Das (de-)aktivierte Bargeld: Unverwüstliche Speichertechnik in Banknoten

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Steuerbehörden und Strafverfolgern käme die Abschaffung des Bargelds und der Umstieg auf vollständig elektronische Bezahlformen entgegen. Ohne Bargeld ließen sich sämtliche Geldflüsse leichter nachverfolgen. Aber Münzen und Geldscheine sind nicht tot, auch wenn ihr Umsatzanteil gegenüber anderen Zahlungsformen in Deutschland in den vergangenen Jahren gefallen ist und heute unter 50 Prozent liegt. Gerade in Krisenzeiten und bei drohenden Negativzinsen erfreut sich Bargeld weiterhin großer Beliebtheit. Und es wird als anonymes Zahlungsmittel geschätzt.

Die Banknoten selbst werden in der Zukunft allerdings digitalisiert, sagt Professor Volker Lohweg von der Technischen Hochschule Ostwestfalen-Lippe (TH OWL). Und zwar so, dass der Anwender davon nicht unbedingt etwas merkt. Zudem lasse sich ein digitaler Schalter einbauen, der quasi Geldscheine deaktiviert, die gerade nicht im Umlauf sind. Mit aktivierten Scheinen bleibe aber weiterhin das anonyme Bezahlen möglich.

Ziel der Entwicklung einer smarten Banknote ist es, ihren Lebenszyklus anonym verfolgen zu können, ohne die nutzende Person zu tracken. Die Speichertechnik auf der Banknote plus die auf ihr abgelegten Daten machen es einem Fälscher schwerer, eine glaubwürdige Blüte herzustellen und an den Mann zu bringen – vor allem dann, wenn Kassensysteme in der Zukunft ebenfalls Banknoten auslesen können.

RFID ist nicht robust

Bereits seit Anfang der Zweitausenderjahre ist immer wieder RFID-Technik (Radio Frequency Identification) für Euro-Scheine im Gespräch. 2001 hatte Hitachi Musterscheine präsentiert, in die auf 0,4 Quadratmillimetern ein RFID-Chip samt Antenne eingearbeitet war. Allerdings sprechen nicht nur die vergleichsweise hohen Produktionskosten gegen eine solche Lösung. Banknoten müssen zudem überaus robust sein. Sowohl die Europäische Zentralbank (EZB) als auch die Federal Reserve (Notenbank der USA) haben umfangreiche Anforderungskataloge, welche Grausamkeiten ihre Geldscheine aushalten müssen.

Damit sie maschinenlesbar bleiben und auch Kassierer und Kunden noch die fälschungssicheren Merkmale erkennen können, sollen die Banknoten nicht nur Schmutz abweisen. Sie müssen mehrfaches Zerknüllen überstehen, chemische Angriffe mit Schweiß, Rotwein und sogar Nagellack ertragen und einen Waschmaschinengang notfalls auch bei 90 Grad Celsius aushalten. In der Hitze eines Backofens sowie unter dem Bügeleisen dürfen sie nicht verkohlen und nicht zusammenschrumpeln. Sie müssen im Erdboden überdauern, Kratzattacken hinnehmen und sich am Ende eine Reststeifheit bewahren. Damit halten sie mehr aus als miniaturisierte Elektronik; RFID-Technik oder Mikrochips sind daher in absehbarer Zukunft nicht in alltäglichen Geldscheinen zu erwarten.

Molekülschalter als Bit

Trotzdem entwickeln in Lemgo zwei Institute der dortigen TH Papierscheine mit digitalen Speichern, die voraussichtlich robust genug sind, um einen Geldschein durch seinen Lebenszyklus zu begleiten. Beteiligt sind das Institut für industrielle Informationstechnik unter der Leitung von Professor Lohweg und das Institut für Lebensmitteltechnologie unter Professor Hans-Jürgen Danneel. Die Forscher setzen auf physikochemische Strukturen, die sich mit Lichtstrahlen anregen und damit gezielt in ihrer Molekülstruktur verändern lassen.

