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DE102023111612B3 - Method and device for delivering goods - Google Patents

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DE102023111612B3
DE102023111612B3 DE102023111612.6A DE102023111612A DE102023111612B3 DE 102023111612 B3 DE102023111612 B3 DE 102023111612B3 DE 102023111612 A DE102023111612 A DE 102023111612A DE 102023111612 B3 DE102023111612 B3 DE 102023111612B3
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Germany
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DE102023111612.6A
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Regina Kirschner
Alissa Helena Wilms
Maureen Krumtünger
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Dr Ing HCF Porsche AG
Original Assignee
Dr Ing HCF Porsche AG
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Abstract

Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Auslieferung einer Ware mit den folgenden Merkmalen bereit: Ein Empfänger (12) authentisiert sich gegenüber dem Lieferanten (11) mittels eines Quantenschlüssels; und der Lieferant (11) händigt dem Empfänger (12) die Ware (13) aus.
Die Erfindung stellt ferner eine entsprechende Vorrichtung, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes Speichermedium bereit.

Figure DE102023111612B3_0000
The invention provides a method for delivering a product with the following features: A recipient (12) authenticates himself to the supplier (11) by means of a quantum key; and the supplier (11) hands over the product (13) to the recipient (12).
The invention further provides a corresponding device, a corresponding computer program and a corresponding storage medium.
Figure DE102023111612B3_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auslieferung einer Ware an einen Empfänger. Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus eine entsprechende Vorrichtung, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes Speichermedium.The present invention relates to a method for delivering goods to a recipient. The present invention also relates to a corresponding device, a corresponding computer program and a corresponding storage medium.

In Bezug auf Datenbestände, Nachrichten und Übertragungskanäle unterscheidet die Kryptografie zwischen den Schutzzielen der Vertraulichkeit, Integrität, Verbindlichkeit und Authentizität. Als Authentifizierung wird in diesem Zusammenhang jedweder Nachweis der Authentizität einer Entität, deren eigener Beitrag zur Glaubhaftmachung der bezeugten Eigenschaft dementsprechend als Authentisierung bezeichnet.With regard to data sets, messages and transmission channels, cryptography distinguishes between the protection goals of confidentiality, integrity, binding nature and authenticity. In this context, authentication is any proof of the authenticity of an entity, and its own contribution to making the attested property credible is accordingly referred to as authentication.

Zum Nachweis der Verbindlichkeit (non-repudiation), Integrität und Authentizität klassischer Nachrichten dienen nach dem Stand der Technik vorrangig digitale Signaturen und asymmetrische Kryptosysteme. Hiervon zu unterscheiden sind die im Rahmen symmetrischer Kryptosysteme eingesetzten sogenannten Nachrichtenauthentifizierungscodes (message authentication codes, MACs), welche zumindest einen Nachweis von Integrität und Authentizität gestatten, seitens Sender und Empfänger hierzu jedoch die Kenntnis desselben geheimen („privaten“) Schlüssels erfordern.According to the current state of the art, digital signatures and asymmetric cryptosystems are primarily used to prove the non-repudiation, integrity and authenticity of classic messages. These must be distinguished from the so-called message authentication codes (MACs) used in symmetric cryptosystems, which at least allow proof of integrity and authenticity, but require the sender and recipient to know the same secret ("private") key.

Zwar lässt sich das kryptografische Primitiv der digitalen Signatur nicht auf Quantennachrichten übertragen, da deren Authentifizierung zwingend mit ihrer Verschlüsselung einhergeht. Möglich ist indes die Konstruktion eines Quanten-MAC (QMAC). Beides wurde erstmals bewiesen in BARNUM, Howard, et al. Authentication of quantum messages. In: The 43rd Annual IEEE Symposium on Foundations of Computer Science, 2002. Proceedings. IEEE, 2002. S. 449-458 .Although the cryptographic primitive of the digital signature cannot be transferred to quantum messages, since their authentication is necessarily accompanied by their encryption, it is possible to construct a quantum MAC (QMAC). Both were first proven in BARNUM, Howard, et al. Authentication of quantum messages. In: The 43rd Annual IEEE Symposium on Foundations of Computer Science, 2002. Proceedings. IEEE, 2002. pp. 449-458 .

Hinlänglich bekannt ist die Möglichkeit der digitalen Quantensignatur (quantum digital signature, QDS), also der digitalen Signatur klassischer Nachrichten mit quantenkryptografischen Mitteln. Einen Überblick über einschlägige Protokolle bietet PIRANDOLA, Stefano, et al. Advances in quantum cryptography. Advances in optics and photonics, 2020, 12. Jg., Nr. 4, S. 1012-1236 .The possibility of quantum digital signature (QDS), i.e. the digital signature of classical messages using quantum cryptographic means, is well known. An overview of relevant protocols is provided by PIRANDOLA, Stefano, et al. Advances in quantum cryptography. Advances in optics and photonics, 2020, Volume 12, No. 4, pp. 1012-1236 .

