Stationen an der Universität Duisburg

Dissertation

Ein agentenbasiertes Micropaymentsystem

Die Arbeit wurde im Shaker Verlag unter der ISBN 3-8322-1620-0 veröffentlicht.

Zusammenfassung

Das Internet hat sich besonders in den letzten Jahren vom wissenschaftlich-militärischen Informationsmedium zu einer kommerziellen Dienstleistungsplattform entwickelt. Im Zentrum der Betrachtungen bei der Erschließung des Marktsegmentes "e-Commerce" stehen Mechanismen zur sicheren Abwicklung von Finanztransaktionen. Während sich bereits Verfahren zur Abwicklung von Zahlungen im mittleren Preisseg-ment etabliert haben, steckt insbesondere die Technologie für den Handel mit elektro-nischen, klein-preisigen Gütern, die unmittelbar online ausgeliefert werden, noch im Forschungs- und Entwicklungsstadium. Aufgrund des Transfers von sehr kleinen Geld-summen wurde hierfür der Begriff "Micropayments" geprägt. Micropayments spielen seit den Arbeiten von David Chaum zu eCash im Jahre 1983 eine Rolle. Seitdem wurden immer wieder Ansätze entworfen, die im wissenschaftli-chen Bereich ihre Bedeutung hatten, sich aber im kommerziellen, praktischen Umfeld nicht durchsetzen konnten. Grund dafür war, dass die mathematische Lösung von kryp-tografischen Problemen im Fokus der Betrachtungen stand, während technologische und finanzrechtliche Aspekte in den Hintergrund gerückt wurden. In dieser Arbeit werden Micropaymentsysteme in ihrem Gesamtkontext betrachtet und ein Vorschlag für ein Konzept vorgestellt, das neben kryptografischen Methoden auch die Aspekte der realen Geldflüsse und ergonomischen Technologie einbezieht. So wird in dieser Arbeit eine neuartige Methode zur einfachen und anonymen Bereitstellung von Geldbeträgen mittels einer kartenbasierten Zertifikatserzeugung vorgestellt, die auf die Anforderungen von Micropaymentsystemen zugeschnitten ist. Weiterhin wird ein Konzept für ein adaptives und intelligentes System zur Abwicklung der kostenpflichti-gen Einzeltransaktionen erarbeitet, das sich auf das Kaufverhalten der Nutzer einstellt und eine autonome Preisermittlung vornimmt. Die Basistechnologie bilden kooperie-rende Softwareagenten. Damit stellt die Konzeption im Bereich der Micropayment-systeme eine wissenschaftliche Neuerung dar und knüpft an die nächste Entwicklungs-stufe des Internets an, ein intelligentes Netz zu werden.

