the coin dispensing unit 12 by the TE1.
  • the coin dispensing unit 12 creates a delete request 212 and sends it to the coin register 2 in order to delete the RDS for the eMDS C to be deactivated.
  • the monetary amount of the eMDS C is credited to the participant's account.
  • U j U j Split monetary amount ui , Monetary amount of an electr.
  • Coin data set To Monetary amount of an electr. to be connected/connected.
  • Coin record pi coin record aging counter value n Obfuscation amount, random number h, h Obfuscation amount of a split electronic coin record r m Obfuscation amount of an electronic coin record to be connected

Landscapes

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Abstract

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

Description

HERAUSGABEINSTANZ UND VERFAHREN ZUM HERAUSGEBEN VON ELEKTRONISCHEN MÜNZDATENSÄTZEN SOWIE BEZAHLSYSTEM
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG Die Erfindung betrifft eine Herausgeberinstanz und ein Verfahren zum Herausgeben von elektronischen Münzdatensätzen in einem Bezahlsystem sowie ein Bezahlsystem.
TECHNISCHER HINTERGRUND DER ERFINDUNG Schutz der Privatsphäre ist ein wichtiger Wert für die Gesellschaft, besonders wenn sehr sensible Daten, wie Zahlungsinformationen, betroffen sind. Sicherheit von Bezahltransaktionen und den dazugehörigen Bezahltransaktionsdaten bedeutet sowohl Schutz der Vertraulichkeit der ausgetauschten Daten; als auch Schutz der Integrität der ausgetauschten Daten; als auch Schutz der Verfügbarkeit der ausgetauschten Daten. Für elektronische Münzdatensätze müssen dabei grundlegende Kontrollfunktionen, insbesondere (1) das Erkennen von Mehrfachausgabe-Verfahren, auch Double-Spending genannt, und (2) das Erkennen von ungedeckten Zahlungen nachgewiesen werden können. Im Fall (1) versucht jemand denselben Münzdatensatz mehrfach auszugeben und im Fall (2) versucht jemand einen Münzdatensatz auszugeben, obwohl er kein Guthaben (mehr) besitzt.
Zudem steigt durch die Vielzahl von Transaktionen eines elektronischen Münzdatensatzes und auch durch die fortschreitende Lebensdauer das Risiko, dass an dem elektronischen Münzdatensatz Manipulation(en) vorgenommen werden. Es soll perspektivisch möglich sein, ganz auf Bargeld (Banknoten und analoge Münzen), zumindest aber auf analoge Münzen, zu verzichten.
In der US 5,872,844 A ist ein elektronisches Bezahlsystem beschrieben. Elektronische Münzdatensätze (assets) werden in dem System von einer zentralen Institution ausgegeben. Die elektronischen Münzdatensätze werden von einem Endgerät (wallet) des Zahlers auf ein Endgerät des Zahlungsempfängers übertragen. Das Endgerät des Zahlungsempfängers reicht die übertragenen Münzdatensätze routinemäßig für eine mögliche Prüfung ein. Ein Betrugserkennungssystem entnimmt Stichproben von den zur Prüfung eingereichten Münzdatensätzen, um „schlechte“ Münzdatensätze aufzudecken, die in betrügerischer Weise verwendet wurden. Bei einer solchen Aufdeckung identifiziert das Betrugserkennungssystem die das Endgerät, das den schlechten Münzdatensatz verwendet hat, und kennzeichnet sie als „schlechtes Endgerät“. Das Betrugserkennungssystem stellt eine Liste derartiger schlechter Endgeräte zusammen und verteilt die Liste, um anderen Endgeräten vor den schlechten Endgeräten zu warnen. Wenn ein schlechtes Endgerät anschließend versucht, Münzdatensätze auszugeben (ob in betrügerischer Absicht oder nicht), wird der beabsichtigte Empfänger die Liste der schlechten Endgeräte überprüfen und eine Bezahltransaktion mit dem schlechten Endgerät nicht ausführen.
Dieses bekannte System ist nicht anonym, denn ein Teilnehmer generiert aus einer Identitätsnummer ein Pseudonym, das sowohl für die Bezahltransaktionen zum anderen Teilnehmer als auch bei der Generierung und Ausgabe der elektronischen Münzdatensätze von der Institution verwendet werden muss. Die ausgegebenen elektronischen Münzdatensätze enthalten zudem zwingend eine Signaturkette, wodurch der Speicherbedarf des elektronischen Münzdatensatzes pro Bezahltransaktion größer wird, der elektronische Münzdatensatz also wächst. Endgeräte, die nicht vertrauenswürdig sind, werden an dem System gar nicht zugelassen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Herausgeberinstanz, ein Verfahren und ein Bezahlsystem zu schaffen, in denen eine Bezahltransaktion zwischen Teilnehmern eines öffentlichen Bezahlsystems sicher, flexibel und einfach ausgestaltet ist. Dabei soll insbesondere eine direkte und anonyme Bezahlung zwischen den Teilnehmern des Bezahlsystems geschaffen werden. Die ausgetauschten elektronischen Münzdatensätze sollen vertraulich gegenüber anderen Systemteilnehmem sein, aber jedem Systemteilnehmer erlauben, grundlegende Prüfungen an dem elektronischen Münzdatensatz durchzuführen, nämlich (1) das Erkennen von Mehrfach-Ausgabe- Versuchen; (2) das Erkennen von Versuchen mit nicht vorhandenen monetären Beträgen zu zahlen und (3) das Erkennen von Rückgabekriterien für bereits ausgegebene Münzdatensätze, beispielsweise dass ein elektronischer Münzdatensatz verfallen soll.
Es ist insbesondere eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, elektronische Münzdatensätze sicher zu generieren und herauszugeben, um zu verhindern, dass ein Angreifer Münzdatensätze ausgeben kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die gestellten Aufgaben werden mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Die Aufgabe wird insbesondere durch eine Herausgabeinstanz zum Herausgaben von elektronischen Münzdatensätzen in einem Bezahlsystem, mit einer Münzgenerierungs-Einheit, eingerichtet zum Erzeugen eines elektronischen Münzdatensatzes und einer Münzausgabe- Einheit, eingerichtet zum Erhalten des von der Münzgenerierungs-Einheit erzeugten elektronischen Münzdatensatzes und zum Ausgeben des elektronischen Münzdatensatzes an eine Teilnehmereinheit oder eine Bankinstanz des Bezahlsystems in elektronischer Form, gelöst, wobei die Herausgeberinstanz dazu eingerichtet ist, dass das Übertragen des elektronischen Münzdatensatzes zwischen der Münzgenerierungs-Einheit und der Münzausgabe-Einheit über einen Air-Gap-Prozess erfolgt. Damit wird eine elektrische und/oder elektronische Barriere zwischen der Münzgenerierung und der Münzausgabe geschaffen. Die zur Generierung verwendeten vertraulichen Einheiten und Daten, beispielsweise ein Zufallszahlengenerator oder ein (oder mehrere) privater Schlüsselteil(e), können so in einer Offline-Betriebsumgebung verbleiben und können nicht durch einen Netzwerkangriff, auch als Online-Angreifer bezeichnet, kompromittiert werden. Die Sicherheit bei der Erzeugung der Münzdatensätze ist damit erhöht.
Als Air-Gap (englisch für „Luftspalt“) oder Air-Wall (englisch für „Luftmauer“, in Analogie zu einer Firewall)-Prozess wird hierbei ein Prozess bezeichnet, der die beiden Einheiten (Münzgenerierungs-Einheit und Münzausgabe-Einheit) voneinander trennt, aber dennoch die Übertragung von Nutzdaten, hier elektronischen Münzdatensätzen, zulässt. Ein Air-Gap-Prozess wird hierbei eingesetzt, um die beiden unterschiedlich vertrauenswürdigen Einheiten voneinander zu isolieren, aber dennoch sicherzustellen, dass Daten der jeweils anderen Einheit verarbeitet werden können.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Münzgenerierungs-Einheit ohne elektronische Netzwerk-Schnittstelle ausgestaltet und arbeitet vollständig „offline“. Sämtliche Daten, die der Münzgenerierungs-Einheit zugeführt oder entnommen werden, werden über gesicherte elektrische, elektronische und/oder optische Schnittstellen übertragen. Keine dieser Schnittstellen ist mit einem Netzwerk oder einem anderen Computer oder einem anderen Endgerät verbunden.
Die Münzgenerierungs-Einheit könnte in einer bevorzugten Ausgestaltung eine Schnittstelle zur Wartung oder zum Erhalt eines Auftragseingangs oder zum Ausgeben von Statusberichten über die Münzgenerierungs-Einheit zu einem anderen Endgerät aufweisen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Air-Gap-Prozess zwischen der Münzgenerierungs- Einheit und der Münzausgabe-Einheit dazu eingerichtet, die Münzgenerierungs-Einheit von der Münzausgabe-Einheit physisch, logisch, elektrisch und/oder elektronisch zu trennen. Damit sind beide Einheiten elektrotechnisch voneinander in der Form isoliert. Mit anderen Worten: Eine Datenübertragung findet nicht ausschließlich elektrisch/elektronisch statt. Somit hat ein Angreifer mit Netzwerkfemzugriff auf die Münzausgabeeinheit keinen Zugriff auf die Münzgenerierungs- Einheit. Dem Angreifer ist es deshalb nicht möglich, Daten in die Münzgenerierungs-Einheit einzubringen und/oder Daten von der Münzgenerierungs-Einheit abzugreifen. Dazu fehlt eine (permanente, physische) Datenverbindung (OSI-Schicht 1) zwischen der Münzgenerierungs- Einheit und der Münzausgabe-Einheit.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst der Air-Gap-Prozess zum Erhalten der elektronischen Münzdatensätze in der Münzausgabe-Einheit (zumindest teilweise) eine physische Übertragung des elektronischen Münzdatensatzes zwischen der Münzgenerierungs-Einheit und der Münzausgabe-Einheit. Die elektronischen Münzdatensätze werden insbesondere auf einem portablen Datenträger bereitgestellt, welcher zur Münzausgabe-Einheit transportiert (bzw. physisch übertragen) wird. Als physische Übertragung kann in einer Ausgestaltung eine automatisierte, teil-automatisierte oder manuelle Übertragung - beispielsweise unter Einsatz eines Bedienpersonals - eines körperlich ausgestalteten Repräsentanten des Münzdatensatzes verstanden werden. In dieser Ausgestaltung wird eine physische Repräsentation des elektronischen Münzdatensatzes vom Bedienpersonal zwischen der Münzgenerierungs-Einheit und der Münzausgabe-Einheit transportiert.
Alternativ oder zusätzlich erfolgt das physische Übertragen, beispielsweise der tragbaren Datenträger mit elektronischen Münzdatensätzen, mittels eines gesicherten Transportbehälters. Dabei können abschließbare und/oder mechanisch stabile Metallboxen, wie sie beispielsweise für einen Banknotentransport vorgesehen sind, verwendet werden. In einer Ausgestaltung erfolgt die physische Übertragung in einer Banknoten-Transportbox. Diese Übertragung mittels Transportbox kann wiederum (teil-)automatisiert sein, indem eine physische Repräsentation des erzeugten elektronischen Münzdatensatzes von der Münzgenerierungs-Einheit automatisch in eine Transportbox gefüllt wird. Diese gefüllte Transportbox wird dann zur Münzausgabe-Einheit transportiert. Dort wird die gefüllte Transportbox entleert und der physische Repräsentant des Münzdatensatzes eingelesen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt das Übertragen im Air-Gap-Prozess unter Verwendung von portablen elektronischen Datenspeichern, wie USB-Stick, Speicherkarte, CD, oder ähnlichem. Dafür sind an der Münzgenerierungs-Einheit und der Münzausgabeeinheit entsprechende elektronische Schnittstellen, wie USB-Anschluss, Speicherkarten-Lesegerät oder CD-Laufwerk vorgesehen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist zum Übertragen im Air-Gap-Prozess die Münzgenerierungs-Einheit ferner eingerichtet, einen, den elektronischen Münzdatensatz repräsentierenden, Ausdruck (als physischen Repräsentanten eines elektronischen Münzdatensatzes) zu erzeugen. Die Münzausgabe-Einheit ist dazu eingerichtet, den von der Münzgenerierungs-Einheit erzeugten elektronischen Münzdatensatz Ausdruck einzulesen. Dies stellt eine vergleichsweise einfache Form der Realisierung eines Air-Gap-Prozesses dar. Der Ausdruck kann beispielsweise über mechanische Fördermechanismen in einen Einlese-Bereich der Münzausgabe-Einheit transportiert werden. Auch hierzu können die bereits beschriebene Transportboxen verwendet werden, sodass beispielsweise ein Ausdruck automatisch von der Münzgenerierungs-Einheit in einer Transportbox angeordnet wird, dann zur Münzausgabe- Einheit, insbesondere deren Lesebereich, transportiert wird, und dort eingelesen wird. Der Ausdruck weist zumindest eine alphanumerische Zeichenkette auf. Ein alphanumerisches Zeichen ist zumindest ein Buchstabe eines gegebenen Alphabets sowie die zehn Ziffern von 0 bis 9. Im weiteren Sinne können auch bestimmte Sonderzeichen hinzugezählt werden. Diese Zeichen bilden eine Kette, mit der der Münzdatensatz repräsentiert wird. Das Einlesen erfolgt dann beispielsweise händisch oder durch zeichenerkennendes (optical-character-recognition, OCR) Einlesen in der Münzausgabe-Einheit.
Der Ausdruck weist alternativ oder zusätzlich zumindest einen optoelektronisch lesbaren Code auf, beispielsweise ein zweidimensionalen Code, wie QR-Code oder einen eindimensionalen Code, wie Barcode. Ein münzausgabeeinheitenseitiges Lesegerät, beispielsweise ein Barcode oder QR-Code-Scanner, erfasst den elektronischen Münzdatensatz durch Scannen des Ausdrucks.
Der Ausdruck weist alternativ oder zusätzlich zumindest eine Lasergravur, ein Wasserzeichen und/oder eine Prägung auf. Diese in der Wertdokumente-Herstellung verwendeten Techniken erhöhen die Sicherheit bei der Air-Gap-basierten Übertragung der physischen Repräsentanten (= Ausdrucke) der elektronischen Münzdatensätze.
In einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt der Ausdruck auf Papiersubstrat oder Kunststoffsubstrat. Das Format dieses Substrats ist beispielsweise ein Banknotenformat. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird auf einem sicherheitselementfreien Substrat, beispielsweise weißen Normalpapier, gedruckt. Damit kann die Münzgenerierungs-Einheit ein Teil einer klassischen Bargeld-Herstellungsmaschine, beispielsweise einer Banknoten- Herstellungsmaschine, sein. Die Ausdrucke erfolgen im Format gängiger Banknotenformate, sodass die Banknotenherstellungsmaschinen nicht umgerüstet werden müssten und zur Erzeugung elektronischer Münzdatensätze eine existierende Infrastruktur mitgenutzt werden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt der Ausdruck auf Papier im DIN A4 Format. Sodann kann ein herkömmlicher Drucker in der Münzgenerierungs-Einheit verwendet werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung sind mehrere verschiedenen elektronische Münzdatensätze auf einem Ausdruck, beispielsweise auf einer DIN A4 Seite oder einem Banknotenformat, repräsentiert und dort angeordnet. Damit können in praktischer Weise gleichzeitig mehrere Münzdatensätze über den Air-Gap-Prozess übertragen werden, sodass die Übertragung zwischen der Münzgenerierungs-Einheit und der Münzausgabe-Einheit wesentlich effizienter ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Münzausgabe-Einheit eine
Banknotenbearbeitungsmaschine. Damit können die bei Banknotenbearbeitungsmaschinen vorgesehene Lesegeräte, wie Scanner zum Einlesen der Ausdrucke, verwendet werden. Zudem kann eine Datenprüfung eingesetzt werden, um Münzdatensätze, die bereits im Bezahlsystem vorhanden sind (doppelte Münzdatensätze) zu identifizieren. Zudem kann sogleich eine Vernichtung des Ausdrucks erfolgen, beispielsweise für jeden eingelesen Ausdruck oder nur selektiv für bestimmte Ausdrucke, wie bei erkanntem doppelten Münzdatensatz, erfolgen. Ein Vernichten des Ausdrucks kann beispielsweise mittels Schreddern, Zerstanzen, Verbrennen bzw. mittels Aussortieren und Schreddern/Verbrennen/Zerstanzen/... erfolgen.
Bevorzugt weist die Münzausgabe-Einheit ein Lesegerät (Scanner) zum optoelektronischen Einlesen des Ausdrucks auf. Damit können Barcodes und QR-Codes oder alphanumerische Zeichenketten vereinfacht eingelesen werden.
Nach dem Übertragen mittels des Air-Gap-Prozesses stehen die erzeugten Münzdatensätze (wieder) in elektronischer Form zur Verfügung und können im Bezahlsystem verwendet werden, insbesondere nachdem sie herausgegeben wurden. Bevorzugt weist die Münzgenerierungs-Einheit ein Lesegerät (Scanner) zum optoelektronischen Einlesen einer Generierungsanfrage auf. Somit kann auf eine elektronische Schnittstelle zum Empfangen der Generierungsanfrage verzichtet werden und ein Angreifer hat weniger Möglichkeiten, die Erzeugung der elektronischen Münzdatensätze zu manipulieren. In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Münzausgabe-Einheit ein Prüfgerät zum Prüfen des Ausdrucks auf. Das Prüfgerät bzw. die Prüfeinheit der Münzausgabe-Einheit dient der Identifizierung ungültiger Münzdatensätze (ungültiger Ausdrucke), beispielsweise Münzdatensätze die bereits im Bezahlsystem existieren oder fehlerhafte Münzdatensätze. In einer Ausgestaltung ist in der Münzausgabe-Einheit eine Ausdruckvernichtungseinheit zum Vernichten von Münzdatensätzen (Ausdrucken) vorgesehen. Vernichtet werden vorzugsweise entweder alle Ausdrucke oder selektiv nur bestimmte Ausdrucke, wie ungültige Münzdatensätze. Ungültige Münzdatensätze (Ausdrucke) sind beispielsweise nicht-lesbare Ausdrucke oder erkannte doppelte elektronische Münzdatensätze (repräsentiert durch die Ausdrucke). Eine Vernichtungseinheit ist beispielsweise eine mechanische Zerstücklungseinrichtung (Schredder), mit der die Ausdrucke physisch zerstückelt und im Ergebnis zerstört werden. In einem anderen Beispiel werden die Ausdrucke in der Ausdruckvernichtungseinheit verbrannt (und optional zuvor als ungültig markiert). Zudem kann in der Vernichtungseinheit ein Aussortierfach vorgesehen sein, in der die zu vernichtenden Ausdrucke zwischengespeichert werden. Derartige Vernichtungseinheiten könnten Vernichtungseinheiten von Banknotenbearbeitungsmaschinen sein.
Die Münzausgabe-Einheit verlassen nur erfolgreich geprüfte elektronische Münzdatensätze. Ungeprüfte Münzdatensätze oder für ungültig geprüfte Münzdatensätze verlassen hingegen die Herausgeberinstanz nicht. Eine Prüfung kann beispielsweise anhand von Metadaten oder Registerdaten einer Datenbank des Bezahl Systems, auf das die Münzausgabe-Einheit einen Zugriff hat, geprüft werden. Beispielsweise können Seriennummern, eine Münzkennung oder ähnliche Datenelemente auf doppeltes Vorhandensein in dem Bezahlsystem geprüft werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Münzgenerierungs-Einheit weiter eingerichtet zum Erzeugen von Metadaten über den elektronischen Münzdatensatz. Die Münzausgabe-Einheit ist weiter eingerichtet zum Erhalten der Metadaten, wobei die Herausgeberinstanz dazu eingerichtet ist, dass das Übertragen der Metadaten zwischen der Münzgenerierungs-Einheit und der Münzausgabe-Einheit über den Air-Gap-Prozess erfolgt. Die Übertragung von Metadaten kann zeitlich parallel oder nach der Übertragung der Münzdatensätze zwischen der Münzgenerierungs- Einheit und der Münzausgabe-Einheit erfolgen. Ein Ausdruck könnte sowohl die Metadaten als auch die dazugehörigen Münzdatensätze umfassen. Die Metadaten sind dabei strukturierte Daten, die Merkmale über zumindest einen elektronischen Münzdatensatz enthalten, beispielsweise eine Münzkennung (wie Seriennummer), eine Denomination und/oder eine Stückzahl (pro Ausdruck oder Zeiteinheit) erzeugter elektronischer Münzdatensätze. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Münzgenerierungs-Einheit weiter eingerichtet zum Signieren des elektronischen Münzdatensatzes mit einem privaten kryptografischen Schlüssel(teil) der Herausgeberinstanz. Der erzeugte elektronische Münzdatensatz kann den elektronischen Münzdatensatz und die Signatur aufweisen. Übertragen wird und ausgegeben wird der elektronische Münzdatensatz mit seiner (Münzdatensatz-) Signatur. Damit kann jede Teilnehmereinheit und/oder Bankinstanz, die im Besitz des Münzdatensatzes und des öffentlichen Schlüssel(teil)s der Herausgeberinstanz ist, den Münzdatensatz auf Gültigkeit prüfen, insbesondere ob er von einer vertrauenswürdigen Instanz (der Herausgeberinstanz) herausgegeben wurde. Asymmetrische kryptografische Systeme - wie nur beispielsweise RSA, Rabin, ElGamal oder elliptische Kurven - mit Schlüsselpaaren, die einen öffentlichen und einen geheimen Schlüssel(teil) umfassen, sind hinreichend bekannt. Neben einem Herausgeber-Schlüsselpaar zur Erzeugung von Signaturen für die elektronischen Münzdatensätze, kann die Herausgeberinstanz weitere Schlüsselpaare, die zudem auch unterschiedliche kryptografische Systeme verwenden können, aufweisen.
In bevorzugten Ausgestaltungen kann die Münzgenerierungs-Einheit eingerichtet sein zum Erzeugen von Herausgeber-Sicherungsdaten. Eine mit einem privaten Herausgeber-Schlüsselteil erzeugte Signatur des Herausgebers ist nur ein Beispiel für Herausgeber-Sicherungsdaten. Die Herausgeber-Sicherungsdaten können auch mit anderen Mitteln, wie symmetrischen Schlüsseln, vorbestimmten Pseudo-Zufallszahlenfolgen (wie OTP-Generatoren), XOR-Operationen oder anderen kryptografi sehen Mitteln erzeugt werden. Die Münzausgabe-Einheit erhält über den Air- Gap-Prozess von der Münzgenerierungs-Einheit sowohl den elektronischen Münzdatensatz als auch die erzeugten Herausgeber-Sicherungsdaten.
In der Regel ist die Münzgenerierungs-Einheit weiter eingerichtet zum Erzeugen eines Registerdatensatzes, welcher zur Speicherung in einem Münzregister des Bezahlsystems vorgesehen ist. Vorzugsweise erhält die Münzausgabe-Einheit von der Münzgenerierungs- Einheit über den Air-Gap-Prozess auch den erzeugten Registerdatensatz, also insbesondere den elektronischen Münzdatensatz und den Registerdatensatz. Im Münzregister des Bezahlsystems sind alle gültigen Münzen, vorzugsweise mit ihrem maskierten Münzdatensatz, registriert. Das Erzeugen des Registerdatensatzes umfasst daher in der Regel zumindest ein Erzeugen eines maskierten Münzdatensatzes durch Anwenden einer homomorphen Einwegfunktion auf den elektronischen Münzdatensatz.
Die Münzausgabe-Einheit ist bevorzugt eingerichtet zum Registrieren des elektronischen Münzdatensatz im Münzregister durch Ausgeben des Registerdatensatzes und der Herausgeber- Sicherungsdaten an das Münzregister. Das Herausgeben eines elektronischen Münzdatensatzes durch die Herausgeberinstanz umfasst insofern, sowohl das Ausgeben des elektronischen Münzdatensatzes an den Teilnehmer bzw. die Bankinstanz als auch ein Registrieren im Münzregister. Der Registerdatensatz kann die Herausgeber-Sicherungsdaten zur Speicherung in dem Münzregister umfassen. Im Münzregister wird der Registerdatensatz mit den darin enthaltenen Herausgeber-Sicherungsdaten gespeichert. Alternativ werden die Herausgeber- Sicherungsdaten zusätzlich zu dem zu speichernden Registerdatensatz ausgegeben. Das
Münzregister prüft die Herausgeber-Sicherungsdaten und speichert den Registerdatensatz (nur falls die Prüfung erfolgreich ist). Das Registrieren im Münzregister erfolgt vorzugsweise ebenfalls durch die Herausgeberinstanz. Denkbar ist es jedoch die Herausgeber-Sicherungsdaten (und den Registerdatensatz) an den Teilnehmer bzw. die Bankinstanz zusammen mit dem elektronischen Münzdatensatz auszugeben, welche dann die Herausgeber-Sicherungsdaten (und den Registerdatensatz) an das Münzregister senden.
Ein Registerdatensatz kann eines oder mehrere der folgenden Datenelemente aufweisen: einen maskierten elektronischen Münzdatensatz (Z), insbesondere erzeugt durch Anwenden einer homomorphen Einwegfunktion (f(C)) auf den elektronischen Münzdatensatz
(C); eine Signatur als Herausgeber-Sicherungsdaten, insbesondere als Signatur des elektronischen Münzdatensatzes (C), des Registerdatensatzes (RDS) und/oder eines maskierten elektronischen Münzdatensatzes (Z); einen Bereichsnachweis des elektronischen Münzdatensatzes (C); einen Prüfwert (p,) betreffend den elektronischen Münzdatensatz (C); und/oder einen geldwerten Betrag (u) des elektronischen Münzdatensatzes (C). In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die Münzgenerierungs-Einheit eingerichtet zum Signieren des Registerdatensatzes, insbesondere zumindest eines maskierten elektronischen Münzdatensatzes, mit einem privaten kryptografi sehen Schlüsselteil der Herausgeberinstanz.
