Eine moderne Messeinrichtung besteht aus einem digitalen Stromzähler mit einem elektrischen Messwert und einer digitalen Anzeige, der den analogen Ferraris-Zähler ersetzt. Dieser misst den tatsächlichen Energieverbrauch und kann diesen in historischen Zeiträumen aufschlüsseln. Der Messstellenbetreiber ist dafür verantwortlich, dass der Anschlussnutzer seinen tatsächlichen Energieverbrauch tages- wochen- monats- und jahresbezogen für die letzten 24 Monate einsehen kann. Eine moderne Messeinrichtung ist nicht in ein Kommunikationsnetz (z.B. Telekommunikationsnetz) eingebunden, daher können keine Messwerte aus der Ferne ausgelesen oder versendet werden. Für die Ablesung des Jahresstromverbrauchs ist nach wie vor die manuelle Ablesung erforderlich.

Es besteht jedoch die Möglichkeit eine moderne Messeinrichtung mit einem Smart-Meter-Gateway sicher in ein Kommunikationsnetz einzubinden.

Eine moderne Messeinrichtung alleine ist noch nicht "smart", da ihr die Kommunikationseinheit fehlt, mit der vertrauliche Daten sicher gesendet oder empfangen werden können. Als Kommunikationseinheit dient das Smart-Meter-Gateway (SMGW). Das Smart-Meter-Gateway verfügt über ein integriertes Sicherheitsmodul, das Signatur- und Verschlüsselungsverfahren für das Smart-Meter-Gateway bereitstellt und diesem als sicherer Speicher für das Schlüsselmaterial dient. Beide Geräte zusammen (moderne Messeinrichtung und Smart-Meter-Gateway) bilden ein intelligentes Messsystem (Smart-Metering-Systems).

Mit dem Smart-Meter-Gateway kann die moderne Messeinrichtung sicher in das intelligente Stromnetz der Zukunft (Smart Grid) eingebunden werden, in dem die Erzeugung, Speicherung und der Verbrauch von Energie optimal gesteuert und aufeinander abgestimmt werden können.
Ein Smart-Meter-Gateway erlaubt zudem die sichere Anbindung weiterer Messeinrichtungen (beispielsweise für Gas, Wasser, Wärmemengenzähler oder Heizkostenverteiler) sowie steuerbarer Anlagen (z.B. Photovoltaik oder Wärmepumpen).

Die Voraussetzung für eine erfolgreiche Digitalisierung der Energiewende ist die Digitalisierung des Verteilnetzes auf Basis intelligenter Messsysteme. Denn durch die Verwendung von intelligenten Messsystemen und der damit einhergehenden Verwendung des zertifizierten Smart-Meter-Gateways, werden zukünftig wichtige Systeme des Energienetzes über eine sichere Kommunikationsinfrastruktur vernetzt.

Es können zudem Netzzustandsdaten erhoben werden, so dass die Transparenz über die Leistungsflüsse im Verteilnetz deutlich erhöht werden kann. Außerdem können flexible Verbrauchseinrichtungen (Wärmepumpen, Elektromobile usw.) und dezentrale Erzeugungsanlagen zukünftig über das intelligente Messsystem gesteuert und netz- oder marktdienlich eingesetzt werden.

Mithilfe des intelligenten Messsystems können dem Endverbraucher flexible Tarife, Mehrwertdienste und innovative Visualisierungslösungen angeboten werden. Durch die Nutzung dieser wird der Verbraucher zum aktiven Akteur in der Energiewende und trägt somit wesentlich zum erfolgreichen Gelingen dieser bei. Der Verbraucher erhält Transparenz über den eigenen Stromverbrauch und kann sich diesen visualisiert anzeigen lassen. Der eigene Stromverbrauch kann exakt ermittelt und z.B. mit den Monats- oder Jahreswerten aus dem Vorjahr verglichen werden. Unangenehme Überraschungen bei der Jahresendabrechnung des Stromverbrauchs können so vermieden und "Stromfresser" leichter identifiziert werden.

Der Stromlieferant kann wiederum mit attraktiven, zeitvariablen Tarifen preisliche Anreize für die Endverbraucher schaffen, den Strom in Zeiten schwacher Nachfrage zu beziehen, um eine Überlastung des Stromnetzes zu vermeiden.

Das BSI entwickelt keine Smart-Meter-Gateways, sondern legt sicherheitstechnische Anforderungen für die Entwicklung, Produktion und Auslieferung der Smart-Meter-Gateways und für deren Betrieb fest.

Das Smart-Meter-Gateway stellt dabei technisch die Umsetzung von Datensicherheit und Datenschutz sicher. Die Prüfung von Berechtigungen und die Verschlüsselung von Daten spielt hierbei eine zentrale Rolle. Sämtliche Kommunikationsflüsse finden entsprechend höchster und etablierter Sicherheitsstandards nur verschlüsselt statt. Diese stellen sicher, dass Informationen unverändert (Integrität), für Dritte nicht einsehbar (Vertraulichkeit) sowie eindeutig den Kommunikationspartnern zugeordnet (Authentizität) übertragen werden.