Als Lieferroboter wird im Folgenden jedwede autonome Vorrichtung zur Auslieferung von Waren bezeichnet. Herkömmliche Roboter dieser Gattung sind mit Sensoren und Kamera ausgerüstet, lassen sich mitunter aber auch durch Menschen fernbedienen. Für bekannte Systeme zur autonomen Zustellung von Waren ohne menschliche Unterstützung stellt vor allem die Authentifizierung des Warenempfängers eine technische Herausforderung dar.In the following, any autonomous device for delivering goods is referred to as a delivery robot. Conventional robots of this type are equipped with sensors and cameras, but can sometimes also be remotely controlled by humans. For known systems for the autonomous delivery of goods without human assistance, the authentication of the recipient of the goods is a technical challenge.

CN 115098849 A offenbart den Gegenstand des Oberbegriffs von Anspruch 1. CN115098849A discloses the subject matter of the preamble of claim 1.

EP3758289A1 offenbart einen Hardware-Beschleuniger, welcher herkömmliche mit quantenkryptografischen Verfahren wie QDS und Quantenschlüsselaustausch (quantum key distribution, QKD) vereinen soll. Als mögliche Anwendungsgebiete werden unter anderem Online-Einkäufe und autonome Transportfahrzeuge genannt. EP3758289A1 discloses a hardware accelerator that is intended to combine conventional with quantum cryptographic methods such as QDS and quantum key distribution (QKD). Possible areas of application include online shopping and autonomous transport vehicles.

WO2010049673A1 beschreibt ein Protokoll zum Nachrichtenaustausch, in dessen Rahmen sowohl herkömmlicher Schlüsselaustausch als auch QKD zum Einsatz kommen. WO2010049673A1 describes a message exchange protocol that uses both conventional key exchange and QKD.

WO2019081816A1 schlägt ein Anonymisierungssystem zur Warenlieferung vor. WO2019081816A1 proposes an anonymization system for the delivery of goods.

WO2020126236A1 betrifft eine Blockkette für industrielle Anwendungen, dessen Blöcke mittels Post-Quanten-Kryptografie gemäß RFC 8391, beispielsweise durch XMSS, signiert werden sollen. WO2020126236A1 concerns a blockchain for industrial applications, whose blocks are to be signed using post-quantum cryptography according to RFC 8391, for example by XMSS.

WO2019079890A1 erörtert die Nutzung quantenkryptografischer Verfahren zur Kommunikation zwischen Fahrzeugen (vehicle to vehicle, V2V). WO2019079890A1 discusses the use of quantum cryptographic methods for communication between vehicles (vehicle to vehicle, V2V).

Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Auslieferung einer Ware, eine entsprechende Vorrichtung, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes Speichermedium gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereit.The invention provides a method for delivering a product, a corresponding device, a corresponding computer program and a corresponding storage medium according to the independent claims.

Eine Ausführungsform der Erfindung bedient sich hierbei in vorteilhafter Weise der eingangs erwähnten Authentifizierung von Quantennachrichten. In Betracht kommt zudem das oben als QDS beschriebene Quantenprotokoll zum Signieren einer Nachricht und zur Gewährleistung hoher Sicherheitsmerkmale. Keine unredliche Partei könnte sich so als eine andere Person ausgeben und eine Nachricht senden. Außerdem kann der Absender nicht abstreiten, dass er eine Nachricht signiert hat. Und wenn ein Empfänger eine Signatur akzeptiert, ist es sehr wahrscheinlich, dass jeder andere Empfänger (oder Richter) die Signatur ebenfalls akzeptiert.One embodiment of the invention advantageously makes use of the authentication of quantum messages mentioned above. The quantum protocol described above as QDS can also be used to sign a message and ensure high security features. No dishonest party could impersonate another person and send a message. In addition, the sender cannot deny that he has signed a message. And if a recipient accepts a signature, it is very likely that every other recipient (or judge) will also accept the signature.

Als besonderer Vorzug dieser erfindungsgemäßen Nutzung quantenmechanischer Prinzipien erweist sich somit, dass sie die Authentizität des Empfängers gewährleistet.A particular advantage of this inventive use of quantum mechanical principles is that it guarantees the authenticity of the recipient.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.Further advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent patent claims.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.

  • Die Figur zeigt eine autonome Warenauslieferung.
An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below.
  • The figure shows an autonomous delivery of goods.