Der private kryptografische Schlüsselteil der Münzgenerierungs-Einheit kann ein privater Registerdatensatz-Schlüsselteil sein, der insbesondere unabhängig von weiteren Schlüsseln wäre, wie einem möglichen privaten Münzdatensatz-Schlüsselteil der Münzgenerierungs-Einheit oder einem Authentisierungsschlüssel der Münzausgabe-Einheit. Damit kann ein Münzregister (und auch jeder andere Teilnehmer) des Bezahlsystems, das im Besitz des (maskierten) Münzdatensatzes und des öffentlichen Schlüssels ist, den maskierten Münzdatensatz auf Gültigkeit prüfen, insbesondere ob er von einer vertrauenswürdigen Instanz (der Herausgeberinstanz) herausgegeben wurde.
Die Münzausgabe-Einheit wird sich vorteilhafterweise sowohl bei einem Münzregister authentisieren, insbesondere mit Hilfe eines Authentisierungsschlüssel der Münzausgabe- Einheit, als auch die Herausgeber-Sicherungsdaten an das Münzregister ausgeben. Das Münzregister kann somit zunächst die Berechtigung der Münzausgabe-Einheit prüfen, bevor anschließend (nur nach erfolgreicher Authentisierung) die Korrektheit der Herausgeber- Sicherungsdaten geprüft wird. Die Herausgeber-Sicherungsdaten können insbesondere als Signatur des Registerdatensatzes und/oder eines maskierten elektronischen Münzdatensatzes ausgestaltet sein. Mit Vorteil kann die Münzausgabe-Einheit ein Hardware Security Module, HSM, umfassen, welches den Authentisierungsschlüssel speichert.
Bevorzugt weist die Münzausgabe-Einheit eine Speichereinheit auf, in der die erzeugten elektronischen Münzdatensätze abgelegt sind. Die erzeugten elektronischen Münzdatensätze können dann auf Anfrage von einer Teilnehmereinheit oder von einer Bankinstanz herausgegeben werden. Die Erzeugung der elektronischen Münzdatensätze ist dann zeitlich unkorreliert mit der Ausgabe des elektronischen Münzdatensatzes an die Teilnehmereinheit und/oder die Bankinstanz. Damit wird auf eine Anfrage prompt ein Münzdatensatz von der Herausgeberinstanz bereitgestellt, was eine Benutzerakzeptanz im Bezahlsystem erhöht. Die dazugehörigen Registerdatensätze können bereits bei Ablegen der Münzdatensätze in der Speichereinheit (Münzspeicher) auf Registeranforderung der Herausgeberinstanz in dem Münzregister hinterlegt worden sein.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Münzausgabe-Einheit weiter dazu eingerichtet, eine Deaktivieren- Aufforderung von einer Teilnehmereinheit oder einer Bankinstanz betreffend einen erzeugten elektronischen Münzdatensatz zu empfangen, wobei die Münzausgabe-Einheit weiter dazu eingerichtet ist, eine Deaktivieren-Aufforderung an ein Münzregister betreffend ein Löschen eines Registerdatensatz zu senden. Damit kann die Herausgeberinstanz (als einzige Instanz im Bezahlsystem) einen Münzdatensatz deaktivieren, beispielsweise löschen oder ummünzen oder als ungültig markieren. Die Herausgeberinstanz kann eine Geschäftsbank veranlassen, den monetären Betrag eines deaktivierten/zu deaktivierenden Münzdatensatzes in Buchgeld umzusetzen, beispielsweise auf ein Konto eines Teilnehmers gutzuschreiben, oder in einem Bargeld-Ausgabefach der Münzausgabeeinheit, entsprechendes Bargeld auszugeben.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Herausgeben eines elektronischen Münzdatensatzes durch eine Herausgeberinstanz eines Bezahlverfahrens mit folgenden
Verfahrensschritten vorgesehen: Erzeugen eines elektronischen Münzdatensatzes in einer Münzgenerierungs-Einheit der Herausgeberinstanz; Übertragen des erzeugten elektronischen Münzdatensatzes zwischen der Münzgenerierungs-Einheit und einer Münzausgabe-Einheit der Herausgeberinstanz über einen Air-Gap-Prozess zum Erhalten des erzeugten elektronischen Münzdatensatzes in der Münzausgabe-Einheit; und Ausgeben des elektronischen
Münzdatensatzes an eine Teilnehmereinheit oder eine Bankinstanz des Bezahlsystems in elektronischer Form.
Bevorzugt umfasst das Verfahren weiter ein Erzeugen eines Registerdatensatzes in der Münzgenerierungs-Einheit der Herausgeberinstanz; ein Übertragen des erzeugten elektronischen Münzdatensatzes und des Registerdatensatzes zwischen der Münzgenerierungs-Einheit und der Münzausgabe-Einheit der Herausgeberinstanz über den Air-Gap-Prozess zum Erhalten des erzeugten elektronischen Münzdatensatzes und des Registerdatensatzes in der Münzausgabe- Einheit; und ein Ausgeben des Registerdatensatzes an ein Münzregister des Bezahlsystems zum Registrieren des elektronischen Münzdatensatzes im Münzregister.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Verfahren weiter ein Signieren des Registerdatensatzes mit einem privaten kryptografi sehen Schlüsselteil der Herausgeberinstanz; ein Übertragen des erzeugten elektronischen Münzdatensatzes, des Registerdatensatzes und der Signatur zwischen der Münzgenerierungs-Einheit und der Münzausgabe-Einheit der Herausgeberinstanz über den Air-Gap-Prozess zum Erhalten des erzeugten elektronischen Münzdatensatzes, des Registerdatensatzes und der Signatur in der Münzausgabe-Einheit; und ein Ausgeben des Registerdatensatzes und der Signatur an das Münzregister des Bezahlsystems zum Prüfen und/oder Speichern der Signatur des Registerdatensatzes im Münzregister. Die Signatur wird also nur geprüft und nicht im Münzregister gespeichert, geprüft und dann mit dem Registerdatensatz bzw. als Teil des Registerdatensatzes gespeichert oder ggf. sogar ungeprüft gespeichert. Bevorzugt ist der Air-Gap-Prozess ein physisches oder transportbehältergesichertes Übertragen eines physischen Repräsentanten des elektronischen Münzdatensatzes. Bevorzugt umfasst der Air- Gap Prozess die Verwendung eines portablen Datenträgers, vorzugsweise eines portablen elektronischen Datenspeichers.
Bevorzugt umfasst der Air-Gap-Prozess ein Erstellen eines den erzeugten elektronischen Münzdatensatz repräsentierenden Ausdrucks in der Münzgenerierungs-Einheit und ein Einlesen des Ausdrucks durch die Münzausgabeeinheit zum Erhalten des von der Münzgenerierungs- Einheit erzeugten elektronischen Münzdatensatzes.
Das Verfahren weist bevorzugt weiter ein Empfangen, in der Münzausgabe-Einheit, einer Deaktivieren- Aufforderung von einer Teilnehmereinheit oder einer Bankinstanz betreffend einen erzeugten elektronischen Münzdatensatz; und/oder ein Senden, von der Münzausgabe-Einheit, einer Deaktivieren-Aufforderung an ein Münzregister betreffend ein Löschen eines Registerdatensatz auf.
In einem Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Bezahlsystem zum Bezahlen mit elektronischen Münzdatensätzen gelöst. Das Bezahlsystem ist unter anderem ausgestattet mit einem Münzregister, eingerichtet zum Registrieren der elektronischen Münzdatensätze; mit Teilnehmereinheiten, eingerichtet zum Ausführen von Bezahltransaktionen durch Übertragen der elektronischen Münzdatensätze und zum Senden von Status- und/oder Registrierungsanforderungen betreffend die elektronischen Münzdatensätze und mit einer (zuvor b e schri eb enen) Her au sgeb eri n stanz . Bevorzugt ist das Münzregister eingerichtet, einen von der Herausgeberinstanz ausgegebenen elektronischen Münzdatensatz zu registrieren, insbesondere wenn ein Herausgeber- Sicherungswert für oder in einem im Münzregister zu speichernden Registerdatensatz vorliegt. Weiter vorzugsweise ist das Münzregister zudem eingerichtet, einen von einer Teilnehmereinheit oder einer Bankinstanz modifizierten elektronischen Münzdatensatz nur zu registrieren, wenn er eine Modifikation eines bereits registrierten Münzdatensatzes ist. Im Register ersetzt der (zumindest eine) modifizierte elektronische Münzdatensatz den (zumindest einen) bereits registrierten Münzdatensatz. Registriert wird ein elektronischer Münzdatensatz im Münzregister in Form eines maskierten elektronischen Münzdatensatzes. Teilnehmereinheiten oder Bankinstanzen können eine Status-Anfrage an das Münzregister senden, um zu erfahren ob der elektronische Münzdatensatz gültig ist (also im Münzregister als gültig registriert ist). Teilnehmereinheiten oder Bankinstanzen können aus (zumindest) einem elektronischen Münzdatensatz (zumindest) einen modifizierten elektronischen Münzdatensatz erzeugen, beispielsweise durch Umschreiben, Aufteilen oder Verbinden von elektronischen Münzdatensätzen. Ihren modifizierten Münzdatensatz registrieren Teilnehmereinheiten oder Bankinstanzen in dem Münzregister durch eine Registrierungsanforderung an das Münzregister.
Bevorzugt wird ein elektronischer Münzdatensatz durch Anwenden einer homomorphen Einwegfunktion auf den elektronischen Münzdatensatz maskiert wird, so dass ein maskierter elektronischer Münzdatensatz erhalten wird, der als Registerdatensatz oder als Teil des Registerdatensatzes dient. Der maskierte elektronische Münzdatensatz wird in dem Münzregister des Bezahlsystems registriert. Bevorzugt erfolgt das Registrieren für einen ausgegebenen elektronischen Münzdatensatz des Herausgebers als Erstregistrierung. Der neue Münzdatensatz wird erzeugt ohne die bereits registrierten Münzdatensätze anzupassen. Für einen von einer Teilnehmereinheit oder einer Bankinstanz modifizierten elektronischen Münzdatensatz erfolgt eine Modifikationsregistrierung. Der modifizierte Münzdatensatz ersetzt (betragsneutral) einen zuvor als gültig registrierten Münzdatensatz. Bevorzugt wird ein elektronischer Münzdatensatz durch Anwenden einer homomorphen Einwegfunktion auf den elektronischen Münzdatensatz durch eine Teilnehmereinheit maskiert, um einen maskierten elektronischen Münzdatensatz als Registerdatensatz zu erhalten, wobei der maskierte elektronische Münzdatensatz in dem Münzregister des Bezahlsystems registriert wird. Ein elektronischer Münzdatensatz ist insbesondere ein elektronischer Datensatz, der einen geldwerten (=monetären) Betrag repräsentiert und umgangssprachlich auch als „digitale Münze” oder „elektronische Münze”, englisch „digital/electronic coin“ bezeichnet wird. Dieser geldwerte Betrag kann bei dem Verfahren von einem ersten Endgerät zu einem anderen Endgerät wechseln. Als ein geldwerter Betrag (Vermögenwert) wird im Folgenden ein digitaler Betrag verstanden, der z.B. auf einem Konto eines Geldinstituts gutgeschrieben werden kann, oder gegen ein anderes Zahlungsmittel getauscht werden kann. Ein elektronischer Münzdatensatz repräsentiert also Bargeld in elektronischer Form.
Ein elektronischer Münzdatensatz zum Übertragen von geldwerten Beträgen unterscheidet sich wesentlich von dem elektronischen Datensatz zum Datenaustausch oder Datentransfer, beispielsweise einem Registerdatensatz, da eine klassische Datentransaktion auf Basis eines Frage-Antwort-Prinzips bzw. auf einer Interkommunikation zwischen den Datentransferpartnern, beispielsweise der Teilnehmereinheit und einer der Registerinstanzen (Münzregister, Überwachungsregister, Transaktionsregister) stattfindet. Dabei können im Rahmen von Authentifizierungen, Identifizierungs- bzw. Kennungsdaten ausgetauscht werden, die Rückschlüsse auf eine Teilnehmerkennung und/oder eine Identifizierungsnummer einer natürlichen Person als Nutzer (Teilnehmer) des Bezahlsystems liefern können. Damit ist ein anonymes Bezahlen nicht möglich. Ein elektronischer Münzdatensatz ist dementgegen anonym, einmalig, eindeutig und steht im Kontext eines Sicherheitskonzepts. In einem elektronischen Münzdatensatz sind prinzipiell alle Datenelemente enthalten, die für eine empfangende Instanz benötigt werden. Im Unterschied zum Kopieren von elektronischen Datensätzen, also der Vervielfältigung digitaler Daten, darf ein gültiger elektronischer Münzdatensatz nur ein einziges Mal im Bezahlsystem existieren. Diese Systemvoraussetzung ist insbesondere beim Übertragen von elektronischen Münzdatensätzen zu beachten.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der elektronische Münzdatensatz als Datenelement einen monetären Betrag, also ein Datum, das einen Geldwert des elektronischen Münzdatensatzes darstellt, und als Datenelement einen Verschleierungsbetrag, beispielsweise eine Zufallszahl, auf. Der Verschleierungsbetrag ist dem Münzregister nicht bekannt. Der Verschleierungsbetrag ist - außer in der ersten Schicht (Direkttransaktionsschicht) -ein geheimes Datenelement. Ein elektronischer Münzdatensatz wird durch diese wenigstens zwei Datenelemente (monetärer Betrag, Verschleierungsbetrag) eindeutig repräsentiert. Jeder, der Zugriff auf diese Datenelemente eines elektronischen Münzdatensatzes hat, kann diesen elektronischen Münzdatensatz zum Bezahlen in einer Bezahltransaktion verwenden. Die Kenntnis dieser zwei Datenelemente (monetärer Betrag, Verschleierungsbetrag) ist also gleichbedeutend mit dem Besitz des digitalen Geldes. Dieser elektronische Münzdatensatz kann zwischen zwei Teilnehmereinheiten direkt übertragen werden. Zum Austausch von digitalem Geld (=Bezahltransaktion) ist nur die Übertragung des monetären Betrags und des Verschleierungsbetrags notwendig.
In einer Ausgestaltung weist jeder elektronische Münzdatensatz noch zumindest einen Prüfwert als Datenelement auf, sodass dieser dann aus mindestens drei Daten (monetärer Betrag, Verschleierungsbetrag, Prüfwert) besteht. Die Funktion des Prüfwerts des elektronischen Münzdatensatzes wird später erläutert. In einer Ausgestaltung kann jeder elektronische Münzdatensatz eine Münzkennung als Datenelement aufweisen, wobei die Münzkennung bevorzugt zur Identifizierung eines Registerdatensatzes bezüglich des elektronischen Münzdatensatzes wird. Eine Münzkennung ist ein Datenelement zur eindeutigen Zuordnung des elektronischen Münzdatensatzes im Bezahlsystem. Diese Münzkennung ist bevorzugt eine Zufallszahl. Die Münzkennung (falls verfolgbar) gibt Rückschlüsse über den Lebenszyklus eines elektronischen Münzdatensatzes.
Darüber hinaus kann der elektronische Münzdatensatz weitere Datenelemente aufweisen, beispielsweise welche Währung der monetäre Betrag repräsentiert, von welcher Herausgeberinstanz er erzeugt wurde und/oder eine Signatur einer Herausgeberinstanz.
Um ein Übertragungsprotokoll sicher auszugestalten, werden die elektronischen Münzdatensätze durch jeweiliger Teilnehmereinheiten, beispielsweise durch dort integrierte Sicherheitselemente, verwaltet und auch durch diese übertragen. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Sicherheitselement betriebsbereit in die Teilnehmereinheit eingebracht. Dabei kann die Teilnehmereinheit eine Applikation beinhalten, durch die ein Benutzer (= Teilnehmer) einen Bezahlvorgang steuert und in diesem Bezahlvorgang auf elektronische Münzdatensätze des Sicherheitselements zurückgreift. Die Teilnehmereinheit kann beispielsweise ein mobiles Endgerät, wie z.B. ein Smartphone, ein Tablet-Computer, ein Computer, ein Server oder eine Maschine sein. Ein Übertragen des elektronischen Münzdatensatzes vom (ersten) Sicherheitselement einer ersten Teilnehmereinheit erfolgt beispielsweise zum (zweiten) Sicherheitselement einer anderen Teilnehmereinheit. Dabei kann eine Teilnehm ereinheit-zu-Teilnehmereinheit Übertragungsstrecke aufgebaut werden, über die beispielsweise ein sicherer Kanal zwischen den beiden Sicherheitselementen aufgebaut wird, über den dann das Übertragen des elektronischen Münzdatensatzes erfolgt. Eine auf der Teilnehmereinheit betriebsbereit eingebrachte Applikation (installiert) kann die Übertragung des Münzdatensatzes durch Nutzung von Eingabe- und/oder Ausgabemittel der jeweiligen Teilnehmereinheit initiieren und steuern. Beispielsweise können Beträge von elektronischen Münzdatensätzen angezeigt werden und das Übertragungsverfahren überwacht werden.
Ein neuer elektronischer Münzdatensatz kann im Unterschied zu einem Registerdatensatz nicht von einer Teilnehmereinheit oder dem Münzregister erzeugt werden. Das Erzeugen eines elektronischen Münzdatensatzes (und auch dessen Vernichtung bzw. Löschen) erfolgt durch die Herausgeberinstanz des Bezahl Systems, bevorzugt ausschließlich durch die Herausgeberinstanz des Bezahlsystems.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein Sicherheitselement betriebsbereit in einer Teilnehmereinheit eingebracht. Damit ist sichergestellt, dass Registerdatensätze ohne Manipulationen erzeugt und verschlüsselt und ggf. auch gesendet werden. In einer Ausgestaltung wird der Registerdatensatz im Sicherheitselement erstellt und dann durch die Teilnehmereinheit an das Münzregister versendet.
Ein Sicherheitselement ist eine technische ressourcenbeschränkte Einrichtung. Ein Sicherheitselement ist beispielsweise ein spezielles Computerprogrammprodukt, insbesondere in Form einer abgesicherten Laufzeitumgebung innerhalb eines Betriebssystems eines Endgeräts, englisch Trusted Execution Environments, TEE, oder einer eSIM-Software, gespeichert auf einem Datenspeicher, beispielsweise einer Teilnehmereinheit, wie (mobiles) Endgerät, einer Maschine oder eines Bankautomat. Alternativ oder zusätzlich ist das Sicherheitselement beispielsweise als spezielle Hardware, insbesondere in Form eines gesicherten Hardware-Plattform-Moduls, englisch Trusted Platform Module, TPM oder als eine Chipkarte oder ein eingebettetes Sicherheitsmodul, eUICC, eSIM, ausgebildet. Das Sicherheitselement stellt eine vertrauenswürdige Umgebung bereit und hat damit ein höheres Level-of-Trust als ein Endgerät, in dem das Sicherheitselement ggf. betriebsbereit integriert ist. Das Übertragen eines elektronischen Münzdatensatzes erfolgt bevorzugt zwischen zwei Sicherheitselementen, um eine vertrauenswürdige Umgebung zu schaffen. Dabei erfolgt die logische Übertragung des elektronischen Münzdatensatzes direkt, wohingegen eine physikalische Übertragung eines oder mehrere dazwischenliegende Instanzen aufweisen kann, beispielsweise eines oder mehrere Teilnehmereinheiten zur Herstellung der Betriebsbereitschaft des/der Sicherheitselemente und/oder ein entfernter Datenspeicherdienst, bei dem eine Geldbörsen- Applikation mit elektronischen Münzdatensätzen physikalisch gespeichert sind. Sicherheitselemente können elektronische Münzdatensätze untereinander übertragen und dann direkt - ohne Registerprüfung(en) - weiterverwenden, insbesondere wenn das Bezahlsystem voraussetzt, dass elektronische Münzdatensätze von Sicherheitselementen per se als gültig anzusehen sind. In einer Teilnehmereinheit bzw. einem Sicherheitselement können ein oder mehre elektronische Münzdatensätze sicher abgelegt sein, beispielsweise kann eine Vielzahl von elektronischen Münzdatensätzen in einem exklusiv einer Teilnehmereinheit oder einem Sicherheitselement zugeordneten Datenspeicher gesichert abgelegt sein. Der Datenspeicher stellt dann beispielsweise eine elektronische Geldbörsen-Applikation dar. Dieser Datenspeicher kann beispielsweise intern, extern oder virtuell zum Sicherheitselement sein.
Das erste Sicherheitselement könnte zudem elektronische Münzdatensätze auch von weniger vertrauenswürdigen Einheiten, wie Teilnehmereinheiten, also einem Endgerät oder einer Maschine, erhalten haben, beispielsweise über eine Import/Export Funktion des Sicherheitselements. Derartig erhaltene elektronische Münzdatensätze, die nicht direkt von einem anderen Sicherheitselement erhalten wurden, gelten als weniger vertrauenswürdig. Es könnte eine Voraussetzung des Bezahlsystems sein, derartige elektronische Münzdatensätze auf Gültigkeit mittels des Münzregisters prüfen zu müssen oder durch eine Aktion (Modifikation) durch das empfangende Sicherheitselement, den elektronischen Münzdatensatz auf das empfangende Sicherheitselement umzutragen, bevor dieser weitergegeben werden darf.
Ein Übertragen des elektronischen Münzdatensatzes zwischen dem ersten und dem zweiten Sicherheitselement kann in ein Übertragungsprotokoll zwischen zwei Teilnehmereinheiten integriert sein und/oder in einem sicheren Kanal zwischen zwei Anwendungen der jeweiligen Teilnehmereinheit integriert sein. Zudem kann die Übertragung eine Intemet-Datenverbindung zu einem externen Datenspeicher, beispielsweise einem Online-Speicher, beinhalten.
Der (zu übertragende oder zu modifizierende) elektronische Münzdatensatz ist in einem Münzregister des Bezahlsystems registriert. Damit ist beispielsweise zum Registrieren des elektronischen Münzdatensatzes der Aufbau einer Kommunikationsverbindung zu dem Münzregister vorgesehen. Diese Kommunikationsverbindung muss nunmehr nicht zwangsläufig während des Übertragungsvorgangs (Bezahl Vorgang) vorhanden sein. Vorzugsweise ist das Münzregister zur Verwaltung und Prüfung von maskierten elektronischen Münzdatensätzen vorgesehen. Das Münzregister kann zusätzlich weitere (Nicht-Bezahl-) Transaktionen zwischen Teilnehmereinheiten verwalten und prüfen.
Das Münzregister - als Teil der zweiten Schicht - ist beispielsweise eine Datenbank, in der ein Registerdatensatz erzeugt und/oder abgelegt ist. Ein Registerdatensatz ist ein Datensatz, der es ermöglicht, die Gültigkeit, den Status, die Historie und/oder den Verbleib eines elektronischen Münzdatensatzes zu erfahren und/oder zu verifizieren. Ein Registerdatensatz ist bevorzugt einem elektronischen Münzdatensatz eindeutig zugeordnet. Der Registerdatensatz dient nur der Überprüfung und kann nicht verwendet werden, um anstelle des elektronischen Münzdatensatzes für Bezahltransaktionen verwendet zu werden.
Ein Registerdatensatz weist dabei eines oder mehrere der folgenden Datenelemente auf: eine Signatur des elektronischen Münzdatensatzes; einen Bereichsnachweis eines elektronischen Münzdatensatzes; einen Prüfwert des elektronischen Münzdatensatzes; einen Prüfwert betreffend den elektronischen Münzdatensatz; einen Zählerwert betreffend den elektronischen Münzdatensatz; eine Teilnehmerkennung einer, den Registerdatensatz sendenden
Teilnehmereinheit; einen maskierten elektronischen Münzdatensatz; und/oder einen geldwerten Betrag des elektronischen Münzdatensatz. Alle diese Datenelemente und deren Funktion werden an den geeigneten Stellen definiert. In einer bevorzugten Ausgestaltung stellt das Münzregister einen Registerdatensatz bereit. Der Registerdatensatz weist beispielsweise als Datenelement einen maskierten elektronischen Münzdatensatz korrespondierend zu einem elektronischen Münzdatensatz auf. Der maskierte elektronische Münzdatensatz wurde beispielsweise von einer Teilnehmereinheit oder einer Herausgeberinstanz bereitgestellt. Der Besitz eines maskierten elektronischen Münzdatensatzes erlaubt keine Offenlegung von Datenelementen des (korrespondierenden) elektronischen
Münzdatensatzes, wodurch ein derartiger Registerdatensatz mit (nur) maskierten Münzdatensätzen anonym in Bezug auf eine Teilnehmerkennung und auch anonym bezüglich eines geldwerten Betrags des elektronischen Münzdatensatzes ist. Das Maskieren wird später erläutert.
In einer weiteren Ausgestaltung weist der Registerdatensatz beispielsweise als Datenelemente einen maskierten elektronischen Münzdatensatz und eine Betragskategorie betreffend einen geldwerten Betrag des elektronischen Münzdatensatzes korrespondierend zu dem maskierten elektronischen Münzdatensatz auf. Ein derartiger Registerdatensatz mit maskiertem Münzdatensatz ist identitätsanonym und betragspseudonym. Das Maskieren und auch das Verwenden von Betragskategorien wird später erläutert.
In einer weiteren Ausgestaltung weist der Registerdatensatz beispielsweise als Datenelemente eine Münzkennung eines elektronischen Münzdatensatzes, einen Prüfwert des elektronischen Münzdatensatzes und ein Pseudonym der Teilnehmerkennung auf. Ein derartiger Registerdatensatz ist identitätspseudonym und betragsanonym.