Auszüge aus der Arbeit

Inhaltsverzeichnis

	VORWORT	III
	INHALTSVERZEICHNIS	V
	FORMELZEICHEN UND BEZEICHNUNGEN	VII
	ABSTRACT	XI
1	EINLEITUNG	1
2	GRUNDLAGEN	4
2.1	KRYPTOGRAFISCHE GRUNDLAGEN	5
2.1.1	Symmetrische Verschlüsselung	6
2.1.2	Asymmetrische Verschlüsselung	7
2.1.3	Hash-Algorithmen	8
2.2	KRYPTOGRAFISCHE VERFAHREN	9
2.2.1	Hybride Verfahren	9
2.2.2	Digitale Signaturen	10
2.2.3	Hash chains	12
2.2.4	Nonce	12
2.2.5	Challenge Response und Zero-Knowledge	13
2.2.6	Zertifikate	14
2.2.7	Secure Socket Layer	14
2.3	KLASSISCHE ZAHLUNGSVERFAHREN	16
2.3.1	Begriffe	16
2.3.2	Überweisung	17
2.3.3	Kreditverfahren	18
2.3.4	Debitverfahren	19
2.3.5	Prepaidverfahren	20
2.3.6	Bargeld	20
2.4	INTERNET-ZAHLUNGSVERFAHREN	21
2.4.1	Kredit- und Debitzahlungen	21
2.4.2	Bargeldähnliche Zahlungen	24
2.4.3	Prepaidkarten	29
2.5	MICROPAYMENTS	29
2.5.1	Prinzipien	30
2.5.2	Stand der Wissenschaft	32
2.5.3	Tokenbasierte Verfahren	34
2.5.4	Kontenbasierte Verfahren	43
2.5.5	Inkasso über die Telefonrechnung (Dialer)	49
3	KONZEPTION EINES MICROPAYMENTSYSTEMS	51
3.1	BEWERTUNG DER BESTEHENDEN KONZEPTE	51
3.1.1	Technische Betrachtung	51
3.1.2	Betrachtung zur Zahlungssicherheit	53
3.2	ANWENDUNG VON PREPAIDKARTEN IM INTERNET	54
3.2.1	Autorisierung über die Kontonummer	55
3.2.2	Autorisierung über User-ID und Passwort	58
3.2.3	Autorisierung über die Uhrzeit und einen privaten Schlüssel	59
3.2.4	Autorisierung mit sicherer Verschlüsselung des Abbuchungsbetrages	60
3.2.5	Diskussion	62
3.3	ARCHITEKTUR ZUR EINZELTRANSAKTIONSABWICKLUNG	64
3.3.1	Voraussetzungen	65
3.3.2	Problemlösung mit Softwareagenten	67
3.3.3	Agentenbasierte Architektur	70
3.4	KONZEPT FÜR EINEN GESICHERTEN UND ZUVERLÄSSIGEN ZAHLUNGSABLAUF	73
3.4.1	Format und Transfer des Zahlungstickets	75
3.4.2	Das Konto-Clearing	78
3.4.3	Sicherheit bei mutwilligen Angriffen	79
3.4.4	Sicherheit bei technischem Versagen	81
3.5	KONZEPT FÜR EINE DYNAMISCHE PREISBESTIMMUNG	83
3.5.1	Nachfrageprofile	85
3.5.2	Regeln des Händlers	89
4	PROTOTYPISCHE IMPLEMENTIERUNG	92
4.1	IMPLEMENTIERUNG DES HÄNDLERSYSTEMS	92
4.2	IMPLEMENTIERUNG DES SYSTEMS DES DIENSTLEISTERS	93
4.3	SIMULATION DER PREISERMITTLUNG	96
5	ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK	100
6	ANHANG	103
6.1	MATHEMATISCHER HINTERGRUND DES RSA	103
6.2	MATHEMATISCHER HINTERGRUND DER BLINDEN SIGNATUR	104
6.3	MATHEMATISCHER HINTERGRUND VON ZERO-KNOWLEDGE	105
6.4	EINFÜHRUNG IN DIE FUZZY-LOGIC	106
7	LITERATURVERZEICHNIS	110
7.1	MONOGRAFIEN	110
7.2	KONFERENZBÄNDE, ZEITSCHRIFTEN	111
7.3	HOCHSCHULSCHRIFTEN	113
7.4	FIRMENSCHRIFTEN	114
7.5	NORMEN, INTERNETSTANDARDS UND PATENTE	115
	LEBENSLAUF DES VERFASSERS	117

Prüfungskommission

Vorsitz

Prof. Dr.-Ing.
D. Söffker
Institut für Mechatronik und Systemdynamik

Referent

Prof. Dr.-Ing.
H.-D. Kochs
Institut für Informationstechnik

Co-Referent

Prof. Dr.-Ing.
W. Geisselhardt
Fachgebiet Datenverarbeitung

Mitprüfer

Prof. Dr.-Ing.
D. Hänel
Institut für Verbrennung und Gasdynamik

Mitprüfer

Prof. Dr.-Ing.
B. Noche
Institut für Produkt Engineering
Transportsysteme und -logistik

Diplomarbeit

Reglerentwurf für eine "Fliegende Säge", die über ein Pleuelgestänge bewegt wird

Die Aufgabenstellung dieser Diplomarbeit ist der Reglerentwurf für eine "Fliegende Säge". Die Säge soll in diesem Fall über ein Pleuelgestänge bewegt werden. Das Problem wird in folgenden Schritten gelöst:

Zum Antrieb des Kurbelgetriebes wird ein Motor inklusive Verstärker dimensioniert und ausgewählt. Anhand des Pleuelgetriebes und des Motors wird dann ein mathematisches Modell für die Strecke erarbeitet. Mit Hilfe dieses Modells und mit Unterstützung des Simulationsprogramms SIMULINK wird ein optimaler Regler entworfen.