Zum Einsatz kommen handelsübliche Spiropyrane, eine Klasse organischer und vor allem photochromer Stoffe. Das bedeutet, dass diese Moleküle auf bestimmte Lichtfrequenzen mit einem Wechsel zwischen zwei stabilen Varianten reagieren, die sich optisch klar unterscheiden. In Lemgo ist es den Forschern gelungen, die Spiropyrane wie in kleinen Glaskugeln zu kapseln und der Druckerfarbe beizumengen. Statt auf Glas setzen die Spezialisten inzwischen allerdings auf gezielt ausgewählte Kunststoffe für die Kapsel – sehr hart, lichtdurchlässig und mikroskopisch klein.

Alternativ mengt man die gekapselten Spiropyrane schon bei der Papierherstellung der Rohmasse bei, der sogenannten Papierpulpe. Auch diese Option verfolgen die Ostwestfalen in ihren Forschungen. In Zusammenarbeit mit der Papierfabrik Louisenthal impften sie dazu originalgetreues Banknotenpapier mit ihren gekapselten Spiropyranen. So erzeugten sie Demonstratoren mit opto-chemischen Speicherbausteinen, die sie im Labor über Monate zuverlässig beschreiben und auslesen konnten.

Reaktion auf Lichtcode

Für den Alltagseinsatz reicht das allerdings noch nicht, da Spiropyrane auf verschiedene Wellenlängen des UV-Lichts und des sichtbaren Lichts ansprechen. Wenn Geldscheine mit Speicherkapseln im Sonnenschein von Hand zu Hand gehen oder die Kassiererin sie unter eine UV-Lampe hält, soll das nicht unabsichtlich deren Daten überschreiben. Zunächst fanden die Forscher für die Einkapselung Kunststoffe, die nur die gewünschten Wellenlängen durchlassen. Darüber hinaus konnten sie in ihre Spiropyrane eine Art Kodierung einbauen. Nur wenn bestimmte Wellenlängen in einer vorgegebenen Reihenfolge mit bestimmten Energieeinträgen auf die gekapselten Moleküle treffen, bewirken sie die chemische Umschaltung. Die Gefahr ungewollter Datenverluste etwa durch einen zufälligen Lichtblitz soll sich damit bis zur Unwahrscheinlichkeit verringern.

Die eingesetzten Spiropyrane zeigen eine weitere Eigenschaft: Mit jedem Umschaltvorgang verändern sie graduell ihren Farbton unter UV-Licht. Damit behält ein Geldschein mit der neuen Speichertechnik sein Aussehen im sichtbaren Licht und offenbart unter der UV-Lampe, wie viele Schreibvorgänge er bereits hinter sich hat.

Beide Auswirkungen, die digitalen Speichermöglichkeiten und die UV-versteckte Protokollierung der Anzahl der Schreibzugriffe sieht Lohweg als wertvolle neue Sicherheitsmerkmale für das Geld von morgen. „Wir können an definierten Stellen gekapselte Spiropyrane aufbringen und einen Speicherplatz von vielleicht 64 bis 128 Byte auf einer Banknote einrichten.“ Damit ist es möglich, bei jeder Ein- oder Auszahlung wesentliche Daten zum Vorgang direkt auf dem Geldschein zu speichern. Der Platz reicht nicht aus, um ein vollständiges Logbuch zu führen, aber die Daten des jüngsten Vorgangs kann ein Schein dann aufnehmen. Für diese Daten haben die Forscher eigens einen Code entwickelt, der Datums- und Ortsangaben versteckt. Diese Kodierung befindet sich derzeit im Patentverfahren. Für Geldfälscher entsteht eine zusätzliche Hürde, wenn sie versuchen, ihre Blüten mit den neuen Speicherzonen auszurüsten, diese zu beschreiben und dabei auch noch sinnvolle Angaben zu kodieren.

Lese- und Schreibvorgänge sind laut dem Experten binnen etwa 50 Millisekunden möglich. Es ist ein ausgesprochenes Ziel der Forscher und der beteiligten Partner, darunter Koenig & Bauer als der dominierende Hersteller von Notenpressen sowie Diebold Nixdorf als internationaler Anbieter von Geldautomaten, dass sich für den Endkunden die Prozesse nicht spürbar ändern. Immerhin ist die Banknote ein Massenprodukt. Weltweit werden jährlich etwa 200 Milliarden Scheine neu gedruckt.