Beispielsweise sind maskierte elektronische Münzdatensätze als Datenelement im Registerdatensatz oder als der Registerdatensatz vorgesehen. Diese maskierten elektronischen Münzdatensätze sind mit ihrer entsprechenden Verarbeitung im Münzregister registriert. Das Maskieren wird später erläutert werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung lässt sich daraus ein Gültigkeitsstatus des (maskierten) elektronischen Münzdatensatzes ableiten. Bevorzugt wird die Gültigkeit der (maskierten) elektronischen Münzdatensätze in dem Münzregister vermerkt (registriert). Modifikationen, wie Umschalten, Aufteilen oder Kombinieren, zu den einzelnen elektronischen Münzdatensätzen werden im Münzregister registriert.
Die Registrierung der Verarbeitung bzw. der Verarb ei tungs schritte für eine jeweilige Modifikation in dem Münzregister kann in einer Ausgestaltung des Bezahlsystems auch das Registrieren von Prüfergebnissen und Zwischenprüfergebnissen betreffend die Gültigkeit eines elektronischen Münzdatensatzes im Münzregister betreffen, insbesondere das Bestimmen von Prüfwerten und Zählerwerten entsprechender elektronischer Münzdatensätze. Ist eine Verarbeitung endgültig, wird dies beispielsweise durch entsprechende Markierungen oder einer abgeleiteten Gesamtmarkierung im Münzregister angezeigt. Eine endgültige Verarbeitung entscheidet sodann, ob ein elektronischer Münzdatensatz gültig oder ungültig ist.
Das Münzregister kann beispielsweise eine dezentrale öffentliche Datenbank sein. Diese Datenbank ermöglicht es auf einfache Weise, elektronische Münzdatensätze bezüglich ihrer Gültigkeit zu prüfen und „Double-Spending“, also Mehrfachausgaben, zu verhindern, ohne dass das Übertragen selbst registriert oder protokolliert wird. Die Datenbank, beispielsweise eine Distributed-Ledger-Technologie, DLT, beschreibt dabei eine Technik für vernetzte Computer, die zu einer Übereinkunft über die Reihenfolge von bestimmten Transaktionen kommen und darüber, dass diese Transaktionen Daten aktualisieren. Es entspricht einem dezentral geführten Verwaltungssystem oder einer dezentral geführten Datenbank.
Alternativ ist das Münzregister eine zentral geführte Datenbank, beispielsweise in Form eines öffentlich zugänglichen Datenspeichers oder als Mischform aus zentraler und dezentraler Datenbank. Beispielsweise sind das Münzregister und das Überwachungsregister als ein Dienste- Server des Bezahlsystems ausgebildet. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird im jeweiligen Verfahren jedem elektronischen Münzdatensatz ein entsprechender maskierter elektronischer Münzdatensatz zugeordnet. Die Kenntnis eines maskierten elektronischen Münzdatensatzes berechtigt nicht dazu, das digitale Geld, das durch den elektronischen Münzdatensatz repräsentiert wird, auszugeben. Dies stellt einen wesentlichen Unterschied zwischen den maskierten elektronischen Münzdatensätzen und den (nicht maskierten) elektronischen Münzdatensätzen dar. Ein maskierter elektronischer Münzdatensatz ist einzigartig und zudem eindeutig einem elektronischen Münzdatensatz zuzuordnen, es gibt also eine 1-zu-l Beziehung zwischen einem maskierten elektronischen Münzdatensatz und einem (nicht-maskierten) elektronischen Münzdatensatz. Das Maskieren des elektronischen Münzdatensatzes erfolgt bevorzugt durch eine Recheneinheit der Teilnehmereinheit. Die Teilnehmereinheit weist zumindest einen elektronischen Münzdatensatz auf. Alternativ kann das Maskieren durch eine Recheneinheit einer den elektronischen Münzdatensatz empfangende Teilnehmereinheit erfolgen.
Dieser maskierte elektronische Münzdatensatz wird durch Anwenden einer homomorphen Einwegfunktion, insbesondere einer homomorphen kryptographi sehen Funktion, erhalten. Diese Funktion ist eine Einwegfunktion, also eine mathematische Funktion, die komplexitätstheoretisch „leicht“ berechenbar, aber „schwer“ bis praktisch unmöglich umzukehren ist. Hierbei wird unter Einwegfunktion auch eine Funktion bezeichnet, zu der bislang keine in angemessener Zeit und mit vertretbarem Aufwand praktisch ausführbare Umkehrung bekannt ist. Somit ist die Berechnung eines maskierten elektronischen Münzdatensatzes aus einem elektronischen Münzdatensatz vergleichbar mit der Generierung eines öffentlichen Schlüssels in einem Verschlüsselungsverfahren über eine Restklassengruppe. Vorzugsweise wird eine Einwegfunktion verwendet, die auf eine Gruppe operiert, in der das diskrete Logarithmusproblem schwer zu lösen ist, wie z. B. ein kryptographi sches Verfahren analog einer elliptischer-Kurve-Verschlüsselung, kurz ECC, aus einem privaten Schlüssel eines entsprechenden Kryptographie-Verfahrens. Die umgekehrte Funktion, also die Erzeugung eines elektronischen Münzdatensatzes aus einem maskierten elektronischen Münzdatensatz, ist dabei - äquivalent zur Erzeugung des privaten Schlüssels aus einem öffentlichen Schlüssel in einem Verschlüsselungsverfahren über einer Restklassengruppe - sehr zeitintensiv. Wenn im vorliegenden Dokument von Summen und Differenzen oder anderen mathematischen Operationen die Rede ist, dann sind dabei im mathematischen Sinn die jeweiligen Operationen auf der entsprechenden mathematischen Gruppe zu verstehen, beispielsweise der Gruppe der Punkte auf einer elliptischen Kurve.
Die Einwegfunktion ist homomorph, also ein kryptographi sches Verfahren, welches über Homomorphie-Eigenschaften verfügt. Somit können mit dem maskierten elektronischen Münzdatensatz mathematische Operationen durchgeführt werden, die parallel dazu auch auf dem (nicht maskierten) elektronischen Münzdatensatz durchgeführt und somit nachvollzogen werden können. Mit Hilfe der homomorphen Einwegfunktion können Berechnungen mit maskierten elektronischen Münzdatensätzen in dem Münzregister und/oder dem Überwachungsregister nachvollzogen werden, ohne dass die entsprechenden (nicht maskierten) elektronischen Münzdatensätze dort bekannt sind. Daher können bestimmte Berechnungen mit elektronischen Münzdatensätzen, beispielsweise für ein Verarbeiten des (nicht maskierten) elektronischen Münzdatensatzes (zum Beispiel Aufteilen oder Verbinden), auch parallel mit den dazugehörigen maskierten elektronischen Münzdatensätzen im Münzregister nachgewiesen werden, beispielsweise zu Validierungsprüfungen (=Gültigkeiten). Zudem kann parallel die Überwachung über die Rechtmäßigkeit des jeweiligen elektronischen Münzdatensatzes im Überwachungsregister nachgewiesen werden. Die Homomorphie-Eigenschaften treffen zumindest auf Additions- und Subtraktionsoperationen zu, sodass ein Umschalten (=Switch), Aufteilen (=Split) oder Kombinieren (=Verbinden) von elektronischen Münzdatensätzen auch mittels der entsprechend maskierten elektronischen Münzdatensätze im Münzregister bzw. der Prüfung, ob der elektronische Münzdatensatz zurückzugeben (löschen) oder Umzumünzen ist im Überwachungsregister festgehalten und von anfragenden Teilnehmereinheiten bzw. deren Sicherheitselementen und/oder von dem Münzregister und/oder von dem Überwachungsregister nachvollzogen werden kann, ohne Kenntnis über den monetären Betrag und die durchführende Teilnehmereinheit zu erlangen. Die Homomorphie-Eigenschaft ermöglicht es also, eine Eintragung von gültigen und ungültigen elektronischen Münzdatensätzen auf Basis ihrer maskierten elektronischen Münzdatensätze in einem Münzregister und einem Überwachungsregister zu führen, ohne Kenntnis der elektronischen Münzdatensätze, auch wenn diese elektronische Münzdatensätze verarbeitet (aufgeteilt, verbunden, umschalten) oder direkt übertragen werden, also eine Aktion mit diesen elektronischen Münzdatensätzen durchgeführt wird. Dabei wird stets sichergestellt, dass kein zusätzlicher monetärer Betrag geschaffen wurde oder dass eine Identität der Teilnehmereinheiten bzw. deren Sicherheitselementen in dem Münzregister oder dem Überwachungsregister festgehalten wird. Das Maskieren ermöglicht ein hohes Maß an Sicherheit, ohne einen Einblick in den monetären Betrag oder die Teilnehmereinheit zu geben.
Beim direkten Übertragen eines elektronischen Münzdatensatzes von der ersten Teilnehmereinheit an eine zweite Teilnehmereinheit haben zwei Teilnehmereinheiten gleichzeitig Kenntnis über den zu übertragenden elektronischen Münzdatensatz. Es gilt zu verhindern, dass die sendende erste Teilnehmereinheit den elektronischen Münzdatensatz bei einer anderen (dritten) Teilnehmereinheit ebenfalls zum Bezahlen verwendet (sogenanntes Double-Spending). Dabei kann vor dem Übertragen ein Status des elektronischen Münzdatensatzes auf Inaktiv-Status gesetzt, um den elektronischen Münzdatensatz zu invalidieren, dann erfolgt das Senden (als erster Schritt des Übertragens) an die zweite Teilnehmereinheit und bei Vorhandensein einer Empfangsbestätigung von der zweiten Teilnehmereinheit erfolgt ein Löschen des elektronischen Münzdatensatzes in der ersten Teilnehmereinheit (als zweiter Schritt des Übertragens). Eine Löschungsbestätigung von der ersten Teilnehmereinheit kann an das Münzregister oder die zweite Teilnehmereinheit gesendet werden, um ein erfolgreiches Löschen (durchgeführt in der ersten Teilnehmereinheit) des elektronischen Münzdatensatzes anzuzeigen.
Zudem kann der übertragene elektronische Münzdatensatz von der ersten Teilnehmereinheit an eine zweite Teilnehmereinheit umgeschaltet (=switch) werden. Das Umschalten kann bevorzugt automatisch beim Empfangen der Löschungsbestätigung eines elektronischen Münzdatensatzes in der zweiten Teilnehmereinheit erfolgen. Zusätzlich kann es auch auf Anforderung, beispielsweise eines Befehls von der ersten Teilnehmereinheit und/oder der zweiten Teilnehmereinheit erfolgen. Zusätzlich kann ein elektronischer Münzdatensatz auch in zumindest zwei elektronische Münzteildatensätze aufgeteilt werden (=split). Zusätzlich können zwei elektronische Münzdatensätze zu einem elektronischen Münzdatensatz verbunden werden („Merge“). Das Umschalten, das Aufteilen und das Verbinden sind verschiedene Modifikation an einem elektronischen Münzdatensatz, also Aktionen mit dem elektronischen Münzdatensatz. Diese Modifikationen bedingen ein Registrieren des maskierten Münzdatensatzes im Münzregister des Bezahlsystems. Das konkrete Durchführen der einzelnen Modifikationen wird später erläutert. Ein Umschalten erfolgt zudem, wenn ein elektronischer Münzdatensatz verändert, beispielsweise aufgeteilt oder mit anderen elektronischen Münzdatensätzen verbunden wurde, insbesondere um einen zu zahlenden monetären Betrag passend begleichen zu können. Dabei sollte das Bezahlsystem stets in der Lage sein, jeden monetären Betrag zu zahlen. Nachfolgend wird das Erkennen von Rückgabekriterien für bereits ausgegebene Münzdatensätze, beispielsweise dass eine Münzdatensatz verfallen soll, erläutert:
Die elektronischen Münzdatensätze werden von einer zentralen Herausgeberinstanz ausgegeben, wobei jeder elektronische Münzdatensatz zusätzlich einen Prüfwert aufweist. Der Prüfwert ist invariant bei einer, von Teilnehmereinheiten mit dem elektronischen Münzdatensatz durchgeführten Aktion (Modifikation). Das Verfahren umfasst den folgenden Schritt: Bestimmen durch die Teilnehmereinheit anhand des Prüfwerts des elektronischen Münzdatensatzes, ob der elektronische Münzdatensatz an die zentrale Herausgeberinstanz zurückgegeben wird. Somit wird in einer bevorzugten Ausgestaltung für das Erkennen von Rückgabekriterien anhand des bereits oben erwähnten Prüfwerts für nichtgesendete Transaktionsdatensätze oder anhand eines weiteren Prüfwerts auch bestimmt, ob der elektronische Münzdatensatz von der ersten Teilnehmereinheit bei dem Bezahlsystem, insbesondere einem Münzregister, angezeigt wird und/oder ob der elektronische Münzdatensatz an die zentrale Herausgeberinstanz zurückgegeben wird. Jeder Prüfwert des elektronischen Münzdatensatzes wird im Verfahren verwendet, um eine Kontrollfunktion im Bezahlsystem zu ermöglichen beziehungsweise zu verbessern. Jeder Prüfwert ist bevorzugt ein Datenelement des elektronischen Münzdatensatzes das von der Teilnehmereinheit ausgelesen werden kann oder ein Datenelement in der Teilnehmereinheit und dessen Wert kann von der Teilnehmereinheit bestimmt werden. Der Prüfwert für die
Rückgabekriterien ist an einen elektronischen Münzdatensatz gekoppelt.
Der Prüfwert ist invariant bei einer, von Teilnehmereinheiten mit dem elektronischen Münzdatensatz durchgeführten Aktion (aktionsinvariant). Aktionsinvariant bedeutet, dass bei einer Aktion mit dem Münzdatensatz der Prüfwert unverändert erhalten bleibt. Der aktionsinvariante Prüfwert ist nicht-individuell für den elektronischen Münzdatensatz, sondern gruppenspezifisch und gilt daher für eine Mehrzahl von unterschiedlichen Münzdatensätzen, um eine Anonymität zu bewahren und eine Münzdatensatz-verfolgung zu verhindern. Als Aktion mit einem Münzdatensatz wird jede von einem Endgerät durchgeführte Modifikation am Münzdatensatz, also insbesondere das Umschalten, das Aufteilen, das Kombinieren, wie später noch beschrieben wird. Zudem ist als Aktion jedes Übertragen des Münzdatensatzes, beispielsweise zu einer (anderen) Teilnehmereinheit oder auch einer Instanz im Bezahlsystem, gemeint. Zudem ist als Aktion das Einlösen des Münzdatensatzes zum Gutschreiben eines monetären Betrags des Münzdatensatzes oder das Wechseln des Währungssystems gemeint. Diese Aktionen werden von Teilnehmereinheiten durchgeführt und verändern den Prüfwert nicht.
Anhand des Prüfwerts des elektronischen Münzdatensatzes durch die Teilnehmereinheit wird bestimmt, ob der elektronische Münzdatensatz an die zentrale Herausgeberinstanz zurückgegeben wird. Damit kann mit dem Prüfwert ein Kriterium für die Rückgabe eines elektronischen Münzdatensatzes definiert werden. Auf diese Weise können elektronische Münzdatensätze beispielsweise aufgrund ihrer Lebensdauer oder der Anzahl von mit dem Münzdatensatz durchgeführten Aktionen verfallen, um die Sicherheit am Bezahlsystem zu erhöhen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der elektronische Münzdatensatz in Folge eines Anzeigens von dem Bezahlsystem an die zentrale Herausgeberinstanz zurückgegeben. Durch das Anzeigen beim Bezahlsystem wird also im Bezahlsystem bestimmt, ob der Münzdatensatz zurückzugeben ist. Das Bestimmen, ob eine Rückgabe erfolgen muss, wird in dieser Ausgestaltung im Bezahlsystem anstelle der Teilnehmereinheit durchgeführt. Das Ergebnis des Bestimmens wird der Teilnehmereinheit mitgeteilt und die Teilnehmereinheit wird von dem Bezahlsystem aufgefordert, den elektronischen Münzdatensatz zurückzugeben.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird ein Zählerwert im Bezahlsystem (dem Überwachungsregister) betreffend diesen elektronischen Münzdatensatz in Folge des Anzeigens durch das Bezahlsystem unter Verwendung des Prüfwerts des elektronischen Münzdatensatzes bestimmt. Der Prüfwert des Münzdatensatzes wird bevorzugt von der Teilnehmereinheit an das Bezahlsystem (dem Überwachungsregister) übertragen. Der Zählerwert ist dabei kein Bestandteil des Münzdatensatzes. Bevorzugt wird der Zählerwert im Bezahlsystem verwaltet. Bevorzugt wird der Zählerwert mit jeder Aktion (Modifikation, Übertragung, Einlösung) betreffend den elektronischen Münzdatensatz erhöht. Bevorzugt wird für unterschiedliche Aktionen der Zählerwert mit unterschiedlicher Gewichtung erhöht. Dadurch ist es möglich, die Rückgabe entsprechend unterschiedlicher Aktionen verbessert zu steuern. Somit ist im Münzdatensatz der Prüfwert als Datenelement vorgesehen, der insbesondere mit jeder direkten Übertragung zwischen Teilnehmereinheiten inkrementiert wird. Der Zählerwert im Bezahlsystem bezieht den Prüfwert ein, beispielsweise durch Addieren des bisherigen Zählerwerts mit dem Prüfwert.
Anhand des Prüfwertes des elektronischen Münzdatensatzes wird bestimmt, ob der elektronische Münzdatensatz an die zentrale Herausgeberinstanz zurückgegeben wird. Bevorzugt ist der Prüfwert invariant bei einer, von Teilnehmereinheiten mit dem elektronischen Münzdatensatz durchgeführten Aktion, wobei bevorzugt der Prüfwert zumindest ein Wert aus der folgenden Liste ist: Rückgabedatum des elektronischen Münzdatensatzes; Ausgabedatum des elektronischen Münzdatensatzes; Registrierungsdatum des elektronischen Münzdatensatzes; und Identifizierungswert des elektronischen Münzdatensatzes. Der aktionsinvariante Prüfwert ist nicht-individuell für den elektronischen Münzdatensatz, sondern gruppenspezifisch und gilt daher für eine Mehrzahl von unterschiedlichen Münzdatensätzen, um eine Anonymität zu bewahren und eine Münzdatensatzverfolgung zu verhindern. Der aktionsinvariante Prüfwert ist dabei nicht individuell für den elektronischen Münzdatensatz, sondern gilt für eine Mehrzahl von unterschiedlichen Münzdatensätzen (Gruppen-ID), um eine Anonymität zu bewahren und eine Münzdatensatz-verfolgung zu verhindern.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Prüfwert variabel, um zu bestimmen, ob der elektronische Münzdatensatz zurückgegeben wird. Dabei könnte eine Summe gebildet werden und diese Summe mit einem vordefinierten Schwellwert verglichen werden. Beispielsweise könnte die Anzahl von Direktübertragungen ein Rückgabekriterium sein, sodass keine Infrastruktur zur Auswertung der Münzdatensätze hinsichtlich der Rückgabe des Münzdatensätze in dem Bezahlsystem vorzuhalten wäre, also eine einfachere und sicherere Verwaltung unter Schaffung der Kontrollfunktionen ermöglicht wäre.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Überschreiten eines Blockier-Schwellwerts des Prüfwerts des elektronischen Münzdatensatzes durch eine erste Teilnehmereinheit festgestellt und eine Aktion mit diesem elektronischen Münzdatensatz, insbesondere das direkte Übertragen dieses elektronischen Münzdatensatzes von der ersten Teilnehmereinheit an eine zweite Teilnehmereinheit, blockiert, unabhängig davon, ob in der ersten Teilnehmereinheit ein anderer elektronischer Münzdatensatz vorhanden ist oder nicht. Somit wird ein Schwellwert definiert, bei dessen Erreichen eine direkte Weitergabe (Übertragung) zwischen Teilnehmereinheiten vollständig unterbunden (blockiert) wird. Beispielsweise könnte dieser Münzdatensatz in einen sicheren Speicherbereich abgelegt werden, zudem nur ein Rückgabe-Prozess aber kein Aktionsprozess der Teilnehmereinheit Zugriff hat.
Das drohende Blockieren kann der Teilnehmereinheit vorab erfasst werden und einem Nutzer der Teilnehmereinheit mitgeteilt werden, um das Blockieren des Münzdatensatzes durch sofortiges Rückgeben des Münzdatensatzes zu unterbinden. Zusätzlich oder alternativ kann die Teilnehmereinheit bei Erkennen des Überschreitens des Blockier-Schwellwerts den elektronischen Münzdatensatz zurückgeben.
Bevorzugt ist der Schwellwert des Prüfwerts geringer als der Blockier-Schwellwert des Prüfwerts. Der Blockier-Schwellwert kann ein Vielfaches des Schwellwertes sein, um den Münzdatensatz nicht zu früh zu blockieren. Der Schwellwert liegt beispielsweise bei zehn, oder beispielsweise bei fünf oder beispielsweise bei 3. Der Blockier-Schwellwert liegt entsprechend bei 30, oder beispielsweise bei 15 oder beispielsweise bei 10.
In einer bevorzugten Ausgestaltung fragt die Herausgeberinstanz in vordefinierten periodischen Zeitabständen oder gezielt gesteuert Prüfwerte von Münzdatensätzen ab und fordert einen elektronischen Münzdatensatz automatisch zurück, wenn ein Prüfwert des elektronischen Münzdatensatzes überschritten ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Rückgabe-Verfahrens wird durch das Überwachungsregister des Bezahlsystems ein Zählerwert im Überwachungsregister betreffend den elektronischen Münzdatensatz unter Verwendung des Prüfwerts des elektronischen Münzdatensatzes bestimmt. Bei Überschreiten eines Schwellwertes des Zählerwertes, wird der elektronische Münzdatensatz (direkt oder indirekt) an die zentrale Herausgeberinstanz zurückgegeben. Die Herausgeberinstanz oder das Bezahlsystem fordert den entsprechenden Münzdatensatz von der Teilnehmereinheit an oder stellt eine entsprechende Information vom Bezahlsystem an die Teilnehmereinheit zur (direkten) Rückgabe bereit. Der Zählerwert wird bevorzugt mit jeder Aktion am elektronischen Münzdatensatzes erhöht, wobei bevorzugt für unterschiedliche Aktionen der Zählerwert mit unterschiedlicher Gewichtung erhöht wird. Auf die oben genannten Vorteile bei einem derartigen Verfahren wird verwiesen. In einer bevorzugten Ausgestaltung des Rückgabe-Verfahrens wird bei einer Durchführung einer Aktion mit dem elektronischen Münzdatensatz durch das Überwachungsregister der Prüfwert des elektronischen Münzdatensatzes von dem Bezahlsystem zurückgesetzt. Das vereinfacht das Verfahren, da die Teilnehmereinheit nicht an die Summe aller erlaubten Aktionen angepasst werden muss, sondern nur an die Summe nacheinander erlaubter direkter Übertragungen. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird beim Kombinieren (=Verbinden) von elektronischen Münzteildatensätzen zu einem kombinierten elektronischen Münzdatensatz durch das Bezahlsystem der höchste Prüfwert der elektronischen Münzteildatensätze bestimmt und dieser höchste Prüfwert als der Prüfwert des kombinierten elektronischen Münzdatensatzes übernommen wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird beim Kombinieren von elektronischen Münzteildatensätzen zu einem kombinierten elektronischen Münzdatensatz durch das Überwachungsregister ein neuer Prüfwert aus der Summe aller Prüfwerte der elektronischen Münzteildatensätzen geteilt durch das Produkt der Anzahl der Münzteildatensätze mit einem konstanten Korrekturwert bestimmt, wobei dieser neue Prüfwert als der Prüfwert des kombinierten elektronischen Münzdatensatzes übernommen wird, wobei der Korrekturwert größer gleich 1 ist und wobei bevorzugt der Korrekturwert von einer maximalen Abweichung der einzelnen Prüfwerte der elektronischen Münzteildatensätze oder von einem maximalen Prüfwert einer der elektronischen Münzteildatensätze abhängt, wobei weiter bevorzugt der Korrekturwert kleiner gleich 2 ist. Der Korrekturwert ist bezahl System weit konstant.
In einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt das Zurückgeben des elektronischen Münzdatensatzes an die Herausgeberinstanz, wenn das Endgerät das Einlösen eines geldwerten Betrag des elektronischen Münzdatensatzes auf ein Konto des Bezahlsystems veranlasst und/oder wenn die Teilnehmereinheit einen Wechsel des geldwerten Betrags des elektronischen Münzdatensatzes in ein anderes Währungssystem des Bezahlsystems anfordert. Ein elektronischer Münzdatensatz kann in einer Teilnehmereinheit aufgeteilt werden und dieses Aufteilen wird anschließend in dem Münzregister registriert. Das hat den Vorteil, dass ein Besitzer des zumindest einen elektronischen Münzdatensatzes nicht gezwungen ist, stets den gesamten monetären Betrag auf einmal zu übertragen, sondern nunmehr entsprechende monetäre Teilbeträge zu bilden und zu übertragen. Der Geldwert kann ohne Einschränkungen symmetrisch oder asymmetrisch aufgeteilt werden, solange alle elektronische Münzdatenteilsätze einen positiven monetären Betrag aufweisen, der kleiner ist als der monetäre Betrag des elektronische Münzdatensatzes, von dem aus aufgeteilt wird und die Summe der elektronischen Münzteildatensätze gleich dem aufzuteilenden elektronischen Münzteildatensatzes ist. Alternativ oder zusätzlich können feste Denominationen genutzt werden. Die Aufteilung in Teilbeträge ist beliebig. Das Aufteilen löst beispielsweise das Ausführen des oben beschriebenen Verfahrens zum Erzeugen und Verschlüsseln eines Transaktionsdatensatzes aus und der maskierte aufgeteilte elektronische Münzteildatensatz kann Teil eines Transaktionsdatensatzes für das Transaktionsregister sein. Das Verfahren weist bevorzugt die weiteren folgenden Schritte auf: Umschalten des übertragenen elektronischen Münzteildatensatzes; und/oder Verbinden des übertragenen elektronischen Münzdatensatzes mit einem zweiten elektronischen Münzdatensatz zu einem (neuen) verbundenen elektronischen Münzdatensatz.