Alle am Datenaustausch beteiligten unterschiedlichen Netze (HAN (Heimnetz), WAN (Weitverkehrsnetz) und LMN (Lokales Metrologisches Netz)) sind physisch und logisch voneinander separiert. Um die Sicherheit noch zusätzlich zu erhöhen können Kommunikationsverbindungen nur vom SMGW ausgehend nach außen hin aufgebaut werden.

Die dafür notwendigen Anforderungen an Datenschutz und Datensicherheit werden in Form von Schutzprofilen und Technischen Richtlinien vom BSI vorgegeben. Die Einhaltung dieser wird durch entsprechende Prüfungen bei neutralen, unabhängigen und anerkannten Prüfstellen mit abschließenden Zertifikaten des BSI nachgewiesen. Das BSI überprüft konkret im Rahmen des Produktzertifizierungsverfahrens die Prüfergebnisse der Prüfstellen, z.B. die Ergebnisse der Gerätetests, die Angaben der Hersteller in Form von funktionalen Tests, Quellcode-Analysen und Sicherheitstests. Neben der eigentlichen Produktprüfung sind zusätzlich zu den Auslieferungsprozessen auch Herstellungs- und Entwicklungsprozesse Bestandteil der Zertifizierung.

Durch die Zertifizierung wird sichergestellt, dass nur Geräte für die Markteinführung freigegeben werden, bei denen die Informationssicherheit und der Datenschutz für die Verbraucherinnen und Verbraucher gewährleistet ist. Das Zertifikat wird für acht Jahre erteilt und alle zwei Jahre in einem sogenannten Re-Assessment durch das BSI überprüft.

Bereits nach Abschluss der Zertifizierung des ersten Smart-Meter-Gateways im Dezember 2018 haben Messstellenbetreiber damit begonnen, intelligente Messsysteme in der Wirkumgebung zu erproben. Hierbei konnten die Geräte bereits ihre Einsatzbereitschaft unter Beweis stellen.

Für den Start des gesetzlich verpflichtenden Rollouts ist es Voraussetzung, dass mindestens drei Smart-Meter-Gateways von unabhängigen Unternehmen vom BSI erfolgreich zertifiziert werden und die für deren sicheren Betrieb benötigte Infrastruktur zur Verfügung steht. Im Dezember 2019 konnte das dritte Smart-Meter-Gateway erfolgreich zertifiziert werden.

Mit der Aktualisierung der Marktanalyse und der Veröffentlichung der Feststellung der technischen Möglichkeit (auch "Markterklärung" genannt) am 31. Januar 2020 hat das BSI den Startschuss für den Beginn des gesetzlich verpflichtenden Rollouts erteilt.

Messstellenbetreiber sind gesetzlich verpflichtet, Stromkunden mit einem Jahresverbrauch von über 6.000 kWh (bis maximal 100.000 kWh) mit einem intelligenten Messsystem auszustatten . Bei einem Stromverbrauch von weniger als 6.000 kWh Jahresstromverbrauch ist der Einbau optional und die Entscheidung über einen Einbau liegt beim grundzuständigen Messstellebetreiber.

Für die Umrüstung der verpflichtend auszustattenden Messstellen haben die Messstellenbetreiber nach Feststellung der technischen Möglichkeit (seit dem 31.01.2020) insgesamt acht Jahre Zeit. Mindestens zehn Prozent dieser Pflichteinbaufälle müssen jedoch innerhalb der ersten drei Jahre mit einem intelligenten Messsystem ausgestattet werden.

Im Messstellenbetriebsgesetz ist geregelt, dass spätestens bis zum Jahr 2032 jeder Haushalt mit einer modernen Messeinrichtung oder einem intelligenten Messsystem ausgestattet sein muss.

Verantwortlich für den Einbau und Betrieb von modernen Messeinrichtungen und intelligenten Messsystemen ist der Messstellenbetreiber. In der Regel ist der örtliche Netzbetreiber auch der grundzuständige Messstellenbetreiber (z.B. die Stadtwerke). Dieser ist u.a. für den Einbau, die Wartung und den sicheren Betrieb zuständig.

Die Kosten für den Messstellenbetrieb müssen die Endverbraucher tragen, wobei sich der grundzuständige Messstellenbetreiber an die im Messstellenbetriebsgesetz vorgegebenen Preisobergrenzen halten muss. Die folgende Tabelle zeigt die Preisobergrenzen nach Jahresstromverbrauch*:

* nicht berücksichtigt sind hier Verbraucher ab 10.000 kWh

Der Anschlussnutzer kann jedoch grundsätzlich den Messstellenbetreiber frei wählen (entsprechende Angebote vorausgesetzt). Alle anderen Messstellenbetreiber (wettbewerbliche Messstellenbetreiber) sind an keine Preisobergrenzen gebunden.