Die Fliegende Säge

Hinter dem Begriff "Fliegende Säge" verbirgt sich eine Säge, die ein Werkstück in der Bewegung auf bestimmte Längen schneidet. Dazu muß die Säge auf die Geschwindigkeit des Werkstücks beschleunigt werden und diese so lange halten, daß ein Sägevorgang bei der Relativgeschwindigkeit Null erfolgen kann. Dabei muß die Säge so positioniert werden, daß der Schnitt an einer wählbaren Sollposition stattfinden kann.

Fliegende Säge

Die Abbildung zeigt eine typische Anwendung aus der Metallverarbeitung. Aus einer Fertigungsstraße wird ein Rohr mit einer konstanten Geschwindigkeit herausgeführt. Es soll in der Bewegung auf vorwählbare Längen "fliegend" geschnitten werden.
Für den Schneidevorgang ist der Sägeschlitten auf die Geschwindigkeit des Rohres zu beschleunigen. Um die Beschleunigungsphase möglichst kurz zu halten, muß der Startzeitpunkt geschwindigkeitsabhängig vorverlagert werden. Der Sägeschnitt wird eingeleitet, wenn Istlänge = Sollänge länger als eine vorwählbare Zeit z.B. 0,1 s besteht. Nach dem Ausführen des Sägeschnitts wird der Sägeschlitten wieder geregelt in die Startposition zurückgefahren.
Die Position des Sägeschlittens wird mit einem Drehgeber an der Antriebsspindel gemessen. Die Geschwindigkeit und Position des Rohrs wird mit einem auf dem Rohr laufenden Meßrad erfaßt.

Bewegung über ein Pleuelgestänge

Wird der Sägeschlitten über ein Spindelgetriebe bewegt, muß an den Umkehrpunkten zwischen Vorwärts- und Rückwärtsbewegung eine Bremsbeschleunigung auf die Geschwindigkeit Null und eine erneute Beschleunigung in Gegenrichtung erfolgen.
Dieser Vorgang kostet Energie und Zeit und beansprucht den Motor unnötig. Nach einem neuen Konzept soll die Säge deshalb über ein Pleuelgestänge bewegt werden. Hier entfällt die Bremsung und Beschleunigung in Gegenrichtung. Die Rückführung des Sägeschlittens ist Bestandteil des mechanischen Systems.
Anwendung findet dieses Konzept daher bei sehr schnellen Positioniervorgängen. Es sind durchaus Positionierzeiten im Bereich von 300 ms möglich.

Pleuelantrieb

Nachteil dieses Konzepts ist, daß die Regelung des Systems die Koordinatentransformation von den Rotationskoordinaten der Kurbel in die Transversalkoordinaten des Schlittens berücksichtigen muß. Das System ist nichtlinear. So muß der Motor z.B. bei Gleichlauf von Sägeschlitten und Werkstück immer noch eine Beschleunigung auf die Kurbel ausüben.

In dieser Diplomarbeit wird ein Pleuelgestänge zugrunde gelegt, das bei einer spanischen Firma eingesetzt wird und Metallstücke für Kühlkörper schneidet. Die Aufgabe wird zur Zeit durch ein rein mechanisches System realisiert und soll durch ein flexibleres mikroprozessorgesteuertes Konzept abgelöst werden.

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Studienarbeit

Das Thema dieser Studienarbeit ist die Erstellung eines Programms zur Veranschaulichung der Signaldarstellung im Zeit- und Frequenzbereich. Es wird eine grafische Oberfläche entwickelt, mit deren Hilfe der Anwender auf einfache Weise Signalfunktionen und Operationen der Nachrichtentechnik darstellen kann. Es werden analoge Signale, diskrete Signale und nicht-deterministische Signale implementiert. Diese Signale können im Zeit- und Frequenzbereich modifiziert werden.

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