Beim Umschalten ergibt der von der ersten Teilnehmereinheit erhaltene elektronische Münzteildatensatz einen neuen elektronischen Münzdatensatz, bevorzugt mit gleichem monetärem Betrag, dem sogenannten umzuschaltenden elektronischen Münzdatensatz. Der neue elektronische Münzdatensatz wird von der zweiten Teilnehmereinheit generiert, vorzugsweise indem der monetäre Betrag des erhaltenen elektronischen Münzdatensatzes als monetärer Betrag des umzuschaltenden elektronischen Münzdatensatzes verwendet wird. Dabei wird ein neuer Verschleierungsbetrag, beispielsweise eine Zufallszahl, generiert. Der neue Verschleierungsbetrag wird beispielsweise zum Verschleierungsbetrag des erhaltenen elektronischen Münzdatensatzes addiert, damit die Summe beider Verschleierungsbeträge (neu und erhalten) als Verschleierungsbetrag des umzuschaltenden elektronischen Münzdatensatzes dient. Nach dem Umschalten wird bevorzugt der erhaltene elektronische Münzteildatensatz und der umzuschaltende elektronische Münzteildatensatz in der Teilnehmereinheit durch Anwenden der homomorphen Einwegfunktion auf jeweils den erhaltenen elektronischen Münzteildatensatz und den umzuschaltenden elektronischen Münzteildatensatz maskiert, um entsprechend einen maskierten erhaltenen elektronischen Münzteildatensatz und einen maskierten umzuschaltenden elektronischen Münzteildatensatz zu erhalten. Das Umschalten löst beispielsweise das Ausführen des oben beschriebenen Verfahrens zum Erzeugen und Verschlüsseln eines Transaktionsdatensatzes aus und der maskierte umzuschaltende elektronische Münzteildatensatz kann Teil eines Transaktionsdatensatzes für das Transaktionsregister sein.
Das Umschalten wird also durch Hinzufügen eines neuen Verschleierungsbetrags zum Verschleierungsbetrag des erhaltenen elektronischen Münzdatensatz abgesichert, wodurch ein Verschleierungsbetrag erhalten wird, den nur die zweite Teilnehmereinheit kennt. Neu geschaffene Verschleierungsbeträge müssen eine hohe Entropie aufweisen, da sie als Blendungsfaktor für die entsprechenden maskierten elektronischen Münzteildatensätze verwendet werden. Bevorzugt wird dazu ein Zufallszahlengenerator auf dem Sicherheitselement verwendet. Diese Absicherung kann in dem Münzregister nachverfolgt werden.
Im Rahmen des Umschaltens werden bevorzugt zusätzliche Informationen, die zum Registrieren des Umschaltens des maskierten elektronischen Münzdatensatzes in dem Münzregister benötigt werden, in der Teilnehmereinheit berechnet. Bevorzugt beinhalten die zusätzlichen Informationen einen Bereichsnachweis über den maskierten umzuschaltenden elektronischen Münzdatensatz und einen Bereichsnachweis über den maskierten erhaltenen elektronischen Münzdatensatz. Bei dem Bereichsnachweis handelt es sich um einen Nachweis, dass der monetäre Betrag des elektronischen Münzdatensatzes nicht negativ ist, der elektronische Münzdatensatz gültig erstellt und/ oder der monetäre Betrag und der Verschleierungsbetrag des elektronischen Münzdatensatzes dem Ersteller des Bereichsnachweises bekannt sind. Insbesondere dient der Bereichsnachweis dazu, diese(n) Nachweis(e) zu führen ohne den monetären Betrag und/oder den Verschleierungsbetrag des maskierten elektronischen Münzdatensatzes zu offenbaren. Diese Bereichsnachweise werden auch „Zero-Knowledge-Range-Proofs“ genannt. Bevorzugt werden als Bereichsnachweis Ringsignaturen verwendet. Anschließend erfolgt ein Registrieren des Umschaltens des maskierten elektronischen Münzdatensatzes in dem entfernten Münzregister. Das Registrieren löst beispielsweise das Ausführen des oben beschriebenen Verfahrens zum Erzeugen und Verschlüsseln eines Transaktionsdatensatzes aus und der maskierte umzuschaltende elektronische Münzteildatensatz kann Teil eines Transaktionsdatensatzes für das
Transaktionsregister sein.
Der Schritt des Registrierens wird vorzugsweise dann ausgeführt, wenn die zweite Teilnehmereinheit mit dem Münzregister verbunden ist. Während die elektronischen
Münzdatensätze für direktes Bezahlen zwischen zwei Teilnehmereinheiten verwendet werden, können die maskierten Münzdatensätze mit einem Pseudonym in dem Münzregister registriert werden. Das Registrieren löst beispielsweise das Ausführen des oben beschriebenen Verfahrens zum Erzeugen und Verschlüsseln eines Transaktionsdatensatzes aus und der pseudonymisierte maskierte umzuschaltende elektronische Münzteildatensatz kann Teil eines
Transaktionsdatensatzes für das Transaktionsregister sein.
In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird für ein Verbinden von elektronischen Münzteildatensätzen ein weiterer elektronischer Münzdatensatz (verbundener elektronischer Münzdatensatz) aus einem ersten und einem zweiten elektronischen
Münzteildatensatz bestimmt. Dabei wird der Verschleierungsbetrag für den zu verbindenden elektronischen Münzdatensatz durch Bilden der Summe aus den jeweiligen Verschleierungsbeträgen des ersten und des zweiten elektronischen Münzdatensatzes berechnet. Weiterhin wird vorzugsweise der monetäre Betrag für den verbundenen elektronischen Münzdatensatz durch Bilden der Summe aus den jeweiligen monetären Beträgen des ersten und des zweiten elektronischen Münzdatensatzes berechnet.
Nach dem Verbinden wird der erste elektronische Münzteildatensatz, der zweite elektronische Münzteildatensatz, sowie der zu verbindende elektronische Münzdatensatz in der (ersten und/ oder zweiten) Teilnehmereinheit durch Anwenden der homomorphen Einwegfunktion auf jeweils den ersten elektronischen Münzteildatensatz, den zweiten elektronischen Münzteildatensatz, sowie den zu verbindenden elektronischen Münzdatensatz maskiert, um entsprechend einen maskierten ersten elektronischen Münzteildatensatz, einen maskierten zweiten elektronischen Münzteildatensatz, sowie einen maskierten zu verbindenden elektronischen Münzdatensatz zu erhalten. Des Weiteren werden zusätzliche Informationen, die zum Registrieren des Verbindens der maskierten elektronischen Münzdatensätze in dem entfernten Münzregister benötigt werden, in der Teilnehmereinheit berechnet. Bevorzugt beinhalten die zusätzlichen Informationen einen Bereichsnachweis über den maskierten ersten elektronischen Münzteildatensatz und einen Bereichsnachweis über den maskierten zweiten elektronischen Münzteildatensatz. Bei dem Bereichsnachweis handelt es sich um einen Nachweis, dass der monetäre Betrag des elektronischen Münzdatensatzes nicht negativ ist, der elektronische Münzdatensatz gültig erstellt und/ oder der monetäre Betrag und der Verschleierungsbetrag des elektronischen Münzdatensatzes dem Ersteller des Bereichsnachweises bekannt sind. Insbesondere dient der Bereichsnachweis dazu, diese(n) Nachweis zu führen ohne den monetären Wert und/oder den Verschleierungsbetrag des maskierten elektronischen Münzdatensatzes zu offenbaren. Diese Bereichsnachweise werden auch „Zero-Knowledge-Range-Proofs“ genannt. Bevorzugt werden als Bereichsnachweis Ringsignaturen verwendet. Anschließend erfolgt ein Registrieren des Verbindens der beiden maskierten elektronischen Münzteildatensätze in dem entfernten Münzregister. Das Registrieren löst beispielsweise das Ausführen des oben beschriebenen Verfahrens zum Erzeugen und Verschlüsseln eines Transaktionsdatensatzes aus und der maskierte verbundene elektronische Münzteildatensatz kann Teil eines Transaktionsdatensatzes für das Transaktionsregister sein.
Mit dem Schritt des Verbindens können zwei elektronische Münzdatensätze bzw. zwei elektronische Münzteildatensätze zusammengefasst werden. Dabei werden die monetären Beträge sowie auch die Verschleierungsbeträge addiert. Wie beim Aufteilen kann somit auch beim Verbinden eine Validität der beiden ursprünglichen Münzdatensätze durchgeführt werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst der Registrieren- Schritt das Empfangen des maskierten umzuschaltenden elektronischen Münzteildatensatzes in dem Münzregister, das Prüfen des maskierten umzuschaltenden elektronischen Münzteildatensatzes auf Validität; und das Registrieren des maskierten umzuschaltenden elektronischen Münzdatensatzes in dem Münzregister, wenn der Prüfen-Schritt erfolgreich ist, wodurch der umzuschaltende elektronische Münzteildatensatz als überprüft gilt.
Eine Teilnehmereinheit kann vorliegend ein Sicherheitselement aufweisen oder selbst ein Sicherheitselement sein, in dem der elektronische Münzdatensatz sicher abgelegt ist. Auf der Teilnehmereinheit kann eine Applikation betriebsbereit eingebracht sein, die Teile des Übertragen-Verfahrens steuert oder zumindest initiiert.
Die Übertragung von elektronischen Münzdatensätzen kann jeweils unter Zuhilfenahme von Endgeräten als Teilnehmereinheit erfolgen, die mit den Sicherheitselementen logisch und/oder physisch verbunden sind. Die Kommunikation zwischen zwei Teilnehmereinheiten, ggf. mit den jeweiligen Sicherheitselementen, kann drahtlos oder drahtgebunden, oder z.B. auch auf optischem Weg, bevorzugt über QR-Code oder Barcode, erfolgen und kann als ein gesicherter Kanal, beispielsweise zwischen Applikationen der Teilnehmereinheiten ausgebildet sein. Der optische Weg kann beispielsweise die Schritte des Generierens einer optischen Codierung, insbesondere einer 2D-Codierung, vorzugsweise ein QR-Code, und des Einlesens der optischen Codierung umfassen.
Das Übertragen des elektronischen Münzdatensatzes ist beispielsweise durch kryptografische Schlüssel gesichert, beispielsweise einem für einen elektronischen Münzdatensatz-Austausch ausgehandelten Sitzungsschlüssel oder einem symmetrischen oder asymmetrischen Schlüsselpaar.
Durch das Kommunizieren zwischen Teilnehmereinheiten, beispielsweise über ihre Sicherheitselemente, werden die ausgetauschten elektronischen Münzdatensätze vor Diebstahl oder Manipulation geschützt. Die Ebene der Sicherheitselemente ergänzt so die Sicherheit etabli erter B lockchain-T echnol ogi e .
In einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt das Übertragen der Münzdatensätze als APDU Kommandos. Dazu ist der Münzdatensatz bevorzugt in einer (embedded) UICC als Sicherheitselement abgelegt und wird dort verwaltet. Ein APDU ist ein kombinierter Kommando- /Datenblock eines Verbindungsprotokolls zwischen der UICC und einem Endgerät. Die Struktur der APDU ist durch den Standard ISO-7816-4 definiert. APDUs stellen ein Informationselement der Anwendungsebene (Schicht 7 des OSI-Schichtenmodels) dar. Darüber hinaus ist es vom Vorteil, dass die elektronischen Münzdatensätze in beliebiger Formatierung übertragen werden können. Dies impliziert, dass sie auf beliebigen Kanälen kommuniziert, also übertragen werden können. Sie müssen nicht in einem festgelegten Format oder in einem bestimmten Programm gespeichert werden. Als eine Teilnehmereinheit wird insbesondere ein mobiles Telekommunikationsendgerät, beispielsweise ein Smartphone angesehen. Alternativ oder zusätzlich kann die Teilnehmereinheit auch ein Gerät, wie Wearable, Smartcard, Maschine, Werkzeug, Automat oder auch Behälter bzw. Fahrzeug sein. Eine Teilnehmereinheit ist somit entweder stationär oder mobil. Die Teilnehmereinheit ist vorzugsweise ausgebildet, das Internet und/ oder andere öffentliche oder private Netze zu nutzen. Dazu verwendet die Teilnehmereinheit eine geeignete Verbindungstechnologie, beispielsweise Bluetooth, LoRa, NFC und/ oder WiFi und weist wenigstens eine entsprechende Schnittstelle auf. Die Teilnehmereinheit kann auch ausgebildet sein, mittels Zugangs zu einem Mobilfunknetz mit dem Internet und/ oder anderen Netzen verbunden zu werden. Beispielsweise stellen zwei Teilnehmereinheiten eine lokale drahtlos Kommunikationsverbindung über deren Protokoll dann die Übertragung zwischen den beiden darin befindlichen Sicherheitselementen eingebracht ist.
In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das erste und/ oder zweite Sicherheitselement die empfangenen elektronischen Münzdatensätze bei Vorliegen oder Empfang mehrerer elektronischer Münzdatensätze diese entsprechend ihrer monetären Wertigkeit abarbeitet. So kann vorgesehen sein, dass elektronische Münzdatensätze mit höherer monetärer Wertigkeit vor elektronische Münzdatensätze mit niedriger monetärer Wertigkeit verarbeitet.
In einer Ausgestaltung kann die Teilnehmereinheit ausgebildet sein, nach Empfang eines elektronischen Münzdatensatzes diesen in Abhängigkeit von beigefügter Information, beispielsweise einer Währung oder Denomination, mit bereits in der Teilnehmereinheit vorhandenem elektronischen Münzdatensatz zu verbinden und entsprechend einen Schritt des Verbindens auszuführen. Weiterhin kann die Teilnehmereinheit auch zum automatisierten Ausführen eines Umschaltens nach Empfang des elektronischen Münzdatensatzes ausgebildet sein. In einer Ausgestaltung werden beim Übertragen weitere Informationen, insbesondere Metadaten, von der ersten Teilnehmereinheit bzw. ersten Sicherheitselement auf die zweite Teilnehmereinheit bzw. zweite Sicherheitselement übermittelt, beispielsweise eine Währung. Diese Information kann in einer Ausgestaltung vom elektronischen Münzdatensatz umfasst sein. Die Verfahren sind nicht auf eine Währung beschränkt. So kann das Bezahlsystem eingerichtet sein, verschiedene Währungen von unterschiedlichen Herausgeberinstanzen zu verwalten. Das Bezahlsystem ist beispielsweise eingerichtet einen elektronischen Münzdatensatz einer ersten Währung in ein elektronischen Münzdatensatz einer anderen Währung umzusetzen (=wechseln). Dieses Wechseln ist ebenfalls eine Modifikation des elektronischen Münzdatensatzes. Mit dem Wechsel wird der ursprüngliche Münzdatensatz ungültig und gilt als zurückgegeben. Ein flexibles Bezahlen mit unterschiedlichen Währungen ist damit möglich und die Benutzerfreundlichkeit ist erhöht.
Die Verfahren ermöglichen zudem das Umsetzen des elektronischen Münzdatensatzes in Buchgeld, also beispielsweise das Einlösen des monetären Betrags auf ein Konto des Teilnehmers am Bezahlsystem. Dieses Umsetzen ist ebenfalls eine Modifikation. Mit dem Einlösen wird der elektronische Münzdatensatz ungültig und gilt als zurückgegeben. Bevorzugt wird der zumindest eine initiale elektronische Münzdatensatz ausschließlich von der Herausgeberinstanz erstellt, wobei vorzugsweise die aufgeteilten elektronischen Münzdatensätze, insbesondere elektronischen Münzteildatensätze, auch durch eine Teilnehmereinheit generiert werden können. Das Erstellen und das Wählen eines monetären Betrags beinhalten bevorzugt auch das Wählen eines Verschleierungsbetrags mit hoher Entropie. Die Herausgeberinstanz ist ein Rechensystem, welches bevorzugt entfernt von der ersten und/ oder zweiten Teilnehmereinheit ist. Nach dem Erstellen des neuen elektronischen Münzdatensatzes wird der neue elektronische Münzdatensatz in der Herausgeberinstanz durch Anwenden der homomorphen Einwegfunktion auf den neuen elektronischen Münzdatensatz maskiert, um entsprechend einen maskierten neuen elektronischen Münzdatensatz zu erhalten. Des Weiteren werden zusätzliche Informationen, die zum Registrieren des Erstellens des maskierten neuen elektronischen Münzdatensatzes in dem entfernten Münzregister benötigt werden, im der Herausgeberinstanz berechnet. Bevorzugt sind diese weiteren Informationen ein Nachweis, dass der (maskierte) neue elektronische Münzdatensatz von der Herausgeberinstanz stammt, beispielsweise durch ein Signieren des maskierten neuen elektronischen Münzdatensatzes. In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Herausgeberinstanz einen maskierten elektronischen Münzdatensatz beim Erzeugen des elektronischen Münzdatensatzes mit ihrer Signatur signiert. Die Signatur der Herausgeberinstanz wird dazu in dem Münzregister hinterlegt. Die Signatur der Herausgeberinstanz ist von der erzeugten Signatur einer Teilnehmereinheit bzw. eines Sicherheitselements verschieden.
Bevorzugt kann die Herausgeberinstanz einen elektronischen Münzdatensatz, der sich in ihrem Besitz befindet (also von dem sie den monetären Betrag und den Verschleierungsbetrag kennt) deaktivieren, indem sie den maskierten zu deaktivierenden elektronischen Münzdatensatz mit der homomorphen Einwegfunktion maskiert und einen Deaktivieren-Befehl für das Münzregister vorbereitet. Ein Teil des Deaktivieren-Befehls ist bevorzugt neben dem maskierten zu deaktivierenden elektronischen Münzdatensatzes auch der Nachweis, dass der Deaktivieren Schritt von der Herausgeberinstanz initiiert wurde, beispielsweise in Form des signierten maskierten zu deaktivierenden elektronischen Münzdatensatzes. Als zusätzliche Information könnten im Deaktivieren-Befehl Bereichsprüfungen für den maskierten zu deaktivierenden elektronischen Münzdatensatz enthalten sein. Das Deaktivieren kann die Folge eines Zurückgebens sein. Anschließend erfolgt ein Registrieren des Deaktivierens des maskierten elektronischen Münzdatensatzes in dem entfernten Münzregister. Mit dem Deaktivieren-Befehl wird der Schritt des Deaktivierens ausgelöst. Die Schritte Erstellen und Deaktivieren erfolgen nur an gesicherten Orten, insbesondere nicht in den Teilnehmereinheiten. Die Schritte des Erstellens und Deaktivierens werden nur von der Herausgeberinstanz durchgeführt bzw. angestoßen. Vorzugsweise finden diese Schritte an einen gesicherten Ort statt, beispielsweise in einer Hard- und Software- Architektur, die zur Verarbeitung von sensiblem Datenmaterial in unsicheren Netzen entwickelt wurde. Das Deaktivieren des entsprechenden maskierten elektronischen Münzdatensatz bewirkt, dass der entsprechende maskierte elektronische Münzdatensatz nicht mehr für weitere Verarbeitung, insbesondere Transaktionen, verfügbar ist. Jedoch kann in einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass der deaktivierte maskierte elektronische Münzdatensatz bei der Herausgeberinstanz archivarisch bestehen bleibt. Dass der deaktivierte maskierte elektronische Münzdatensatz nicht mehr gültig bzw. zurückgegeben wird, kann beispielsweise mithilfe eines Flags oder einer anderen Codierung gekennzeichnet oder der deaktivierte maskierte elektronische Münzdatensatz kann zerstört und/ oder gelöscht werden. Der deaktivierte elektronische Münzdatensatz wird auch physisch von der Teilnehmereinheit bzw. dem Sicherheitselement entfernt.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden verschiedene Verarbeitungsoperationen (Modifikationen) für die elektronischen Münzdatensätze und die entsprechenden maskierten elektronischen Münzdatensätze ermöglicht. Jeder der Verarbeitungsoperationen (insbesondere das Erstellen, Deaktivieren, Aufteilen, Verbinden und Umschalten) wird dabei in dem Münzregister registriert und dort in unveränderlicher Form an die Liste der vorherigen Verarbeitungsoperationen für den jeweiligen maskierten elektronischen Münzdatensatz angehängt. Jede der Verarbeitungsoperationen löst beispielsweise das Verfahren zum Erzeugen und Verschlüsseln eines Transaktionsdatensatzes aus. Die Registrierung ist dabei vom Bezahlvorgang zwischen den Teilnehmereinheiten sowohl zeitlich als auch örtlich (räumlich) unabhängig. Die Verarbeitungsoperationen „Erstellen“ und „Deaktivieren“ (=Zurückgeben), die die Existenz des monetären Betrags an sich betreffen, also die Schaffung und die Vernichtung bis hin der Zerstörung von Geld bedeuten, bedürfen einer zusätzlichen Genehmigung, beispielsweise in Form einer Signatur, durch die Herausgeberinstanz, um in dem Münzregister registriert (also protokolliert) zu werden. Die übrigen Verarbeitungsoperationen (Aufteilen, Verbinden, Umschalten), von denen das Aufteilen und das Verbinden auch von einer Teilnehmereinheit auch an eine weitere Teilnehmereinheit delegiert werden können, bedürfen keiner Autorisierung durch die Herausgeberinstanz oder durch den Befehlsinitiator (= Zahler, bspw. Teilnehmereinheit oder Sicherheitselement). Eine Verarbeitung in der Direkttransaktionsschicht betrifft nur die Besitzverhältnisse und/ oder die Zuordnung der Münzdatensätze zu Teilnehmereinheiten der jeweiligen elektronischen Münzdatensätze. Eine Registrierung der jeweiligen Verarbeitung in dem Münzregister bzw. dem Überwachungsregister wird beispielsweise durch entsprechende Listeneinträge in einer Datenbank realisiert, die eine Reihe von Markierungen umfasst, die von dem Münzregister durchgeführt werden müssen. Eine mögliche Struktur für einen Listeneintrag umfasst beispielsweise Spalte(n) für einen Vorgänger-Münzdatensatz, Spalte(n) für einen Nachfolger-Münzdatensatz, eine Signatur-Spalte für die Herausgeberinstanz, eine Signatur-Spalte für das sendende und/oder empfangende Sicherheitselement, eine Signatur-Spalte für Münzteilungsvorgänge und zumindest eine Markierungsspalte. Eine Änderung (Modifikation) ist endgültig, wenn und die erforderlichen Markierungen durch das Münzregister oder das Überwachungsregister validiert wurden, d.h. nach der entsprechenden Prüfung beispielsweise vom Status "0" in den Status "1" gewechselt wurden. Scheitert eine Prüfung oder dauert zu lang, so wird sie stattdessen beispielsweise vom Status in den Status "0" gewechselt. Weitere Statuswerte sind denkbar und/oder die hier genannten Statuswerte sind austauschbar. Die Status bezüglich der Modifikationen sind unabhängig vom Status während des Übertragenvorgangs (Inaktiv/ Aktiv). Bevorzugt wird die Gültigkeit der jeweiligen (maskierten) elektronischen Münzdatensätze aus den Statuswerten der Markierungen zusammengefasst jeweils in einer Spalte für jeden maskierten elektronischen Münzdatensatz, der im Registrieren der Verarbeitung involviert ist, dargestellt.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel können wenigstens zwei vorzugsweise drei oder sogar alle der vorhergenannten Markierungen auch durch eine einzige Markierung ersetzt werden, die dann gesetzt wird, wenn alle Prüfungen erfolgreich abgeschlossen wurden. Des Weiteren lassen sich die je zwei Spalten für Vorgänger-Datensätze und Nachfolger-Datensätze zu jeweils einem zusammenfassen, in welchem alle Münzdatensätze gemeinsam ausgelistet sind. Dadurch könnten dann auch mehr als zwei elektronische Münzdatensätze je Feldeintrag verwaltet werden, und somit z.B. eine Aufspaltung in mehr als zwei Münzdatensätze realisiert werden.
Die Prüfungen, um zu prüfen, ob eine Verarbeitung endgültig ist sind bereits oben beschrieben und sind insbesondere:
Sind die maskierten elektronischen Münzdatensätze der Vorgänger-Spalte(n) gültig? Ergibt eine Überwachung den korrekten Prüfwert?
Sind die Bereichsnachweise für die maskierten elektronischen Münzdatensätze erfolgreich?
Ist die Signatur des maskierten elektronischen Münzdatensatzes eine gültige Signatur der Herausgeberinstanz?
Überschreitet die sendende/empfangende Teilnehmereinheit (Pseudonym) einen Grenzwert für einen maximal zulässigen monetären Betrag, insbesondere pro Zeiteinheit? - Ist der Münzdatensatz Inaktiv aufgrund Übertragen zwischen Teilnehmereinheiten?
Bevorzugt gilt zudem, dass ein maskierter elektronischer Münzdatensatz ungültig ist, wenn einer der folgenden Prüfungen zutrifft, also wenn:
(1) der maskierte elektronische Münzdatensatz nicht in dem Münzregister registriert ist; (2) die letzte Verarbeitung des maskierten elektronischen Münzdatensatzes angibt, dass es für ihn
Vorgänger-Münzdatensätze gibt, diese letzte Verarbeitung aber nicht endgültig ist; oder (3) die letzte Verarbeitung des maskierten elektronischen Münzdatensatzes angibt, dass es für ihn Nachfolger-Münzdatensätze gibt und diese letzte Verarbeitung endgültig ist; (4) der maskierte elektronische Münzdatensatz nicht der Nachfolger von einem gültigen maskierten elektronischen Datensatz ist, es sei denn er ist von der Herausgeberinstanz signiert;
(5) der monetäre Betrag des maskierten elektronischen Münzdatensatzes dazu führt, dass ein Grenzwert für einen maximal zulässigen monetären Betrag, insbesondere pro Zeiteinheit, überschritten wird und die geforderte Deanonymisierung von der entsprechenden Teilnehmereinheit abgelehnt wird;
(6) Ein Aktiv-Status für ein Sicherheitselement im Münzregister eingetragen ist, aber eine andere Teilnehmereinheit eine Aktion (Umschalten, Kombinieren, Aufteilen) unter Besitzanzeige anfragt.
Bevorzugt sind das Münzregister und die Herausgeberinstanz in einer gemeinsamen Serverinstanz angeordnet oder liegen als Computerprogrammprodukt auf einem Server und/ oder einem Computer vor. Ein elektronischer Münzdatensatz kann dabei in einer Vielzahl von unterschiedlichen
Erscheinungsformen vorliegen und damit über verschiedene Kommunikationskanäle, nachfolgend auch Schnittstellen genannt, ausgetauscht werden. Ein sehr flexibler Austausch von elektronischen Münzdatensätzen ist damit geschaffen. Der elektronische Münzdatensatz ist beispielsweise in Form einer Datei darstellbar. Eine Datei besteht dabei aus inhaltlich zusammengehörigen Daten, die auf einem Datenträger, Datenspeicher oder Speichermedium gespeichert sind. Jede Datei ist zunächst eine eindimensionale Aneinanderreihung von Bits, die normalerweise in Byte-Blöcken zusammengefasst interpretiert werden. Ein Anwendungsprogramm (Applikation) oder ein Betriebssystem des Sicherheitselements und/oder des Endgeräts interpretieren diese Bit- oder Bytefolge beispielsweise als einen Text, ein Bild oder eine Tonaufzeichnung. Das dabei verwendete Dateiformat kann unterschiedlich sein, beispielsweise kann es eine reine Textdatei sein, die den elektronischen Münzdatensatz repräsentiert. Dabei werden insbesondere der monetäre Betrag und die blinde Signatur als Datei abgebildet.
Der elektronische Münzdatensatz ist beispielsweise eine Folge von American Standard Code for Information Interchange, kurz ASCII, Zeichen. Dabei werden insbesondere der monetäre Betrag und die blinde Signatur als diese Folge abgebildet. Der elektronische Münzdatensatz kann in einer Teilnehmereinheit auch von einer
Darstellungsform in eine andere Darstellungsform umgewandelt werden. So kann beispielsweise der elektronische Münzdatensatz als QR-Code in einer Teilnehmereinheit empfangen werden und als Datei oder Zeichenfolge von der Teilnehmereinheit ausgegeben werden. Diese unterschiedlichen Darstellungsformen von ein und demselben elektronischen Münzdatensatz ermöglichen einen sehr flexiblen Austausch zwischen Teilnehmereinheiten bzw. Sicherheitselementen bzw. Endgeräten unterschiedlicher technischer Ausrüstung unter Verwendung unterschiedlicher Übertragungsmedien (Luft, Papier, drahtgebunden) und unter Berücksichtigung der technischen Ausgestaltung einer Teilnehmereinheit. Die Wahl der Darstellungsform der elektronischen Münzdatensätze erfolgt bevorzugt automatisch, beispielsweise aufgrund erkannter oder ausgehandelter Übertragungsmedien und Gerätekomponenten. Zusätzlich kann auch ein Benutzer einer Teilnehmereinheit die Darstellungsform zum Austausch (=Übertragen) eines elektronischen Münzdatensatzes wählen.
In einem einfachen Fall ist der Datenspeicher ein interner Datenspeicher der Teilnehmereinheit. Hier werden die elektronischen Münzdatensätze abgelegt. Ein einfacher Zugriff auf elektronische Münzdatensätze ist somit gewährleistet. Der Datenspeicher ist insbesondere ein externer Datenspeicher, auch Online-Speicher genannt. Somit weist das Sicherheitselement bzw. die Teilnehmereinheit nur ein Zugriffsmittel auf die extern und damit sicher abgelegten elektronischen Münzdatensätze auf. Insbesondere bei einem Verlust des Sicherheitselements bzw. der Teilnehmereinheit oder bei Fehlfunktionen des Sicherheitselements bzw. der Teilnehmereinheit sind die elektronischen Münzdatensätze nicht verloren. Da der Besitz der (nicht maskierten) elektronischen Münzdatensätze gleich dem Besitz des monetären Betrags entspricht, kann durch Verwendung externer Datenspeicher Geld sicherer aufbewahrt und verwaltet werden.
Ist das Münzregister eine entfernte Instanz, so verfügt die Teilnehmereinheit und auch die Herausgeberinstanz bevorzugt über eine Schnittstelle zur Kommunikation mittels einem üblichen Internet-Kommunikationsprotokoll, beispielsweise TCP, IP, UDP oder HTTP. Die Übertragung kann eine Kommunikation über das Mobilfunknetz beinhalten.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Schnittstelle zum Ausgeben (=Senden) des zumindest einen elektronischen Münzdatensatzes eine Protokollschnittstelle zum drahtlosen Senden des elektronischen Münzdatensatzes an das andere Sicherheitselement über eine Teilnehmereinheit mittels eines Kommunikationsprotokolls für Drahtloskommunikation. Dabei ist insbesondere eine Nahfeldkommunikation, beispielsweise mittels Bluetooth-Protokoll oder NFC-Protokoll oder IR- Protokoll vorgesehen, alternativ oder zusätzlich sind WL AN- Verbindungen oder Mobilfunkverbindungen denkbar. Der elektronische Münzdatensatz wird dann gemäß den Protokolleigenschaften angepasst oder in das Protokoll integriert und übertragen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Schnittstelle zum Ausgeben des zumindest einen elektronischen Münzdatensatzes eine Datenschnittstelle zum Bereitstellen des elektronischen Münzdatensatzes an die andere Teilnehmereinheit mittels einer Applikation. Im Unterschied zur Protokollschnittstelle wird hier der elektronische Münzdatensatz mittels einer Applikation übertragen. Diese Applikation überträgt sodann den elektronischen Münzdatensatz in einem entsprechenden Dateiformat. Es kann ein für elektronische Münzdatensätze spezifisches Dateiformat verwendet werden. In einfachster Form wird der Münzdatensatz als ASCII- Zeichenfolge oder als Textnachricht, beispielsweise SMS, MMS, Instant-Messenger-Nachricht (wie Threema oder WhatsApp) übertragen. In einer alternativen Form wird der Münzdatensatz als APDU-Zeichenfolge übertragen. Es kann auch eine Geldbörsen-Applikation vorgesehen sein. Hierbei stellen die austauschenden Teilnehmereinheiten bevorzugt sicher, dass ein Austausch mittels der Applikation möglich ist, also dass beide Teilnehmereinheiten die Applikation aufweisen und austauschbereit sind.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Teilnehmereinheit weiter eine Schnittstelle zum Empfangen von elektronischen Münzdatensätzen auf.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Schnittstelle zum Empfangen des zumindest einen elektronischen Münzdatensatzes ein elektronisches Erfassungsmodul des Sicherheitselements bzw. des Endgeräts, eingerichtet zum Erfassen eines, in visueller Form dargestellten elektronischen Münzdatensatzes. Das Erfassungsmodul ist dann beispielsweise eine Kamera oder ein Barcode bzw. QR-Code Scanner.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Schnittstelle zum Empfangen des zumindest einen elektronischen Münzdatensatzes eine Protokollschnittstelle zum drahtlosen Empfangen des elektronischen Münzdatensatzes von einem anderen Sicherheitselement bzw. Endgerät mittels eines Kommunikationsprotokolls für Drahtloskommunikation. Dabei ist insbesondere eine Nahfeldkommunikation, beispielsweise mittels Bluetooth-Protokoll oder NFC-Protokoll oder IR- Protokoll, vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich sind WLAN-Verbindungen oder Mobilfunkverbindungen denkbar. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Schnittstelle zum Empfangen des zumindest einen elektronischen Münzdatensatzes eine Datenschnittstelle zum Empfangen des elektronischen Münzdatensatzes von der anderen Teilnehmereinheit mittels einer Applikation. Diese Applikation empfängt sodann den Münzdatensatz in einem entsprechenden Dateiformat. Es kann ein für Münzdatensätze spezifisches Dateiformat verwendet werden. In einfachster Form wird der Münzdatensatz als ASCII-Zeichenfolge oder als Textnachricht, beispielsweise SMS, MMS, Threema oder WhatsApp übertragen. In einer alternativen Form wird der Münzdatensatz als APDU-Zeichenfolge übertragen. Zusätzlich kann die Übertragung mittels einer Geldbörsen- Applikation erfolgen. In einer bevorzugten Ausgestaltung umfassend die Teilnehmereinheit zumindest ein Sicherheitselement-Lesegerät, eingerichtet zum Lesen eines Sicherheitselements; einen Zufallszahlengenerator; und/oder eine Kommunikationsschnittstelle zu einem Tresormodul und/ oder Bankinstitut mit zu autorisierendem Zugriff auf ein Bankkonto.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Datenspeicher ein gemeinsamer Datenspeicher, auf den zumindest noch eine andere Teilnehmereinheit zugreifen kann, wobei jedes davon eine Applikation aufweist, wobei diese Applikation zum Kommunizieren mit dem Münzregister zum entsprechenden Registrieren von elektronischen Münzteildatensätzen eingerichtet ist.
Vorgeschlagen wird hierbei also eine Lösung, die digitales Geld in Form von elektronischen Münzdatensätzen herausgibt, die an die Verwendung von konventionellen (analogen) Banknoten und/oder Münzen angelehnt ist. Das digitale Geld wird hierbei durch elektronische Münzdatensätze abgebildet. Wie bei (analogen) Banknoten werden auch diese elektronischen Münzdatensätze für alle Formen von Zahlungen, einschließlich Peer-to-Peer-Zahlungen und/oder POS-Zahlungen, verwendbar. Die Kenntnis aller Bestandteile (insbesondere monetärer Betrag und Verschleierungsbetrag) eines gültigen elektronischen Münzdatensatzes ist gleichbedeutend mit dem Besitz (Eigentum) des digitalen Geldes. Es ist daher ratsam, diese gültigen elektronischen Münzdatensätze vertraulich zu behandeln, also beispielsweise in einem Sicherheitselement/ Tresormodul (eines Endgeräts) aufzubewahren und dort zu verarbeiten. Um über die Authentizität eines elektronischen Münzdatensatzes zu entscheiden und Doppelausgaben zu verhindern, werden in dem Münzregister maskierte elektronische Münzdatensätze als einzigartige, korrespondierende öffentliche Darstellung des elektronischen Münzdatensatzes vorgehalten. Die Kenntnis oder der Besitz eines maskierten elektronischen Münzdatensatzes stellt nicht den Besitz von Geld dar. Vielmehr gleicht dies dem Überprüfen der Echtheit des analogen Zahlungsmittels.
Das Münzregister enthält beispielsweise auch Markierungen über durchgeführte und geplante Verarbeitungen des maskierten elektronischen Münzdatensatzes. Aus den Markierungen zu den Verarbeitungen wird ein Status des jeweiligen maskierten elektronischen Münzdatensatzes abgeleitet, der angibt, ob der entsprechende (nicht maskierte) elektronische Münzdatensatz gültig, d.h. zahlungsbereit ist. Daher wird ein Empfänger eines elektronischen Münzdatensatzes zunächst einen maskierten elektronischen Münzdatensatz erzeugen und sich durch das Münzregister die Gültigkeit der maskierten elektronischen Münzdatensatz authentifizieren lassen. Ein großer Vorteil dieser erfindungsgemäßen Lösung ist, dass das digitale Geld auf Endgeräte, Händler, Banken und andere Nutzer des Systems verteilt wird, aber kein digitales Geld oder weitere Metadaten bei dem Münzregister oder dem Überwachungsregister - also gemeinsamer Instanzen - gespeichert wird. Die vorgeschlagene Lösung kann in bestehende Zahlsysteme und Infrastrukturen eingebunden werden. Insbesondere können eine Kombination aus analogen Zahlungsvorgängen mit Geldscheinen und Münzen und digitale Zahlungsvorgänge gemäß der vorliegenden Lösung vorliegen. So kann ein Bezahlvorgang mit Banknoten und/ oder Münzen erfolgen, das Wechselgeld bzw. Rückgeld liegt aber als elektronischer Münzdatensatz vor. Zur Transaktion können beispielsweise ATMs mit entsprechender Konfiguration, insbesondere mit geeigneter Kommunikationsschnittstelle, und/ oder mobile Endgeräte vorgesehen sein. Weiterhin ist ein Umtausch von elektronischem Münzdatensatz in Banknoten bzw. Münzen denkbar. Die vorliegend aufgeführten Schritte des Erstellens, Umschaltens, Aufteilens, Verbinden und Deaktivierens (Zurückgebens) werden jeweils durch einen entsprechenden Erstell-, Umschalt-, Aufteil-, Verbinden- bzw. Deaktivier-Befehl (Rückgabe-Befehle) ausgelöst.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER FIGUREN Nachfolgend wird anhand von Figuren die Erfindung bzw. weitere Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung näher erläutert, wobei die Figuren lediglich Ausführungsbeispiele der Erfindung beschreiben. Gleiche Bestandteile in den Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren sind nicht als maßstabsgetreu anzusehen, es können einzelne Elemente der Figuren übertrieben groß bzw. übertrieben vereinfacht dargestellt sein.
Es zeigen:
Fig.1 ein Ausführungsbeispiel eines Bezahlsystems mit einer Herausgeberinstanz gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine Weiterbildung des Ausführungsbeispiels eines Bezahlsystems der Fig. 1;
Fig. 3 eine Weiterbildung des Ausführungsbeispiels eines Bezahlsystems der Fig. 1; Fig. 4 eine Weiterbildung des Ausführungsbeispiels eines Bezahlsystems der Fig. 1;
Fig.5 ein Ausführungsbeispiel einer Herausgeberinstanz gemäß der Erfindung;
Fig.6 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrensablaufdiagramms eines erfmdungsgemäßen Verfahrens in einer Herausgeberinstanz;
Fig.7 ein Ausführungsbeispiel einer Datenstruktur im Münzregister; Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel eines Systems gemäß der Erfindung zum Aufteilen und Umschalten und Direkt-Übertragen von elektronischen Münzdatensätzen;
Fig. 9 ein Ausführungsbeispiel eines Bezahlsystems gemäß der Erfindung zum Verbinden von elektronischen Münzdatensätzen;
Fig.10 zwei Ausführungsbeispiele eines Verfahrensablaufdiagramms eines erfindungsgemäßen Verfahrens und entsprechende Verarbeitungsschritte eines Münzdatensatzes; Fig.11 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrensablaufdiagramms eines erfindungsgemäßen Verfahrens und entsprechende Verarbeitungsschritte eines Münzdatensatzes;
Fig.12 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrensablaufdiagramms eines erfindungsgemäßen Verfahrens und entsprechende Verarbeitungsschritte eines Münzdatensatzes;
Fig.13 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrensablaufdiagramms eines erfindungsgemäßen Verfahrens und entsprechende Verarbeitungsschritte eines Münzdatensatzes;
FIGURENBESCHREIBUNG Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Bezahlsystems BZ gemäß der Erfindung. Die gestrichelt dargestellten Blöcke und Pfeile des Bezahlsystems BZ sind dabei optional. Das Bezahlsystem BZ umfasst zumindest zwei Sicherheitselemente SEI und SE2. Die SEI und SE2 können dabei in jeweiligen Endgeräten Ml und M2 betriebsbereit eingebracht und logisch oder physisch mit dem jeweiligen Endgerät Ml und M2 verbunden sein.
Im Bezahlsystem der Fig. 1 ist zudem eine Herausgeberinstanz 1 enthalten, die den elektronischen Münzdatensatz C erzeugt. Zu dem elektronischen Münzdatensatz C wird ein Registerdatensatz, RDS, beispielsweise ein maskierter elektronischer Münzdatensatz Z, erzeugt und in einem Münzregister 2 des Bezahlsystems registriert 104. Der elektronische Münzdatensatz C wird im Schritt 102 von der Herausgeberinstanz 1 an das erste Endgerät Ml ausgegeben. Der Registerdatensatz RDS, beispielsweise der maskierte elektronische Münzdatensatz Z, wird im Schritt 104 beispielsweise von der Herausgeberinstanz 1 direkt oder über das erste Endgerät Ml an das Münzregister 2 ausgegeben. Der Registerdatensatz RDS, beispielsweise der maskierte elektronische Münzdatensatz Z, wird alternativ vom ersten Endgerät Ml (oder zweiten Endgerät M2) erzeugt und an das Münzregister 2 im Schritt 104 gesendet.
Um einen elektronischen Münzdatensatz, eMDS, C zu erzeugen wird folgendes Verfahren vorgeschlagen. Eine Anfrage 210 von einer Zentralbank oder einer Teilnehmereinheit TE oder einer Geschäftsbank zur Erzeugung eines elektronischen Münzdatensatzes wird von der Herausgeberinstanz 1 erhalten. Die Herausgeberinstanz 1 hat eine Münzgenerierungs-Einheit 11 und eine Münzausgabe-Einheit 12. Beide Einheiten 11, 12 sind voneinander getrennt und weisen ein Air-Gap 13 auf. Das Air-Gap 13 dient dazu, dass die in der Herausgeberinstanz 1 vorhandenen hochsensiblen sicherheitsrelevanten Daten des Bezahlsystems BZ, insbesondere einen oder mehrere private Schlüssel PK und ein Zufallsgenerator, nicht über einen Netzwerkangriff auf die Herausgeberinstanz 1 ausgelesen und für Manipulationen am Bezahlsystem BZ verwendet werden können. Die Münzgenerierungs-Einheit 11 sollte dabei vollständig isoliert sein. Beispielsweise ist die Münzgenerierungs-Einheit 11 ohne Schnittstelle zu einem Netzwerk, wie TCP/IP, dem Internet, dem Mobilfunknetz etc. und ohne Schnittstelle zu anderen Endgeräten, wie NFC oder Bluetooth, ausgebildet. Der Air-Gap Prozess 13 ist in Fig. 5 im Detail erläutert.
Der zu erzeugende elektronische Münzdatensatz C wird bei der Herausgeberinstanz 1 im Schritt 210 angefragt. Die Anfrage 210 kann von einer Zentralbank generiert worden sein. Alternativ fragt eine Teilnehmereinheit TE den elektronischen Münzdatensatz C an. Die Schritte 104 und 105 können den Schritten 104 und 105 der Fig. 11 entsprechen. Eine Aktion (Aufteilen, Verbinden, Umschalten, Übertragen, Einlösen, Wechseln) am eMD C kann einer der Aktionen der Fig. 8 bis 12 entsprechen.
In der Münzgenerierungs-Einheit 1 wird beispielsweise als Verschleierungsbetrag n eine echte Zufallszahl mittels eines Zufallsgenerators erzeugt. Der Verschleierungsbetrag n ist zwar in der Direkttransaktionsschicht 3 und auch in der Herausgeberinstanz 1 bekannt, aber für die übrigen Instanzen des Bezahlsystems BZ, also auch für das Münzregister 2 geheim. Der Verschleierungsbetrag n wird mit einem monetären Betrag Ui verknüpft. Ein erfindungsgemäßer i-ten elektronischen Münzdatensatz der von der Münzgenerierungs-Einheit 1 erzeugt wurde, könnte demnach lauten:
Ci = {u,; P} (1) Zusätzlich zu diesen Datenelementen kann der elektronische Münzdatensatz C zumindest einen Prüfwert p umfassen. Der Prüfwert p bildet beispielsweise die o.g. Rückgabebedingung ab.
Zusätzlich zu diesen Datenelementen kann der elektronische Münzdatensatz C eine Münzkennung umfassen. Die Münzkennung ist beispielsweise eine eindeutige Nummer, die im Bezahlsystem BZ einmalig ist. Beispielsweise ist die Münzkennung M-ID eine von der Herausgeberinstanz 1 generierte Zufallszahl oder eine Seriennummer. Ein gültiger elektronischer Münzdatensatz C kann zur Bezahlung eingesetzt werden. Der Besitzer der beiden Werte Ui und n ist daher im Besitz des digitalen Geldes. Das digitale Geld ist definiert durch ein Paar bestehend aus einem gültigen elektronischen Münzdatensatz Ci und einem entsprechenden Registerdatensatz RDSi, beispielsweise einem maskierten elektronischen Münzdatensatz Zi. Beispielsweise wird ein maskierter elektronischer Münzdatensatz Zi als RDS, durch Anwenden einer homomorphen Einwegfunktion f (Ci) gemäß Gleichung (2) erhalten: =f(C.) (2)
Diese Funktion f (Ci) ist öffentlich, d.h. jeder Systemteilnehmer kann diese Funktion aufrufen und verwenden. Diese Funktion f (Ci) ist gemäß Gleichung (3) definiert:
Z, = v, · H + r, · G (3) wobei H und G Generatorpunkte einer Gruppe G, in der das diskrete Logarithmusproblem schwer ist, mit den Generatoren G und H, für die der diskrete Logarithmus der jeweils anderen Basis unbekannt ist. Beispielsweise sind G und H Generatorpunkte einer elliptischen Kurvenverschlüsselung, ECC, - also private Schlüssel der ECC, sind. Diese Generatorpunkte G und H müssen in der Art gewählt werden, dass der Zusammenhang von G und H nicht öffentlich bekannt ist, sodass bei:
G = n H (4) die Verknüpfung n praktisch nicht auffindbar sein darf, um zu verhindern, dass der monetäre Betrag Ui manipuliert wird und trotzdem ein gültiges Zi berechnet werden könnte. Die Gleichung (3) ist ein „Pederson-Commitment für ECC“, das sicherstellt, dass der monetäre Betrag Ui einem Münzregister 2 zugestanden, also „commited“, werden kann, ohne diesen dem Münzregister 2 zu offenbaren.
Alternativ kann der RDS neben dem maskierten Münzdatensatz Zi auch noch eine Betragskategorie umfassen. Die Betragskategorie ist eine pseudonymisierte Form des geldwerten Betrags Ui des elektronischen Münzdatensatzes C. Beispielsweise ist die Betragskategorie eine Bereichsangabe (von bis), in der der geldwerte Betrag Ui liegt. Beispielsweise ist die Betragskategorie ein Bereichsschwellwert (größer als; kleiner als), oberhalb bzw. unterhalb dessen der geldwerte Betrag Ui liegt. Beispielsweise ist die Betragskategorie ein abgerundeter Wert des geldwerten Betrags Ui. Beispielsweise ist die Betragskategorie ein aufgerundeter Wert des geldwerten Betrags Ui. Damit ist das RDS betragspseudonym und identitätsanonym. Alternativ kann der RDS neben oder anstelle dem maskierten Münzdatensatz Zi eine Münzkennung M-ID umfassen. Damit ist im RDS ein eindeutiger Bezug zum elektronischen Münzdatensatz C geschaffen. Alternativ kann der RDS ein Pseudonym P der Teilnehmereinheit umfassen. Das Pseudonym kann in der Personenzuordnung 7 verwaltet sein. Damit ist das RDS betragsanonym und identitätspseudonym. In dieser Ausgestaltung kann das RDS einen Prüfwert p des Münzdatensatzes mit umfassen. Nachfolgend kann der Einfachheit halber ein RDS mit einem maskierten Münzdatensatz Z gleichgesetzt werden, da dies eine sehr bevorzugte Ausgestaltung ist.
Dem Münzregister 2 wird der RDS, beispielsweise der maskierte Münzdatensatz Zi zugesendet (offenbart), was in Fig. 1 als Schritt 104 (Registrieren, Registrierungsanforderung) dargestellt ist.
Der RDS kann dabei von der Herausgeberinstanz 1 für das Münzregister 2 bereitgestellt werden. Das RDS wird bevorzugt in der Münzgenerierung 11, kann aber auch in der Münzausgabe-Einheit 12 generiert werden. Auch wenn im vorliegenden Beispiel eine Verschlüsselung basierend auf elliptischen Kurven beschrieben ist bzw. wird, so wäre auch ein anderes kryptographisches Verfahren denkbar, welches auf einem diskreten logarithmi sehen Verfahren beruht.
Die Gleichung (3) ermöglicht durch die Entropie des Verschleierungsbetrags n, dass auch bei kleinem Wertebereich für monetäre Beträge Ui ein kryptografisch starkes Zi erhalten wird. Somit ist ein einfacher Brute-Force- Angriff durch bloßes Schätzen von monetären Beträgen Ui praktisch nicht möglich.
Die Gleichung (3) ist eine Einwegfunktion, das heißt, dass die Berechnung von Zi aus Ci einfach ist, da ein effizienter Algorithmus existiert, wohingegen die Berechnung von Ci ausgehend von Zi sehr schwer ist, da kein in polynomialer Zeit lösbarer Algorithmus existiert.
Zudem ist die Gleichung (3) homomorph für Addition und Subtraktion, das heißt es gilt:
Z, + Zj = (v, H + r, · G)+ (vj H + h G) = (u, + u,)· H + (r, + h)· G (5)
Somit können Additions-Operationen und Subtraktions-Operationen sowohl in der Direkttransaktionsschicht 3 also auch parallel in dem Münzregister 2 ausgeführt werden, ohne dass das Münzregister 2 Kenntnis von den elektronischen Münzdatensätzen Ci hat. Die homomorphe Eigenschaft der Gleichung (3) ermöglicht eine Überwachung von gültigen und ungültigen elektronischen Münzdatensätzen Ci auf alleiniger Basis der maskierten Münzdatensätze Zi zu führen und sicherzustellen, dass kein neuer monetärer Betrag Uj geschaffen wurde. Durch diese homomorphe Eigenschaft kann der Münzdatensatz Ci gemäß Gleichung (1) aufgeteilt werden in:
G = Q + Ck = {vj; h} + {vk; rk} (6) wobei gilt:
Oi = Oj + Ok (7) r, = h + rk (8) Für die entsprechenden maskierten Münzdatensätze gilt:
Zi = Zj + Zk (9)
Mit Gleichung (9) kann beispielsweise auf einfache Weise eine „symmetrische oder asymmetrische Aufteilen“ -Verarbeitung bzw. ein „symmetrischer oder asymmetrischer Aufteilen“ -Verarbeitungsschritt 110 eines Münzdatensatzes gemäß Fig. 8 oder 12 geprüft werden, ohne dass das Münzregister 2 Kenntnis von Ci, Q, Ck hat. Insbesondere wird die Bedingung der Gleichung (9) geprüft, um aufgeteilte Münzdatensätze Q und Ck für gültig zu erklären und den Münzdatensatz Ci für ungültig zu erklären. Ein derartiges Aufteilen 110 eines elektronischen Münzdatensatzes Ci ist in Fig. 8 oder 12 gezeigt.
Auf die gleiche Weise können elektronische Münzdatensätze C auch zusammengefügt (verbunden) 109 werden, siehe dazu Fig. 9 oder 11 und die Erläuterungen dazu.
Zusätzlich gilt es zu prüfen, ob (nicht erlaubte) negative monetäre Beträge registriert werden. Ein Besitzer eines elektronischen Münzdatensatzes Ci muss dabei dem Münzregister 2 und/oder einem Überwachungsregister 6 nachweisen können, dass alle monetären Beträge Ui in einer Verarbeitungs-Operation innerhalb eines Wertebereichs von [0, ..., n] liegen, ohne dem Münzregister 2 dabei die monetären Beträge Ui mitzuteilen. Diese Bereichsnachweise werden auch „Range-Proofs“ genannt. Als Bereichsnachweise werden bevorzugt Ringsignaturen (engl ring signature) verwendet. Für das vorliegende Ausführungsbeispiel werden sowohl der monetäre Betrag u als auch der Verschleierungsbetrag r eines elektronischen Münzdatensatzes C in Bitdarstellung aufgelöst. Es gilt:
Ui=Zaj-2J für 0 < j < n und aj e (0; 1 } (9a) sowie r=Zbj-2J für 0 < j < n und bj e (0; 1 } (9b)
Für jedes Bit wird vorzugsweise eine Ringsignatur mit
Cij- a.i I I bj G (9c) und
Cij - aj H (9d) durchgeführt, wobei in einer Ausgestaltung vorgesehen sein kann, nur für bestimmte Bits eine Ringsignatur durchzuführen.
Die in Fig. 1 gezeigte Ausgestaltung des Bezahlsystems BZ zeigt insbesondere das Erzeugen eines elektronischen Münzdatensatzes C zur direkten Herausgabe an eine Teilnehmereinheit TE1 (Schritt 102). Alternativ erfolgt die Herausgabe an die Teilnehmereinheit TE1 indirekt über eine Bankinstanz 4 durch die Schritte 102‘ (Bereitstellen des eMDS C an die Bank 4) und in dem Folgeschritt 102“ (Bereitstellen des eMDS C an die TE1).
Das Erzeugen des RDS durch die Herausgeberinstanz 1 ist hier zunächst nur optional und kann auch von den Teilnehmereinheiten TE1, TE2 durchgeführt werden.
Die Fig. 2 zeigt eine Weiterbildung des in Fig. 1 gezeigten Bezahlsystems BZ. Auf die Ausführungen der Fig. 1 wird hiermit Bezug genommen, um Wiederholungen zu vermeiden. Dabei wird in Fig. 2 das Deaktivieren eines Münzdatensatzes C beschrieben. Eine Teilnehmereinheit TE1 entscheidet sich zur Deaktivierung und Rückgabe des Münzdatensatzes C und sendet eine Deaktivieren- Aufforderung im Schritt 111. Dieser Schritt 111 kann die Abbildung eines Teilnehmerwunsches sein, nämlich einen monetären Betrag eines Münzdatensatzes auf ein Konto des Teilnehmers gutzuschreiben, oder kann aufgrund der Auswertung eines Prüfwerts pi erfolgen, bei der festgestellt wurde, dass der Münzdatensatz die Kriterien für eine Rückgabe erfüllt, beispielsweise dem Ablauf einer Gültigkeitsdauer, dem Erreichen eines Rückgabezeitpunkts, dem Erreichen eines „Alters“ (Anzahl von Übertragungen und Modifikationen) oder dem Erreichen eines Schwellwerts bei Nichtverwendung des Münzdatensatzes C. Schritt 111 wird der Münzausgabe-Einheit 12 direkt angezeigt. Das Anzeigen kann auch indirekt über die Bankinstanz 4 erfolgen (ähnlich dem Erhalten des Münzdatensatzes), was in Fig. 2 durch die Schritte 111 ‘ und 111“ dargestellt ist. In der Folge des Schritts 111 wird das Gutschreiben des monetären Betrags auf ein Konto des Teilnehmers oder durch Ausgeben von Bargeld an einem Ausgabefach der Einheit 12 im Folgeschritt veranlasst (nicht dargestellt). Im dargestellten Folgeschritt 212 wird ein Deaktivieren-Kommando an das Münzregister 2 gesendet, um den Registerdatensatz RDS aus dem Münzregister 2 zu löschen oder ihn dort auf ungültig zu schalten. In der Folge ist der RDS des deaktivierten (gutgeschriebenen) Münzdatensatzes aus dem Münzregister 2 gelöscht (durchgestrichenes RDS). Die Fig. 3 zeigt eine Weiterbildung des in Fig. 1 gezeigten Bezahlsystems BZ. Auf die Ausführungen der Fig. 1 wird hiermit Bezug genommen, um Wiederholungen zu vermeiden. Die Münzausgabe-Einheit 12 der Herausgeberinstanz 1 der Fig. 3 weist eine Empfangseinheit 150 auf, an der Münzgenerieranfragen von einer Teilnehmereinheit TE oder einer Zentralbank (nicht dargestellt) ankommen. Die Empfangseinheit 150 überträgt diese Anfrage 210 an die Münzgenerierungs-Einheit 11 mittels eines Air-Gap Prozesses 14. Dabei können die gleichen Mechanismen wie beim zuvor erwähnten und in Fig. 5 näher erläuterten Air-Gap Prozesses 13 angewendet und die gleichen Schnittstellen verwendet werden. Die Münzgenerierungs-Einheit 11 erzeugt den Münzdatensatz C und auch den Registerdatensatz RDS. Um den Registerdatensatz RDS als vertrauenswürdig zu kennzeichnen, signiert die Münzgenerierungs-Einheit 11 den erzeugten Registerdatensatz RDS mit einem privaten Schlüssel PK der Herausgeberinstanz 1. Die Kombination aus elektronischem Münzdatensatz C, Registerdatensatz RDS und signiertem Registerdatensatz [RDS]Sig(PK) wird durch einen Ausdruck Ai, beispielsweise als QR-Code, repräsentiert. Dieser Ausdruck Ai wird über den Air- Gap-Prozess 13 an die Münzausgabeeinheit 12 bereitgestellt. Dort wird mittels einer Leseeinheit 160, beispielsweise einem QR-Code-Scanner, der Ausdruck Ai eingelesen, um den elektronischen Münzdatensatz C zu erhalten. Zudem erzeugt die Münzgenerierungs-Einheit 11 Metadaten MC, die dem Ausdruck Ai angefügt oder als eigenständige Übertragung an die Münzausgabe-Einheit 13 bereitgestellt wird.
Die Einheit 160 prüft die Einmaligkeit des Münzdatensatzes Ci, indem beispielsweise die Metadaten MCi mit Metadaten der im Bezahlsystem BZ existierenden Münzdatensätze C abgeglichen wird. Beispielsweise wird eine Seriennummer oder eine Münzkennung für diese Prüfung herangezogen. Ist die Einmaligkeit des Münzdatensatzes Ci bestätigt, so wird dieser in dem Münzspeicher 170 der Herausgeberinstanz 1 abgelegt und (zeitlich unkorreliert) an eine Teilnehmereinheit TE im Schritt 102 ausgegeben. Das Bereitstellen des RDS an das Münzregister 2 kann bereits nach Prüfung auf Einmaligkeit erfolgen oder erst bei Anfragen eines Münzdatensatzes Ci durch eine TE oder die Bankinstanz 4 erfolgen. Das Bereitstellen des RDS im Schritt 102 an das Münzregister 2 ermöglicht das Registrieren des Münzdatensatzes Ci im Bezahlsystem BZ. Dazu wird in einer Ausgestaltung der RDS und der signierte [RDS]Sig(PK) bereitgestellt. Mit dem öffentlichen Schlüssel der Herausgeberinstanz 1 kann im Münzregister 2 die Signatur des signierten [RDS]Sig(PK) geprüft werden und bei erfolgreicher Prüfung wird der RDS als gültig im Münzregister 2 registriert. In einer anderen Ausgestaltung erhält das Münzregister 2 nur den signierten Registerdatensatz [RDS]Sig(PK). Sobald eine Teilnehmereinheit TE den Registerdatensatz RDS direkt an das Münzregister 2 bereitstellt (also erst nach der Ausgabe des Münzdatensatzes C an die TE1 im Schritt 102), kann in dem Münzregister 2 mit dem öffentlichen Schlüssel der Herausgeberinstanz 1 die Signatur geprüft werden und bei erfolgreicher Prüfung der RDS als gültig im Münzregister 2 registriert werden.
Gemäß Fig. 4 - einer Weiterbildung des Bezahlsystems BZ der Fig. 1 oder 3, kann in dem elektronischen Münzdatensatz C zusätzlich noch mindestens ein Prüfwert p, (auch Zählwert genannt) als weiteres Datenelement geführt werden. Im Bezahlsystem BZ kann dieser Zählerwert pi geführt werden, um zu bestimmen, ob der Münzdatensatz C zurückzugeben ist. Jede Aktion mit dem Münzdatensatz C erhöht diesen Zählerwert pi. Verschiedene Aktionstypen gewichten den Zählerwert pi unterschiedlich, sodass beispielsweise eine direkte Weitergabe des Münzdatensatzes C ein höheres Gewicht hat als eine Modifikation (Aufteilen, Kombinieren, Umschalten). Auf diese Weise wird die Lebensdauer und die darin geführten Aktionen eines Münzdatensatzes C bewertet und Kriterien für dessen Rückgabe entsprechend der geführten Aktionen definiert. Der Prüfwert pn und auch der Zählerwert p, bilden den Lebenszyklus des Münzdatensatzes C ab, anhand dessen dann über eine Rückgabe entschieden wird. In der Fig. 4 wird vom elektronischen Münzdatensatz Ci ein RDSi, beispielsweise mittels der Gleichung (3) ein maskierter elektronischer Münzdatensatz Zi, beispielsweise im SEI, errechnet und dieser RDSi wird zusammen mit dem Prüfwert pi im Münzregister 2 registriert.
In der Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel einer Herausgeberinstanz 1 der Fig. 1 bis 4 dargestellt. auf die Ausführungen in diesen Figuren wird zur Vermeidung von Wiederholungen verzichtet. Die Empfangseinheit 150 der Münzausgabe-Einheit 12 stellt die Anfrage 210 der Münzgenerierungs-Einheit 11 über den Air-Gap-Prozess 14 bereit. Dabei kann eine optoelektronische Schnittstelle eingesetzt werden. Die Leseeinheit 120 der Münzgenerierungs- Einheit 11 veranlasst den Münzgenerator 140 zur Erzeugung des elektronischen Münzdatensatzes, ggf. auch vom RDS und dem signierten RDS. Die Ausgabeeinheit 130 der Münzgenerierungs- Einheit 11 erstellt einen Ausdruck A der den Münzdatensatz C repräsentiert.
Die Münzgenerierungs-Einheit 11 weist bevorzugt keine Netzwerkschnittstelle oder Direktdatenübertragungsverbindung zu einem anderen Endgerät oder einer Vermittlungsstelle (Router, Switch, Hub) auf, um sicherzustellen, dass der in dem Münzgenerator 140 enthaltene Zufallsgenerator RND und der zum Signieren verwendete private Schlüssel PKi der Herausgeberinstanz 1 nicht mittels Netzwerk- Angriff kompromittiert werden können. Der Ausdruck Ai weist beispielsweise eine alphanumerische Zeichenkette auf. Der Ausdruck weist alternativ oder zusätzlich zumindest einen optoelektronisch lesbaren Code auf, beispielsweise einen zweidimensionalen Code, wie QR-Code oder einen eindimensionalen Code, wie Barcode. Der Ausdruck weist alternativ oder zusätzlich zumindest eine Lasergravur, ein Wasserzeichen und/oder eine Prägung. Diese in der Wertdokumente-Her Stellung verwendeten Techniken erhöhen die Sicherheit bei der Air-Gap-basierten Übertragung der elektronischen Münzdatensätze.
Beispielsweise erfolgt der Ausdruck A auf einem Papiersubstrat, bevorzugt auf einem sicherheitselementfreien Substrat, beispielsweise weißes Normalpapier, im Banknotenformat gedruckt. Damit kann die Münzgenerierungs-Einheit 11 ein Teil einer klassischen Bargeld- Herstellungsmaschine, beispielsweise einer Banknoten-Herstellungsmaschine sein. Alternativ erfolgt der Ausdruck A auf Papier im DIN A4 Format. Sodann kann ein herkömmlicher Drucker in der Münzgenerierungs-Einheit 11 verwendet werden. Beispielsweise sind mehrere verschiedenen elektronische Münzdatensätze auf einem Ausdruck, beispielsweise auf einer DIN A4 Seite, angeordnet. Damit können in praktischer Weise gleichzeitig mehrere Münzdatensätze C über den Air-Gap-Prozess 13 übertragen werden, sodass die Übertragung wesentlich effizienter ist. Die Münzausgabe-Einheit 11 ist hierbei eine Banknotenbearbeitungsmaschine. Damit können die bei Banknotenbearbeitungsmaschinen vorgesehene Lesegeräte, wie ein Scanner 160 zum Einlesen der Ausdrucke A verwendet werden. Eine Datenprüfung in der Einheit 160 erkennt doppelte Münzdatensätze C im Bezahlsystem BZ und führt sogleich eine Vernichtung des Ausdrucks (Schreddern oder aussortieren) aus. Dazu ist eine Vernichtungseinheit 180 in der Münzausgabe- Einheit 12 vorgesehen.
Diese Ausdruckvemichtungseinheit 180 zum Vernichten ungültiger Ausdrucke A kann ungültige Ausdrucke A, wie beispielsweise nicht-lesbare Ausdrucke oder erkannte doppelte elektronische Münzdatensätze (repräsentiert durch die Ausdrucke), vernichten. Damit verlässt die Münzausgabe-Einheit 12 kein ungeprüfter elektronischer Münzdatensatz C. Eine Prüfung kann beispielsweise anhand von Metadaten MC oder Registerdaten einer Datenbank des Bezahlsystems BZ, auf das die Münzausgabe-Einheit 12 einen Zugriff hat, geprüft werden. Beispielsweise können Seriennummem, eine Münzkennung oder ähnliche Datenelemente auf doppeltem Vorhandensein in dem Bezahlsystem BZ geprüft werden. Eine Vernichtungseinheit 150 ist beispielsweise eine mechanische Zerstücklungseinrichtung (Schredder), mit der die Ausdrucke physisch zerstückelt und im Ergebnis zerstört werden. Alternativ ist die Vemichtungseinheit 150 ein Aussortierfach, in der die ungültigen Ausdrucke abgelegt werden. Derartige Vernichtungseinheiten 150 könnten Vernichtungseinheiten von Banknotenbearbeitungsmaschinen sein. Gemäß Fig. 1, 3 und 4 wird im TE2 der übertragene elektronische Münzdatensatz Ci als Ci* erhalten. Mit dem Erhalt des elektronischen Münzdatensatzes Ci* ist die TE2 im Besitz des digitalen Geldes, den der elektronische Münzdatensatz Ci* repräsentiert. Mit der direkten Übertragung 105 steht es der TE2 für weitere Aktionen zur Verfügung.
Aufgrund der höheren Vertrauenswürdigkeit bei der Verwendung von SEs können sich SEI, SE2 gegenseitig vertrauen und es sind prinzipiell keine weiteren Schritte für das Übertragen 105 notwendig. Allerdings ist dem SE2 nicht bekannt, ob der elektronische Münzdatensatz Ci* tatsächlich gültig ist. Zur weiteren Absicherung des Übertragens 105 können weitere Schritte im Verfahren vorgesehen sein, wie nachfolgend erläutert wird.
Zum Prüfen der Validität des erhaltenen elektronischen Münzdatensatzes Ci* kann im SE2 mit der - öffentlichen - Einwegfunktion aus Gleichung (3) ein weiterer RDS, beispielsweise der maskierte übertragene elektronische Münzdatensatz Zi*, errechnet werden. Der RDS, also beispielsweise der maskierte übertragene elektronische Münzdatensatz Zi* wird dann an das Münzregister 2 im Schritt 104 übertragen und dort gesucht. Bei Übereinstimmung beider RDS bezüglich des gleichen Münzdatensatzes C, also beispielsweise einer Übereinstimmung mit einem registrierten und gültigen maskierten elektronischen Münzdatensatz Zi, wird dem SE2 die Validität des erhaltenen Münzdatensatzes Ci* angezeigt und es gilt, dass der erhaltene elektronische Münzdatensatz Ci* gleich dem registrierten elektronischen Münzdatensatz Ci ist. Mit der Prüfung auf Validität kann in einer Ausgestaltung festgestellt werden, dass der erhaltene elektronische Münzdatensatz Ci* noch gültig ist, d.h., dass er nicht bereits durch einen anderen Verarbeitungsschritt oder bei einer anderen Transaktion/Aktion bereits verwendet wurde und/ oder einer weiteren Veränderung unterworfen war.
Bevorzugt findet danach ein Elmschalten (=Switch) des erhaltenen elektronischen Münzdatensatzes statt.
Die alleinige Kenntnis eines RDS, also beispielsweise eines maskierten elektronischen Münzdatensatzes Zi, berechtigt nicht dazu, das digitale Geld des korrespondierenden elektronischen Münzdatensatzes Ci auszugeben.
Die alleinige Kenntnis des elektronischen Münzdatensatzes Ci berechtigt zum Bezahlen, d.h. eine Transaktion erfolgreich durchzuführen, insbesondere wenn der Münzdatensatz Ci gültig ist, beispielsweise wenn der elektronische Münzdatensatz Ci einen aktiven Status aufweist. Der Status wird bevorzugt erst bei Erhalt der Löschbestätigung des SEI in einen Aktiv-Status gesetzt. Es herrscht eine eineindeutige Beziehung zwischen den elektronischen Münzdatensätzen Ci und den entsprechenden maskierten elektronischen Münzdatensätzen Zi. Die maskierten elektronischen Münzdatensätze Zi werden in dem Münzregister 2, beispielsweise einer öffentlichen Datenbank, registriert. Durch dieses Registrieren 104 wird zunächst die Gültigkeit des elektronischen Münzdatensatzes Ci prüfbar, beispielsweise ob neue monetäre Beträge (illegaler Weise) erschaffen wurden. Die maskierten elektronischen Münzdatensätze Zi werden in dem Münzregister 2 gespeichert. Alle Verarbeitungen an dem elektronischen Münzdatensatz Zi werden dort registriert, wohingegen die tatsächliche Übertragung des digitalen Geldes in einer (geheimen, d.h. einer der Öffentlichkeit nicht bekannten) Direkttransaktionsschicht 3 des Bezahlsystems BZ erfolgt. Zudem können in diesem Bezahlsystem BZ Überwachungen am Münzdatensatz C und der Teilnehmereinheit TE in einem Überwachungsregister 6 erfasst werden.
Um ein mehrfaches Ausgeben zu verhindern oder um ein flexibleres Übertragen 105 zu gewährleisten, können die elektronischen Münzdatensätze C modifiziert werden. In der nachfolgenden Tabelle 1 sind beispielhafte Operationen aufgelistet, wobei mit dem angegebenen Befehl auch ein entsprechender Verarbeitungsschritt ausgeführt wird:
Tabelle 1 - Anzahl von pro Verarbeitung eines C im TE bzw. der Herausgeberinstanz durchführbaren Operationen
Weitere Operationen, die in Tabelle 1 nicht aufgeführt sind, können benötigt werden, beispielsweise das Wechseln der Währung oder das Einlösen des monetären Betrags auf einem Konto. Anstelle der angeführten Implementierung sind auch andere Umsetzungen denkbar, die andere Operationen implizieren. Die Tabelle 1 zeigt, dass für jeden Münzdatensatz, jede der Verarbeitungen (Modifikationen) „Erstellen“, „Zurückgeben“, „Aufteilen“, „Verbinden“ und „Umschalten“ verschiedene Operationen „Signatur erstellen“; „Zufallszahl erstellen“; „Maskierung erstellen“; „Bereichsprüfung“ vorgesehen sein können, wobei jede der Verarbeitungs-Operation in dem Münzregister 2 registriert und dort in unveränderlicher Form an eine Liste vorheriger Verarbeitungs-Operationen für maskierte elektronische Münzdatensätze Zi angehängt wird. Die Operationen der Verarbeitungen „Erstellen“ und „Zurückgeben“ eines elektronischen Münzdatensatzes C werden nur an sicheren Orten und/oder nur von ausgewählten Instanzen, beispielsweise der Herausgeberinstanz 1, ausgeführt, während die Operationen aller übrigen Verarbeitungen auf den Teilnehmereinheiten TE, also den Endgeräten M bzw. deren Sicherheitselementen SE ausgeführt werden können.
Die Anzahl der Operationen für die einzelnen Verarbeitungen ist in der Tabelle 1 mit „0“, „1“ oder „2“ gekennzeichnet. Die Anzahl „0“ zeigt dabei an, dass ein Teilnehmereinheit TE oder die Herausgeberinstanz 1 diese Operation für diese Verarbeitung des elektronischen Münzdatensatzes C nicht durchführen muss. Die Anzahl „1“ zeigt dabei an, dass das Teilnehmereinheit TE bzw. die Herausgeberinstanz 1 diese Operation für diese Verarbeitung des elektronischen Münzdatensatzes C einmal durchführen können muss. Die Anzahl „2“ zeigt dabei an, dass das Teilnehmereinheit TE bzw. die Herausgeberinstanz 1 diese Operation zweimal für diese Verarbeitung des elektronischen Münzdatensatzes durchführen können muss.
Gmndsätzlich kann in einer Ausgestaltung auch vorgesehen sein, dass eine Bereichsprüfung durch die Herausgeberinstanz 1 auch beim Erzeugen und/ oder Löschen durchgeführt wird.
In der nachfolgenden Tabelle 2 sind für die einzelnen Verarbeitungen die für das Münzregister 2 und/oder das Überwachungsregister 6 benötigten Operationen aufgelistet:
Tabelle 2 - Anzahl pro Verarbeitung eines C in dem Münzregister durchführbaren Operationen Weitere Operationen, die in Tabelle 2 nicht aufgeführt sind, können benötigt werden. Anstelle der angeführten Implementierung sind andere Umsetzungen denkbar, die andere Operationen implizieren. Alle Operationen der Tabelle 2 können in dem Münzregister 2 durchgeführt werden, die als vertrauenswürdige Instanz, beispielsweise als Serverinstanz, beispielsweise als Distributed- Trusted-Server, für eine ausreichende Integrität der elektronischen Münzdatensätze C sorgt.
Die Tabelle 3 zeigt die für die Systemteilnehmer im Bezahlsystem der Fig. 1 bevorzugt zu installierenden Komponenten:
Tabelle 3 - Bevorzugte Einheiten in den Systemkomponenten
Tabelle 3 zeigt eine Übersicht über die bevorzugt zu verwendenden Komponenten in jedem Systemteilnehmer, also der Herausgeberinstanz 1, einer Teilnehmereinheit TE und dem Münzregister 2.
Die Teilnehmereinheiten TE können mittels e-Wallet für elektronische Münzdatensätze Ci (mit den Prüfwert p, pn pn) d.h. als elektronische Geldbörse mit einem Speicherbereich, in dem eine Vielzahl von Münzdatensätzen Ci hinterlegt sein können, ausgebildet sein und so beispielsweise in Form einer Applikation auf einem Smartphone oder IT-System eines Händlers, einer Geschäftsbank oder eines anderen Marktteilnehmers implementiert sein. Somit sind die Komponenten in der Teilnehmereinheit TE, so wie sie in Tabelle 3 gezeigt sind, als Software implementiert. Es wird davon ausgegangen, dass das Münzregister 2, das Transaktionsregister 4 und/oder das Überwachungsregister 6 auf einem Server oder auf einer DLT basiert und von einer Reihe vertrauenswürdiger Marktteilnehmer betrieben wird.
Im Münzregister 2 kann ein RDS betreffend den elektronischen Münzdatensatz C durch einen zu registrierenden RDS betreffend den elektronischen Münzdatensatz C oder eines modifizierten elektronischen Münzdatensatzes C ersetzt werden. Damit werden im Münzregister 2 (nur) aktuelle - im Bezahlsystem BZ existierende - Münzdatensätze C als RDS gepflegt.
In der Fig. 6 ist ein Verfahrensablaufdiagramm eines Verfahrens 200 für das Erzeugen und Herausgeben eines elektronischen Münzdatensatzes C in einer Herausgeberinstanz 1 gezeigt. Dabei wird im optionalen Schritt 101 eine Münzanfrage in der Herausgeberinstanz 1, beispielsweise der Empfangseinheit 150, empfangen. Die Anfrage 101 kann von einer Zentralbank oder auch von einer Teilnehmereinheit TE oder einer Geschäftsbank 4 des Bezahlsystems BZ erfolgt sein. Im optionalen Schritt 201 wird diese Anfrage mittels Air-Gap Prozess 14 an die Münzgenerierungs-Einheit 11 der Herausgeberinstanz 1 gesendet. Im Schritt 202 wird (beispielsweise im Münzgenerator 140) ein elektronischer Münzdatensatz generiert. Zudem können ein RDS und ein signierter RDS in den optionalen Schritten 203 und 204 erzeugt werden. Im optionalen Schritt 205 werden Metadaten erzeugt. Im Schritt 206 wird der elektronische Münzdatensatz C mittels Air-Gap-Prozess 13, ggf. mit dem RDS und dem signierten RDS an die Münzausgabe-Einheit der Herausgeberinstanz 1 gesendet. Dazu wird bevorzugt ein Ausdruck A erzeugt. Der Ausdruck A wird zu der Münzausgabeeinheit 12 transportiert. Alternativ wird eine gesicherte Transportbox (Behälter mit optischem, mechanischem oder digitalem Siegel oder mechanischem oder digitalem Schloss) verwendet, um den Ausdruck (oder die Ausdrucke) zu übertragen. Der Ausdruck wird einen Lesebereich der Münzausgabe-Einheit 12 gebracht, um eingelesen zu werden. Bevorzugt wird eine Infrastruktur der Banknotenherstellung verwendet. In dem optionalen Schritt 207 kann der RDS erzeugt werden, sollte dieser nicht bereits in Schritt 203 erzeugt und mit übertragen worden sein. Nicht dargestellt ist eine Zwischenspeicherung des Münzdatensatzes C im Münzspeicher 170 der Herausgeberinstanz 1. Im Schritt 209 wird der erzeugte elektronische Münzdatensatz C an eine anfordernde (Schritt 101) Teilnehmereinheit TE oder eine Bankinstanz 4 ausgegeben. Im optionalen Schritt 104 wird der Münzdatensatz C in dem Münzregister 2 registriert, beispielsweise durch Übermittlung des RDS und/oder des signierten RDS. Fig. 7 zeigt eine Datenstruktur für ein Münzregister 2 der vorhergehenden Figuren. In der Fig. 7 sind Daten des Münzregisters 2 zur Veranschaulichung dargestellt, hier sind die maskierten elektronischen Münzdatensätze Zi und ggf. ihre Verarbeitungen registriert. Das Münzregister 2 kann in einer Serverinstanz untergebracht sein. Register 2 ist bevorzugt lokal entfernt von den Teilnehmereinheiten TE angeordnet und beispielsweise in einer Server-Architektur untergebracht.
Jede Verarbeitungs-Operation für eine Verarbeitung (Erstellen, Deaktivieren, Aufteilen, Verbinden und Umschalten) wird dabei in dem Münzregister 2 registriert und dort beispielsweise in unveränderlicher Form an eine Liste vorheriger Verarbeitungs-Operationen für maskierte elektronische Münzdatensätze Zi angehängt. Die einzelnen Operationen bzw. deren Prüfergebnis, also quasi die Zwischenergebnisse einer Verarbeitung, werden in dem Münzregister 2 festgehalten. Zwar wird im Folgenden von einer sich fortsetzenden Liste ausgegangen, jedoch kann auch diese Datenstruktur, gegebenenfalls nach vorbestimmten Regeln, bereinigt oder komprimiert werden bzw. in einer bereinigten oder komprimierten Form separat bereitgestellt werden.
Die Verarbeitungen „Erstellen“ und „Deaktivieren“, die die Existenz des monetären Betrags u,. an sich betreffen, also die Schaffung und die Vernichtung von Geld bedeuten, bedürfen einer zusätzlichen Genehmigung durch die Herausgeberinstanz 1, um in dem Münzregister 2 registriert (also protokolliert) zu werden. Die übrigen Verarbeitungsoperationen (Aufteilen, Verbinden, Umschalten) bedürfen keiner Autorisierung durch die Herausgeberinstanz 1 oder durch den Befehlsinitiator (= Zahler, bspw. das erste Endgerät Ml). Die übrigen Verarbeitungsoperationen sind jedoch hinsichtlich verschiedener Prüfkriterien zu prüfen. Eine Registrierung der jeweiligen Verarbeitung wird beispielsweise durch entsprechende Listeneinträge in der Datenbank gemäß Fig. 7 realisiert. Diese Listeneinträge sind die RDS. Jeder Listeneintrag hat dabei weitere Markierungen 25 bis 28, die die Zwischenergebnisse der jeweiligen Verarbeitung dokumentiert, die von dem Münzregister 2 durchgeführt werden müssen. Bevorzugt werden die Markierungen 25 bis 28 als Hilfestellung benutzt und nach Abschluss der Befehle von dem Münzregister 2 verworfen.
Ein Münzdatensatz kann als gültig behandelt werden, wenn die notwendigen Prüfungen erfolgt sind. Eine optionale Markierung 29 kann beispielsweise den Abschluss der Verarbeitung anzeigen. Die Markierungen 29 sind bei Eingehen eines Verarbeitung-Befehls beispielsweise im Zustand “ und werden nach erfolgreichem Absolvieren aller Prüfungen (zu Markierungen 25-28) auf den Zustand „1“ gesetzt und bei mindestens einer gescheiterten Prüfung auf den Zustand „0“ gesetzt. Eine (Abschluss-)Markierung 29 könnte mit dem Wert „2“ beispielsweise anzeigen, dass nur die notwendigen Prüfungen abgeschlossen und nachholbare Prüfungen ausgelassen wurden.
Eine mögliche Struktur für einen Listeneintrag eines Münzdatensatzes umfasst beispielsweise zwei Spalten 22a, 22b für einen Vorgänger-Münzdatensatz (Ol, 02), zwei Spalten 23a, 23b für einen Nachfolger-Münzdatensatz (Sl, S2), eine Signatur-Spalte 24 für Signaturen von Herausgeberinstanz(en) 1 und Signaturen von Endgeräten M, und sechs Markierungsspalten 25, 26, 27a, 27b und 27c sowie 28. Jeder der Einträge in den Spalten 25 bis 28 weist drei alternative
Zustände “ oder „0“ auf.
Die Spalte 25 (O-Flag) zeigt an, ob eine Gültigkeitsprüfung bezüglich eines elektronischen Vorgänger-Münzdatensatzes in Spalte 22a/b erfolgreich war. Der Zustand „1“ bedeutet, dass eine Validitäts-Prüfung ergab, dass der elektronische Münzdatensatz der Spalte 22a/b gültig ist und der Zustand „0“ anzeigt, dass eine Validitäts-Prüfung ergab, dass der elektronische Münzdatensatz der Spalte 22a/b ungültig und der Zustand anzeigt, dass eine Validitäts-Prüfung noch nicht abgeschlossen ist. Für mehrere Vorgänger-Münzdatensätze wird bevorzugt ein gemeinsames O- Flag eingesetzt (beide gültig), anstatt zwei getrennte O-Flags. Die Spalte 26 (C-Flag) zeigt an, ob eine erste Prüfberechnung für die maskierten elektronischen Münzdatensätze erfolgreich war. Mit der ersten Prüfberechnung wird insbesondere überprüft, ob der Befehl betragsneutral ist, also primär dass die Summe der beteiligten monetären Beträge Null ergibt. Der Zustand „1“ bedeutet, dass eine Berechnung erfolgreich war und der Zustand „0“ gibt an, dass Berechnung nicht erfolgreich war und der Zustand anzeigt, dass eine Berechnung noch nicht abgeschlossen ist.
Die in Spalte 26 durchzuführende Berechnung lautet beispielsweise:
(Zoi + Z02) - (Zsi + Zs2 ) == 0 (10) Die Spalte 27a (RI -Flag) zeigt an, ob eine erste Prüfung eines Bereichsnachweises oder des Bereichsnachweises erfolgreich war. Gleiches gilt für die weiteren Spalten 27b (R2-Flag) und 27c (R3-Flag). Der Zustand „1“ bedeutet, dass eine Validitäts-Prüfung ergab, dass die Bereichsnachweise oder der Bereichsnachweis nachzuvollziehen sind oder ist und der Zustand „0“ zeigt an, dass eine Validitäts-Prüfung ergab, dass die Bereichsnachweise oder der Bereichsnachweis nicht nachvollzogen werden konnten oder konnte und der Zustand zeigt an, dass eine Validitäts-Prüfung noch nicht abgeschlossen ist, nicht erfolgreich war. Der erste Bereichsnachweis der Spalte 27a ist immer nötig, damit der oder die Münzdatensätze als gültig betrachtet werden können. Ein typisches Beispiel für eine notwendige Prüfung ist die Prüfung, dass der monetäre Betrag nicht negativ ist (bzw. keiner der monetären Beträge negativ ist). Der zweite und dritte Bereichsnachweis beeinflusst die Gültigkeit des Münzdatensatzes nicht. Mit dem Bereichsnachweis der Spalte 27b wird geprüft, ob der monetäre Betrag des maskierten Münzdatensatzes (bzw. jedes Münzdatensatzes) unter einem Maximalbetrag liegt. Der Maximalbetrag kann systemweit oder für bestimmte Endgerätetypen vorbestimmt sein. Mit dem Bereichsnachweis der Spalte 27c wird beispielsweise eine Summe monetärer Beträge, die die Teilnehmereinheit TE (gesendet oder) in einem bestimmten Zeitraum - wie 24 Stunden - empfangen hat, mit einem Summengrenzwert verglichen oder beispielsweise eine Transaktionsanzahl pro Zeiteinheit für die Teilnehmereinheit TE geprüft, wie maximal 5 pro Minute oder 100 pro Tag. Die Grenzwerte können vom Bezahlsystem BZ systemweit vorgegeben oder für bestimmte Teilnehm ereinheiten-Typen (also teilnehmereinheitenspezifisch) definiert werden. Beispielsweise kann eine Kaffeemaschine vom Typ X gerätebedingt nur vier Portionen Heißgetränke pro Minute ausgeben und dementsprechend sind nur vier Münztransaktionen pro Minute gestattet. Die Spalte 28 (S-Flag) zeigt an, ob eine Signatur des elektronischen Münzdatensatzes mit der Signatur der Spalte 24 übereinstimmt, wobei Zustand „1“ bedeutet, dass eine Validitäts-Prüfung ergab, dass die Signatur als die der Herausgeberinstanz identifiziert werden konnte und der Zustand „0“ anzeigt, dass eine Validitäts-Prüfung ergab, dass die Signatur nicht als die der Herausgeberinstanz identifiziert werden konnte und der Zustand anzeigt, dass eine Validitäts- Prüfung noch nicht abgeschlossen ist.
Eine Änderung des Status eines der Markierungen (auch als „Flag“ bezeichnet) bedarf der Genehmigung durch das Münzregister 2 und muss sodann unveränderlich in der Datenstruktur der Fig. 7 gespeichert werden. Eine Verarbeitung ist im anonymen Modus (bzw. für einen anonymen maskierten Münzdatensatz) endgültig, wenn und nur wenn die erforderlichen Markierungen 25 bis 28 durch das Münzregister 6 validiert wurden, d.h. nach der entsprechenden Prüfung vom Zustand „0“ in den Zustand „1“ oder den Zustand „1“ gewechselt wurden. Im Folgenden wird von einer Datenstruktur ohne Abschlussmarkierungen 29 ausgegangen und zunächst die Gültigkeit anonymer Münzdatensätze betrachtet. Um festzustellen, ob ein maskierter elektronischer Münzdatensatz Z gültig ist, sucht das Münzregister 2 nach der letzten Änderung, die den maskierten elektronischen Münzdatensatz Z betrifft. Es gilt, dass der maskierte elektronische Münzdatensatz Z gültig ist, sofern der maskierte elektronische Münzdatensatz Z für seine letzte Verarbeitung in einer der Nachfolger-Spalten 23a, 23b aufgeführt ist, wenn und nur wenn diese letzte Verarbeitung die entsprechende endgültige Markierung 25 bis 28 aufweist. Es gilt auch, dass der maskierte elektronische Münzdatensatz Z gültig ist, sofern der maskierte elektronische Münzdatensatz Z für seine letzte Verarbeitung in einer der Vorgänger-Spalten 22a, 22b aufgeführt ist, wenn und nur wenn diese letzte Verarbeitung fehlgeschlagen ist, also zumindest einer der entsprechend geforderten Zustände der Markierungen 25 bis 28 auf „0“ gesetzt ist.
Wenn der maskierte elektronische Münzdatensatz Z nicht in dem Münzregister 2 gefunden wird, ist er ungültig. Es gilt zudem, dass der anonyme maskierte elektronische Münzdatensatz Z für alle übrigen Fälle nicht gültig ist. Beispielsweise wenn die letzte Verarbeitung des maskierten elektronischen Münzdatensatzes Z in einer der Nachfolger-Spalten 23a, 23b aufgeführt ist, diese letzte Verarbeitung aber nie endgültig wurde oder wenn die letzte Verarbeitung des maskierten elektronischen Münzdatensatzes Z in einer der Vorgänger-Spalten 22a, 22b ist und diese letzte Verarbeitung endgültig ist.
Die Prüfungen, die durch das Münzregister 2 und/oder das Überwachungsregister 6 erfolgen, um festzustellen, ob eine Verarbeitung endgültig ist, werden durch die Spalten 25 bis 28 abgebildet: Der Zustand in der Spalte 25 zeigt an, ob der/die maskierten elektronischen Münzdatensätze gemäß Vorgänger-Spalten 22a, 22b gültig sind. Der Zustand in der Spalte 26 gibt an, ob die Berechnung des maskierten elektronischen Münzdatensatzes gemäß Gleichung (10) stimmt. Der Zustand in der Spalte 27a gibt an, ob die Bereichsnachweise für die maskierten elektronischen Münzdatensätze Z erfolgreich geprüft werden konnten. Der Zustand in Spalte 28 zeigt an, ob die Signatur in der Spalte 24 des maskierten elektronischen Münzdatensatzes Z eine gültige Signatur der Herausgeberinstanz 1 ist.
Der Zustand „0“ in einer Spalte 25 bis 28 zeigt dabei an, dass die Prüfung nicht erfolgreich war. Der Zustand „1“ in einer Spalte 25 bis 28 zeigt dabei an, dass die Prüfung erfolgreich war. Der Zustand in einer Spalte 25 bis 28 zeigt dabei an, dass keine Prüfung erfolgt ist. Die Zustände können auch einen anderen Wert aufweisen, solange eindeutig zwischen Erfolg/Misserfolg einer Prüfung unterschieden werden kann und ersichtlich ist, ob eine bestimmte Prüfung durchgeführt wurde.
Beispielhaft sind fünf verschiedene Verarbeitungen definiert, die hier im Einzelnen erläutert werden. Dabei wird auf den entsprechenden Listeneintrag in der Fig. 7 verwiesen. Eine Verarbeitung ist beispielsweise „Erzeugen“ eines elektronischen Münzdatensatzes Ci. Das Erzeugen in der Direkttransaktionsschicht 3 durch die Herausgeberinstanz 1 beinhaltet das Wählen eines monetären Betrags Ui und das Erstellen eines Verschleierungsbetrags n, wie mit Gleichung (1) bereits beschrieben wurde. Wie in Fig. 7 gezeigt, bedarf es bei der Verarbeitung „Erzeugen“ keiner Eintragungen/Markierungen in den Spalten 22a, 22b, 23b und 25 bis 27. In der Nachfolger- Spalte 23a wird der maskierte elektronische Münzdatensatz Zi registriert. Diese Registrierung erfolgt bevorzugt vor dem Übertragen 105 an eine Teilnehmereinheit TE, insbesondere oder bereits beim Generieren durch die Herausgeberinstanz 1, wobei in beiden Fällen dazu die Gleichung (3) ausgeführt werden muss. Der maskierte elektronische Münzdatensatz Zi ist beim Erstellen von der Herausgeberinstanz 1 signiert, diese Signatur ist in der Spalte 24 eingetragen, um sicherzustellen, dass der elektronische Münzdatensatz Ci tatsächlich von einer Herausgeberinstanz 1 erstellt wurde, wobei auch andere Verfahren dafür in Frage kommen. Stimmt die Signatur eines erhaltenen Zi mit der Signatur in Spalte 24 überein, so wird die Markierung in Spalte 28 gesetzt (von „0“ auf „1“). Die Markierungen gemäß Spalte 25 bis 27 benötigen keine Statusänderung und können ignoriert werden. Der Bereichsnachweis wird nicht benötigt, da das Münzregister 2 darauf vertrauen kann, dass die Herausgeberinstanz 1 keine negativen monetären Beträge ausgibt. In einer alternativen Ausführung kann er aber von der Herausgeberinstanz 1 im Erstellen-Befehl mitgesendet werden und von dem Münzregister 2 geprüft werden.
Eine Verarbeitung ist beispielsweise „Deaktivieren“. Das Deaktivieren 111, also das Geldvernichten, bewirkt, dass der maskierte elektronische Münzdatensatz Zi nach erfolgreichem Ausführen des Deaktivieren-Befehls durch die Herausgeberinstanz 1 ungültig wird, siehe auch Fig. 13. Man kann also den zu deaktivierenden (maskierten) elektronischen Münzdatensatz in dem Münzregister 2 nicht mehr weiterverarbeiten. Um Verwirrung zu vermeiden, sollten die entsprechenden (nicht maskierten) elektronischen Münzdatensätze Ci auch in der Direkttransaktionsschicht 3 deaktiviert werden. Beim „Deaktivieren“ 111 wird die Vorgängerspalte 22a mit dem elektronischen Münzdatensatz Zi beschrieben, aber keine Nachfolgerspalte 23a, 23b besetzt. Der maskierte elektronische Münzdatensatz Zi ist beim Deaktivieren daraufhin zu prüfen, ob die Signatur mit der Signatur gemäß Spalte 24 übereinstimmt, um sicherzustellen, dass der elektronische Münzdatensatz Ci tatsächlich von einer Herausgeberinstanz 1 erstellt wurde, wobei wieder andere Mittel für diese Prüfung verwendet werden können. Kann das signierte Zi, das im Deaktivieren-Befehl mitgesendet wird, als von der Herausgeberinstanz 1 signiert bestätigt werden, wird die Markierung 28 gesetzt (von „0“ auf „1“). Die Markierungen gemäß Spalte 26 bis 27 benötigen keine Statusänderung und können ignoriert werden. Die Markierungen gemäß Spalte 25 und 28 werden nach entsprechender Prüfung gesetzt. Eine Verarbeitung (Modifikation) ist beispielsweise das „Aufteilen“. Das Aufteilen 110, also das Teilen eines elektronischen Münzdatensatzes Zi in eine Anzahl n, beispielsweise 2, von elektronischen Münzteildatensätzen Zj und Zk erfolgt zunächst in der Direkttransaktionsschicht 3, so wie es in den Figuren 8 und 12 noch gezeigt wird, wobei die monetären Beträge Uj und des Verschleierungsbetrags h generiert werden. Vk und rk ergeben sich durch Gleichungen (7) und (8). In dem Münzregister 2 werden die Markierungen 24 bis 27 gesetzt, die Vorgängerspalte 22a wird mit dem elektronischen Münzdatensatz Zi beschrieben, Nachfolgerspalte 23a wird mit Zj und Nachfolgerspalte 23b wird mit Zk beschrieben. Die gemäß Spalten 24 bis 27 benötigten Statusänderungen erfolgen nach der entsprechenden Prüfung durch das Münzregister 2 und dokumentieren das jeweilige Prüfungsergebnis. Die Markierung gemäß Spalte 28 wird insbesondere im anonymen Modus ignoriert. Ein erster Bereichsnachweis RI nach Spalte 27a muss beispielsweise erbracht werden, um zu zeigen, dass kein monetärer Betrag negativ ist. Ein zweiter Bereichsnachweis R2 in Spalte 27b ist nicht nötig, da die monetären Teilbeträge der Nachfolger stets kleiner als der monetäre Ausgangsbetrag des Vorgängers sind. Ein Summenbereichsnachweis R3 in Spalte 27c ist ebenfalls in der Regel nicht erforderlich (keine neuen monetären Beträge). Die Spalte 24 wird zum Einträgen einer den Münzdatensatz aufteilenden Teilnehmereinheit TE erzeugten Signatur verwendet.
Eine Verarbeitung ist beispielsweise „Verbinden“. Das Verbinden 109, also das Zusammenfügen zweier elektronischer Münzdatensätze Zi und Zj zu einem elektronischen Münzdatensatz Zm erfolgt zunächst in der Direkttransaktionsschicht 3, so wie es in Figuren 9 und 11 noch gezeigt wird, wobei der monetäre Betrag um und der Verschleierungsbetrag rm berechnet werden. In dem Münzregister 2 werden die Markierungen 25 bis 28 gesetzt, die Vorgängerspalte 22a wird mit dem elektronischen Münzdatensatz Zi beschrieben, Vorgängerspalte 22b wird mit Zj und Nachfolgerspalte 23b wird mit Zm beschrieben. Die Markierungen in den Spalten 25 bis 28 benötigen Statusänderungen und das Münzregister 2 führt die entsprechenden Prüfungen durch. Ein erster Bereichsnachweis RI nach Spalte 27a muss erbracht werden, um zu zeigen, dass kein neues Geld generiert wurde. Ein zweiter Bereichsnachweis R2 in Spalte 27b ist sinnvoll, da der neue monetäre Betrag des Nachfolgers größer sein könnte als ein Maximalwert. Ein Summenbereichsnachweis R3 in Spalte 27c ist ebenfalls in der Regel sinnvoll, da das Endgerät neu empfangene Vorgänger nutzen könnte. Die Markierung gemäß Spalte 28 kann ignoriert werden. Die Spalte 24 wird zum Einträgen einer den Münzdatensatz verbindenden Teilnehmereinheit TE erzeugten Signatur verwendet. Eine weitere Verarbeitung ist beispielsweise „Umschalten“. Das Umschalten 108 ist dann nötig, wenn ein elektronischer Münzdatensatz auf eine andere Teilnehmereinheit TE übertragen wurde und ein erneutes Ausgeben durch die übertragende Teilnehmereinheit TE ausgeschlossen werden soll. Beim Umschalten, auch „switch“ genannt, wird der von der ersten Teilnehmereinheit TE1 erhaltene elektronische Münzdatensatz Ck gegen einen neuen elektronischen Münzdatensatz Ci mit gleichem monetärem Betrag ausgetauscht. Der neue elektronische Münzdatensatz Ci wird von der zweiten Teilnehmereinheit TE2 generiert. Dieses Umschalten ist notwendig, um den von der ersten Teilnehmereinheit TE2 erhaltenen elektronischen Münzdatensatz Ck zu invalideren (ungültig machen), wodurch ein erneutes Ausgeben des gleichen elektronischen Münzdatensatzes Ck vermieden wird. Denn, solange der elektronische Münzdatensatz Ck nicht umgeschaltet ist, kann - da die erste Teilnehmereinheit TE1 in Kenntnis des elektronischen Münzdatensatzes Ck ist - die erste Teilnehmereinheit TE1 diesen elektronischen Münzdatensatz Ck an eine drittes Teilnehmereinheit TE weitergeben. Das Umschalten erfolgt beispielsweise durch Hinzufügen eines neuen Verschleierungsbetrags radd zum Verschleierungsbetrag rk des erhaltenen elektronischen Münzdatensatz Ck, wodurch ein Verschleierungsbetrag n erhalten wird, die nur die zweite Teilnehmereinheit TE2 kennt. Dies kann auch in dem Münzregister 2 erfolgen. Um zu beweisen, dass nur ein neuer Verschleierungsbetrag radd zum Verschleierungsbetrag rk des maskierten erhaltenen elektronischen Münzdatensatzes Zk hinzugefügt wurde, der monetäre Betrag aber gleichgeblieben ist, und also Gleichung (11):
Vk = (11) gilt, so muss die zweite Teilnehmereinheit TE2 nachweisen können, dass sich Zi-Zk als skalares Vielfaches von G also als radd*G darstellen lässt. Das heißt, dass nur ein Verschleierungsbetrag radd erzeugt wurde und der monetäre Betrag von Zi gleich dem monetären Betrag von Zk ist, also Zi=Zk+ radd*G. Dies erfolgt durch das Erzeugen einer Signatur mit dem öffentlichen Schlüssel Zi- Zk — radd*G.
Die Modifikationen „Aufteilen“ und „Verbinden“ an einem elektronischen Münzdatensatz können auch von einer Teilnehmereinheit TE1 an eine andere Teilnehmereinheit TE delegiert werden, beispielsweise wenn eine Kommunikationsverbindung zu dem Münzregister 2 nicht vorhanden ist.
In Fig. 8 ist ein Ausführungsbeispiel eines Bezahlsystems BZ gemäß der Erfindung zu den Aktionen „Aufteilen“, „Verbinden“ und „Umschalten“ von elektronischen Münzdatensätzen C gezeigt. In Fig. 8 hat die erste Teilnehmereinheit TE1 den Münzdatensatz Ci erhalten und möchte nun eine Bezahltransaktion nicht mit dem gesamten monetären Betrag Ui, sondern nur mit einem Teilbetrag Vk durchführen. Dazu wird der Münzdatensatz Ci aufgeteilt. Dazu wird zunächst der monetäre Betrag geteilt:
Oi = Oj + Ok (12)
Dabei muss jeder der erhaltenen Beträge Uj, Uk, größer 0 sein, denn negative monetäre Beträge sind nicht zulässig.
In einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt eine symmetrische Aufteilung des monetären Betrags Ui in eine Anzahl n aus gleichgroßen monetäre Teilbeträge Uj.
Vj = v,/n (12a)
Die Anzahl n ist dabei eine Ganzzahl größer gleich zwei. Beispielsweise kann ein monetärer Betrag von 10 Einheiten in 2 Teilbeträge von 5 Einheiten (n=2) oder in 5 Teilbeträge von jeweils 2 Einheiten (n=5) oder 10 Teilbeträge von jeweils einer Einheit (n=10) aufgeteilt werden.
Zudem werden neue Verschleierungsbeträge abgeleitet: r, = r, + n (13)
Wenn symmetrisch aufgeteilt wird, wird für jeden Münzteilbetrag ein individueller, einzigartiger Verschleierungsbetrag h in der Teilnehmereinheit TE1 gebildet, wobei die Summe der Anzahl n von Verschleierungsbeträgen h der Münzteildatensätze gleich dem Verschleierungsbetrag r, des aufgeteilten Münzdatensatz ist: r, = Zfc=i ri k (13a) Es gilt insbesondere, dass der letzte Verschleierungsteilbetrag h_h gleich der Differenz des Verschleierungsbetrags n und der Summer der restlichen Verschleierungsteilbeträge ist:
(13b) Auf diese Weise können die Verschleierungsbeträge h_i bis r, n-i beliebig gewählt werden und die Vorschrift der Gleichung (13a) wird durch entsprechende Berechnung des „letzten“ individuellen Verschleierungsbetrags h_h erfüllt.
Bei einem asymmetrischen Aufteilen werden maskierte Münzdatensätze Zj und Zk gemäß Gleichung (3) aus den Münzdatensätzen und Ck erhalten und in dem Münzregister 2 und/oder dem Überwachungsregister 6 registriert. Für das Aufteilen werden die Vorgängerspalte 22a mit dem Münzdatensatz Zi, die Nachfolgerspalte 23a mit Zj und die Nachfolgerspalte 23b mit Zk beschrieben. Zusätzliche Informationen für den Bereichsnachweis (zero-knowledge-proof) sind zu generieren. Die Markierungen in den Spalten 25 bis 27 benötigen Statusänderung und das Münzregister 2 und/oder das Überwachungsregister 6 führt die entsprechenden Prüfungen durch. Die Markierung gemäß Spalte 28 und der Stauts gemäß Spalte 29 werden ignoriert.
Bei einem symmetrischen Aufteilen wird in der jeweiligen Teilnehmereinheit TE eine Signatur berechnet. Dazu wird für den k-te Münzteildatensatz Q k der folgende Signaturschlüssel sig verwendet: sig = rl - n rj k (13c)
Dabei ist n die Anzahl der symmetrisch geteilten Münzteildatensätze. Bei einem symmetrischen Aufteilen kann die Signatur des k-ten Münzteildatensatz k gemäß (13c) mit folgendem Verifikationsschlüssel Sig geprüft werden:
Sig = Zt n Zj _k (i3d)
Dabei ist Zj k der maskierte k-te Münzteildatensatz und n ist die Anzahl der symmetrisch geteilten Münzteildatensätze. Diese Vereinfachung ergibt sich aus dem Zusammenhang mit Gleichung (3):
Z, n Zjj = (u,- h Vj-k)-H + (r,- n rj J-G (13e) wobei durch die Symmetrieeigenschaften der Aufteilung gilt:
(v,- n Vj-k)-H = 0 (13f) sodass die Gleichung 13e vereinfacht wird zu:
Z, n - Zj-h = (r, - n rj J-G (13g)
Die Vereinfachung aufgrund Gleichung 13f ermöglicht den kompletten Verzicht auf Zero- Knowledge-Nachweise, wodurch die Anwendung einer symmetrischen Aufteilung enorm Rechenleistung und Datenvolumen einspart.
Dann wird ein Münzteildatensatz, hier Ck von der ersten Teilnehmereinheit TE1 an die zweite Teilnehmereinheit TE2 übertragen. Elm ein doppeltes Ausgeben zu verhindern, ist eine Umschalt- Operation sinnvoll, um den von der ersten Teilnehmereinheit TE1 erhaltenen elektronischen Münzdatensatz Ck gegen einen neuen elektronischen Münzdatensatz Ci mit gleichem monetären Betrag auszutauschen. Der neue elektronische Münzdatensatz Ci wird von der zweiten Teilnehmereinheit TE2 generiert. Dabei wird der monetäre Betrag des Münzdatensatzes Ci übernommen und nicht verändert, siehe Gleichung (11). Dann wird gemäß Gleichung (14) ein neuer Verschleierungsbetrag raddzum Verschleierungsbetrag rk des erhaltenen elektronischen Münzdatensatz Ck hinzugefügt, ri = n+ radd (14) wodurch ein Verschleierungsbetrag n erhalten wird, die nur die zweite Teilnehmereinheit TE2 kennt. Um zu beweisen, dass nur ein neuer Verschleierungsbetrag radd zum Verschleierungsbetrag rk des erhaltenen elektronischen Münzdatensatz Zk hinzugefügt wurde, der monetäre Betrag aber gleichgeblieben ist (uk= ui), muss die zweite Teilnehmereinheit TE2 nachweisen können, dass sich Zi-Zk als Vielfaches von G darstellen lässt. Dies erfolgt mittels öffentlicher Signatur Radd gemäß Gleichung (15):
Radd 1‘add ' G (15)
=Zi- Zk=(vi-Vk) *H+(rk+radd-rk) *G wobei G der Generatorpunkt der ECC ist. Dann wird der umzuschaltende Münzdatensatz Ci maskiert mittels der Gleichung (3), um den maskierten Münzdatensatz Z\ zu erhalten. In dem Münzregister 2 und/oder dem Überwachungsregister 6 kann dann die private Signatur radd genutzt werden um beispielsweise den maskierten umzuschaltenden elektronischen Münzdatensatz Z\ zu signieren, was als Beweis gilt, dass die zweite Teilnehmereinheit TE2 nur ein Verschleierungsbetrag radd zum maskierten elektronischen Münzdatensatz hinzugefügt hat und keinen zusätzlichen monetären Wert, d.h. vi = Vk.
Der Beweis lautet wie folgt:
Zk = Vk H + rk G (16)
Zi= vi H + n G = Vk H+ (rk+radd) G Zl — Zk =( t~k add~t~k) G = Tadd G
Die Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Bezahlsystems gemäß der Erfindung zum Verbinden (auch Kombinieren genannt) von elektronischen Münzdatensätzen. Dabei werden in der zweiten Teilnehmereinheit TE2 die beiden Münzdatensätze Ci und Q erhalten. In Anlehnung an das Aufteilen gemäß Fig. 8 wird nun ein neuer Münzdatensatz Zm erhalten, indem sowohl die monetären Beträge als auch der Verschleierungsbetrag der beiden Münzdatensätze Ci und Q addiert werden. Dann wird der erhaltene zu verbindende Münzdatensatz Cm maskiert und der maskierte Münzdatensatz Zm wird in dem Münzregister 2 registriert. Sodann wird beim „Verbinden“ die Signatur der zweiten Teilnehmereinheit TE2 eingetragen, da dieses die Münzdatensätze Ci und Q erhalten hat. Bei einem Kombinieren durch das Bezahlsystem BZ wird der höchste der beiden einzelnen Prüfwert der jeweiligen elektronischen Münzteildatensätze Ci und bestimmt. Dieser höchste Prüfwert wird als der Prüfwert Ci und des kombinierten elektronischen Münzdatensatzes übernommen.
Alternativ wird beim Kombinieren (= Verbinden) durch ein Bezahlsystem BZ ein neuer Prüfwert aus der Summe aller Prüfwerte der elektronischen Münzteildatensätzen Ci und geteilt durch das Produkt der Anzahl (hier zwei) der Münzteildatensätze Ci und mit einem konstanten Korrekturwert bestimmt. Der Korrekturwert ist bezahl System weit konstant. Der Korrekturwert ist größer gleich 1. Bevorzugt ist der Korrekturwert von einer maximalen Abweichung der einzelnen Prüfwerte der elektronischen Münzteildatensätze Ci und oder von einem maximalen Prüfwert einer der elektronischen Münzteildatensätze Ci und abhängig. Weiter bevorzugt ist der Korrekturwert kleiner gleich 2. Dieser neue Prüfwert wird als der Prüfwert des kombinierten elektronischen Münzdatensatzes Cm übernommen.
In den Figuren 10 bis 14 ist jeweils ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrensablaufdiagramms eines Verfahrens 100. Nachfolgend werden die Figuren 10 bis 14 gemeinsam erläutert. In den optionalen Schritten 101 und 102 wird ein Münzdatensatz C angefragt und seitens der Herausgeberinstanz 1 der ersten Teilnehmereinheit TE1 nach Erstellen des elektronischen Münzdatensatzes im Schritt 102 bereitgestellt.
In einer ersten Ausgestaltung der Fig. 10 (oberhalb der gestrichelten Trennlinie) wird eine Anfrage 210 einer Zentralbank la in der Herausgeberinstanz 1 verwendet, um einem eMDS C zu erzeugen. Dabei wird gemäß den Schritten aus dem Verfahrensablaufdiagramm des Verfahrens 200 gemäß Fig. 6 vorgegangen. Im Schritt 202 wird der eMDS C erzeugt und als Ausdruck A an die Münzausgabeeinheit 12 im Air-Gap-Prozess 206 bereitgestellt. Die Einheit 12 erhält den eMDS C sowie die Signatur des Herausgebers (als Herausgabe-Sicherungswert) und erstellt optional den RDS in Schritt 207. Schließlich wird der RDS im Schritt 104 beim Münzregister 2 registriert, sofern die Signatur gültig ist. Durch die Anfrage 101 wird der eMDS C im Schritt 209 (102) an die TE1 bereitgestellt.
In einer zweiten Ausgestaltung der Fig. 10 (unterhalb der gestrichelten Trennlinie) wird die Anfrage 210 einer Zentralbank la in der Herausgeberinstanz 1 verwendet, um einem eMDS C zu erzeugen. Dazu wird die Anfrage im Schritt 201 an die Einheit 11 geleitet, bevorzugt als Air-Gap- Prozess. Dabei wird gemäß den Schritten aus dem Verfahrensablaufdiagramm des Verfahrens 200 gemäß Fig. 6 vorgegangen. In den Schritten 202, 203, 204 werden der eMDS C, der RDS und der signierte RDS erzeugt und als Ausdruck A an die Münzausgabeeinheit 12 im Air-Gap-Prozess 206 bereitgestellt. Die Einheit 12 erhält den eMDS C, den RDS und den signierten RDS. Zudem werden Metadaten MC im Schritt 205 erzeugt und im Schritt 206a der Einheit 12 bereitgestellt. Schließlich wird der RDS und der signierte RDS im Schritt 104 beim Münzregister 2 registriert. Durch die Anfrage 101 wird der eMDS C im Schritt 209 (102) an die TE1 bereitgestellt. Alternativ wird nur der signierte RDS von der Einheit 12 an das Münzregister 2 bereitgestellt und der RDS in der TE1 erzeugt und anschließend an das Münzregister 2 gesendet (gestrichelt dargestellt).
Gemäß Fig. 11 wird ein signierter maskierter elektronischer Münzdatensatz im Schritt 103 an das Münzregister 2 gesendet. Im Schritt 103 erfolgt ein Maskieren des erhaltenen elektronischen Münzdatensatzes Cigemäß der Gleichung (3) und ein Signieren im Schritt 103p gemäß Gleichung (3a). Dann wird im Schritt 104 der maskierte elektronische Münzdatensatz Zi in dem Münzregister 2 registriert. Optional kann die Teilnehmereinheit TE1 den erhaltenen elektronischen
Münzdatensatz umschalten, dann würde eine Signatur Si in dem Münzregister 2 eingetragen. Im Schritt 105 erfolgt das Übertragen des Münzdatensatzes Ci in der Direkttransaktionsschicht 3 an die zweite Teilnehmereinheit TE2. In den optionalen Schritten 106 und 107 erfolgt eine Validitäts- Prüfung mit vorheriger Maskierung, bei der im Gutfall das Münzregister 2 die Gültigkeit des Münzdatensatzes Zi bzw. Ci bestätigt wird.
Im optionalen Schritt 108 erfolgt dann das Umschalten eines erhaltenen Münzdatensatzes Ck (es könnte natürlich auch der erhaltene Münzdatensatz Ci umgeschaltet werden) auf einen neuen Münzdatensatz Ci, wodurch der Münzdatensatz Ck ungültig wird und ein Doppeltausgeben verhindert wird. Dazu wird der monetäre Betrag v/,- des übertragenen Münzdatensatzes Ck als „neuer“ monetärer Betrag ui verwendet. Zudem wird, wie bereits mit Gleichungen (14) bis (17) erläutert, der Verschleierungsbetrag n erstellt. Der zusätzliche Verschleierungsbetrag radd wird verwendet, um zu beweisen, dass kein neues Geld (in Form eines höheren monetären Betrags) von der zweiten Teilnehmereinheit TE2 generiert wurde. Dann wird der maskierte Münzdatensatz signiert und der signierte maskierte umzuschaltende Münzdatensatz Zi an das Münzregister 2 gesendet und das Umschalten von Ck auf Cibeauftragt. Zudem wird eine Signatur Sk von der ersten Teilnehmereinheit TE1 oder der zweiten Teilnehmereinheit TE2 erstellt und in dem Münzregister 2 hinterlegt. Zudem oder alternativ könnte auch eine Signatur Si erstellt und in dem Münzregister 2 hinterlegt werden, wenn sendende Teilnehmereinheiten TE anstelle empfangende Teilnehmereinheiten TE registriert würden.
Im Schritt 108‘ erfolgt die entsprechende Prüfung in dem Münzregister 2. Dabei wird Zk in die Spalte 22a gemäß Tabelle in Fig. 7 eingetragen und in Spalte 23b der umzuschreibende Münzdatensatz Zi. Es erfolgt sodann eine Prüfung in dem Münzregister 2, ob Zk (noch) gültig ist, also ob die letzte Verarbeitung von Zk in einer der Spalten 23a/b eingetragen ist (als Beweis dafür, dass Zk nicht weiter aufgeteilt oder deaktiviert oder verbunden wurde) und ob eine Prüfung für die letzte Verarbeitung fehlgeschlagen ist. Zudem wird Zi in die Spalte 23b eingetragen und die Markierungen in den Spalten 25, 26, 27 werden zunächst auf „0“ gesetzt. Nun erfolgt eine Prüfung, ob Zi gültig ist, wobei dabei die Prüfung gemäß Gleichungen (16) und (17) verwendet werden können. Im Gutfall wird die Markierung in Spalte 25 auf „1“ gesetzt, ansonsten auf „0“. Nun erfolgt eine Prüfung, die Berechnung gemäß Gleichung (10) ergibt, dass Zk und Zigültig sind und entsprechend wird die Markierung in Spalte 26 gesetzt. Weiterhin wird geprüft, ob die Bereiche schlüssig sind, sodann wird die Markierung in Spalte 27 gesetzt. Dann wird die Signatur Si mit dem entsprechend in dem Münzregister 2 vorhandenen öffentlichen Verifikationsschlüssel verifiziert und entsprechend protokolliert. Wenn alle Prüfungen erfolgreich waren, und dies entsprechend unveränderlich in dem Münzregister 2 festgehalten wurde, gilt der Münzdatensatz als umgeschaltet. D.h. der Münzdatensatz Ck ist nicht mehr gültig und ab sofort ist der Münzdatensatz Ci gültig. Ein Doppeltausgeben ist nicht mehr möglich, wenn eine dritte Teilnehmereinheit TE die Validität des (doppelt ausgegebenen) Münzdatensatz an dem Münzregister 2 und/oder dem Überwachungsregister 6 erfragt. Beim Prüfen der Signatur kann im pseudonymen Modus geprüft werden, ob die zweite Teilnehmereinheit TE2 einen Grenzwert für monetäre Beträge überschritten hat. Die Prüfung erfolgt im Hinblick auf eine Zeiteinheit, beispielsweise könnte ein Tagesgrenzwert damit überwacht werden. Wenn der Grenzwert überschritten ist, verweigert das Münzregister 2 zunächst das Umschalten des Münzdatensatzes Ci und fordert die zweite Teilnehmereinheit TE2 auf, sich zu deanonymisieren. Systembedingt ist ein deanonymisiertes Umschalten möglicherweise gestattet.
Im optionalen Schritt 109 erfolgt ein Verbinden von zwei Münzdatensätzen Ck und Ci auf einen neuen Münzdatensatz Cm, wodurch die Münzdatensätze Ck, Ci ungültig werden und ein Doppeltausgeben verhindert wird. Dazu wird der monetäre Betrag um aus den beiden monetären Beträgen Uk und Ui gebildet. Dazu wird der Verschleierungsbetrag rm aus den beiden Verschleierungsbeträgen rk und r, gebildet. Zudem wird mittels Gleichung (3) der maskierte zu verbindende Münzdatensatz Zm erhalten und dieser (mit anderen Informationen zusammen) an das Münzregister 2 gesendet und das Verbinden als Verarbeitung erbeten. Zudem wird eine Signatur Sk und eine Signatur Si erzeugt und dem Überwachungsregister 6 und/oder dem Münzregister 2 mitgeteilt.
Im Schritt 109‘ erfolgt die entsprechende Prüfung in dem Münzregister 2. Dabei wird Zm in die Spalte 23b gemäß Tabelle in Fig. 7 eingetragen, was auch gleich einer Umschreibung. Es erfolgt sodann eine Prüfung in dem Münzregister 2, ob Zk und Zi (noch) gültig sind, also ob die letzte Verarbeitung von Zk oder Zi in einer der Spalten 23a/b eingetragen ist (als Beweis dafür, dass Zk und Zi nicht weiter aufgeteilt oder deaktiviert oder verbunden wurden) und ob eine Prüfung für die letzte Verarbeitung fehlgeschlagen ist. Zudem werden die Markierungen in den Spalten 25, 26, 27 zunächst auf „0“ gesetzt. Nun erfolgt eine Prüfung, ob Zm gültig ist, wobei dabei die Prüfung gemäß Gleichungen (16) und (17) verwendet werden können. Im Gutfall wird die Markierung in Spalte 25 auf „1“ gesetzt, ansonsten auf „0“. Nun erfolgt eine Prüfung, die Berechnung gemäß Gleichung (10) ergibt, dass Zi plus Zk gleich Zm ist und entsprechend wird die Markierung in Spalte 26 gesetzt. Weiterhin wird geprüft, ob die Bereiche schlüssig sind, sodann wird die Markierung in Spalte 27 gesetzt. Beim Prüfen der Signatur kann geprüft werden, ob die zweite Teilnehmereinheit TE2 einen Grenzwert für monetäre Beträge überschritten hat. Die Prüfung erfolgt im Hinblick auf eine Zeiteinheit, beispielsweise könnte ein Tagesgrenzwert damit überwacht werden. Im optionalen Schritt 110 erfolgt ein asymmetrisches Aufteilen eines Münzdatensatz Ci in zwei Münzteildatensätzen Ck und , wodurch der Münzdatensatz Ci ungültig gemacht wird und die beiden asymmetrisch geteilten Münzteildatensätze Ck und gültig gemacht werden sollen. Bei einem asymmetrischen Aufteilen wird der monetären Betrag u, in verschieden große monetäre Teilbeträge Uk und u, aufgeteilt. Dazu wird der Verschleierungsbetrag r, in die beiden Verschleierungsbeträge rk und r, aufgeteilt. Zudem werden mittels Gleichung (3) die maskierten Münzteildatensätze Zkund Zj erhalten und diese mit weiteren Informationen, beispielsweise den Bereichsprüfungen (Zero-knowledge-proofs), an das Münzregister 2 gesendet und das Aufteilen als Verarbeitung erbeten. Zudem wird eine Signatur Si erstellt und an das Münzregister 2 gesendet. Im Schritt 110‘ erfolgt die entsprechende Prüfung in dem Münzregister 2 und/oder dem Überwachungsregister 6. Dabei werden Zj und Zk in die Spalten 23a/b gemäß Tabelle in Fig. 7 eingetragen. Es erfolgt sodann eine Prüfung in dem Münzregister 2, ob Zi(noch) gültig ist, also ob die letzte Verarbeitung von Zi in einer der Spalten 23a/b eingetragen ist (als Beweis dafür, dass Zi nicht weiter aufgeteilt oder deaktiviert oder verbunden wurde) und ob eine Prüfung für die letzte Verarbeitung fehlgeschlagen ist. Zudem werden die Markierungen in den Spalten 25, 26, 27 zunächst auf „0“ gesetzt. Nun erfolgt eine Prüfung, ob Zj und Zk gültig sind, wobei dabei die Prüfung gemäß Gleichungen (16) und (17) verwendet werden können. Im Gutfall wird die Markierung in Spalte 25 auf „1“ gesetzt. Nun erfolgt eine Prüfung, die Berechnung gemäß Gleichung (10) ergibt, dass Zi gleich Zk plus Zj ist und entsprechend wird die Markierung in Spalte 26 gesetzt. Weiterhin wird geprüft, ob die Bereiche schlüssig sind, sodann wird die Markierung in
Spalte 27 gesetzt. Beim Prüfen der Signatur kann geprüft werden, ob die zweite Teilnehmereinheit TE2 einen Grenzwert für monetäre Beträge überschritten hat. Die Prüfung erfolgt im Hinblick auf eine Zeiteinheit, beispielsweise könnte ein Tagesgrenzwert damit überwacht werden. In Fig. 13 ist ein beispielhaftes Deaktivieren gemäß der Erfindung gezeigt. Dabei wird vom TE1 eine Deaktivieren-Aufforderung 111 an die Münzausgabe-Einheit 12 gesendet. Die Münzausgabeeinheit 12 erstellt eine Lösch- Aufforderung 212 und sendet diese an das Münzregister 2, um den RDS zur zu deaktivierenden eMDS C zu löschen. Der monetäre Betrag des eMDS C wird auf einem Konto des Teilnehmers gutgeschrieben.
Im Rahmen der Erfindung können alle beschriebenen und/oder gezeichneten und/oder beanspruchten Elemente beliebig miteinander kombiniert werden. BEZUGSZEICHENLISTE
BZ Bezahlsystem
1 Herausgeberinstanz
11 Münzgenerierung 120 Leseeinheit 130 Ausgabeeinheit 140 Münzgenerator
12 Münzausgabe
150 Empfangseinheit 160 Lese- und/oder Prüfeinheit 170 Datenspeicher 180 Vernichter
13 Air-Gap für Münzdatensatz und/oder Metadaten
14 Air-Gap für Generierungsanfrage la Zentralbank
2 Münzregister
21 Befehls-Eintrag
22a, b Eintrag eines zu verarbeitenden elektronischen Münzdatensatzes (Vorgänger) 23a, b Eintrag eines verarbeiteten elektronischen Münzdatensatzes (Nachfolger)
24 Signatur-Eintrag
25 Markierung der Gültigkeitsprüfung
26 Markierung der Berechnungsprüfung
27 Markierung der Bereichsnachweisprüfung
28 Markierung der Signatur-Prüfung
29 Abschluss-Markierung
3 Direkttransaktionsschicht
4 Bankinstanz
Ai Ausdruck repräsentierend einen elektronischen Münzdatensatz
MCi Metadaten über den elektronischen Münzdatensatz
M-ID Münzkennung des elektronischen Münzdatensatzes
Ci elektronischer Münzdatensatz , Ck aufgeteilter elektronischer Münzteildatensatz, k k-ter aufgeteilter elektronischer Münzteildatensatz bei symmetrischer Aufteilung
Ci umzuschaltender elektronischer Münzdatensatz
Cm zu verbindendender elektronischer Münzdatensatz
Ci* übertragener elektronischer Münzdatensatz *, Ck * übertragener aufgeteilter elektronischer Münzteildatensatz,
Mx x-tes Gerät SEx x-tes Sicherheitselement TEx x-te Teilnehmereinheit RDS Registerdatensatz
[RDSiJSig(PKi) Signatur der Herausgeberinstanz (Münzgenerierung) PKi Privater Schlüsselteil der Herausgeberinstanz f(C) Homomorphe Einwegfunktion
Ui, Monetärer Betrag
Uj, Uj Aufgeteilter monetärer Betrag ui, Monetärer Betrag eines umzuschaltenden/umgeschalteten elektr. Münzdatensatzes Um, Monetärer Betrag eines zu verbindenden/verbundenen elektr. Münzdatensatz pi, Zählerwert für Alterung des Münzdatensatzes n Verschleierungsbetrag, Zufallszahl h, h Verschleierungsbetrag eines aufgeteilten elektronischen Münzdatensatzes rm Verschleierungsbetrag eines zu verbindenden elektronischen Münzdatensatzes
Zi maskierter elektronischer Münzdatensatz
Zi* maskierter übertragener elektronischer Münzdatensatz
Zj, Zk maskierter aufgeteilter elektronischer Münzteildatensatz
Zj*, Zk *maskierter übertragener aufgeteilter elektronischer Münzdatensatz
Zi maskierter umzuschaltender elektronischer Münzdatensatz
Zm maskierter zu verbindender elektronischer Münzdatensatz
101-111 Verfahrensschritte des Bezahlsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel
201-212 Verfahrensschritte der Herausgeberinstanz gemäß einem Ausführungsbeispiel

Claims

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