Die einzige Abbildung illustriert die autonome Auslieferung (10) einer Ware (13) unter der Annahme, dass deren Lieferant (11) und Empfänger (12) vorab einen privaten Quantenschlüssel und einen privaten klassischen Schlüssel ausgetauscht haben. Der Empfänger (12) nutzt seinen Quantenschlüssel, um sich auf einem beliebigen Kanal gegenüber dem Lieferanten (11) - hier stellvertretend dargestellt durch einen Lieferroboter - zu authentisieren. Zugleich quittiert der Empfänger (12) die Entgegennahme der Ware (13) verbindlich, deren Empfang sich somit auch gegenüber Dritten nicht glaubhaft abstreiten lässt.The only illustration illustrates the autonomous delivery (10) of a product (13) under the assumption that its supplier (11) and recipient (12) have previously exchanged a private quantum key and a private classical key. The recipient (12) uses his quantum key to authenticate himself to the supplier (11) - represented here by a delivery robot - on any channel. At the same time, the recipient (12) confirms receipt of the product (13) in a binding manner, and thus receipt cannot be credibly denied even to third parties.

Die Authentifizierung von Quantennachrichten kann in einer Situation verwendet werden, in der der Empfänger (12) in Form einer Quantennachricht über den unsicheren Kanal überträgt. Durch die gemeinsame Nutzung eines privaten Quantenschlüssels und eines privaten klassischen Schlüssels kann der Lieferant (11) beispielsweise anhand eines QMAC der Nachricht verifizieren, dass die darin enthaltenen Angaben zur Identität des Empfängers (12) nicht verfälscht wurden; zudem lässt sich die Nachricht zur Übertragung symmetrisch ver- und entschlüsseln.Quantum message authentication can be used in a situation where the recipient (12) transmits in the form of a quantum message over the insecure channel. By sharing a private quantum key and a private classical key, the provider (11) can, for example, use a QMAC of the message to verify that the information contained therein regarding the identity of the recipient (12) has not been falsified; moreover, the message can be symmetrically encrypted and decrypted for transmission.

Denkbar ist auch ein Austausch der Nachricht auf einem herkömmlichen, also mittels klassischer Physik modellierbaren Übertragungswege („klassische Nachricht“) in einem asymmetrischen Kryptosystem. Die - optional verschlüsselte - Nachricht wird hierzu gemäß einem vorgegebenen QDS-Protokoll mit einem vom Empfänger (12) geheim gehaltenen Quantenschlüssel digital signiert. Der Lieferant (11) nutzt in diesem Fall nach dem Empfang seinen von diesem privaten Schlüssel abgeleiteten (Quanten-)Verifikationsschlüssel, um Authentizität und Integrität der Nachricht zu prüfen und somit die Identität des Empfängers (12) zu verifizieren, bevor er diesem die Ware (13) aushändigt.It is also conceivable that the message could be exchanged on a conventional transmission path, i.e. one that can be modelled using classical physics (“classical message”) in an asymmetric cryptosystem. The - optionally encrypted - message is digitally signed according to a predetermined QDS protocol with a quantum key kept secret by the recipient (12). In this case, after receiving the message, the supplier (11) uses its (quantum) verification key derived from this private key to check the authenticity and integrity of the message and thus verify the identity of the recipient (12) before handing over the goods (13) to him.

Claims (7)

Verfahren zur Auslieferung (10) einer Ware (13) durch einen Lieferanten (11), mit folgendem Merkmal: - ein Empfänger (12) authentisiert sich gegenüber dem Lieferanten (11) mittels eines Quantenschlüssels, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - der Lieferant (11) händigt dem Empfänger (12) die Ware (13) aus, - der Empfänger (12) hält den Quantenschlüssel geheim und bestätigt die Auslieferung (10) mittels einer klassischen Nachricht, die seine Kundendaten enthält und zum Authentifizieren mittels des Quantenschlüssels mit einer digitalen Quantensignatur versehen wird.Method for delivery (10) of a product (13) by a supplier (11), with the following feature: - a recipient (12) authenticates himself to the supplier (11) by means of a quantum key, characterized by the following features: - the supplier (11) hands over the product (13) to the recipient (12), - the recipient (12) keeps the quantum key secret and confirms the delivery (10) by means of a classic message which contains his customer data and is provided with a digital quantum signature for authentication by means of the quantum key. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - der Empfänger (12) bestätigt die Auslieferung (10) mittels einer Quantennachricht und - die Quantennachricht wird beim Authentifizieren verschlüsselt.Procedure according to Claim 1 , characterized by the following features: - the recipient (12) confirms the delivery (10) by means of a quantum message and - the quantum message is encrypted during authentication. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - der Quantenschlüssel wird vorab zwischen dem Lieferanten (11) und Empfänger (12) ausgetauscht und - das Authentifizieren erfolgt anhand eines Quanten-Nachrichtenauthentifizierungscodes.Procedure according to Claim 2 , characterized by the following features: - the quantum key is exchanged in advance between the supplier (11) and recipient (12) and - the authentication is carried out using a quantum message authentication code. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - die Auslieferung (10) erfolgt autonom.Procedure according to one of the Claims 1 until 3 , characterized by the following feature: - the delivery (10) takes place autonomously. Vorrichtung zur Auslieferung (10) einer Ware (13) in einem Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - Mittel zum Authentifizieren des Empfängers (12) mittels eines Quantenschlüssels und - Mittel zum Aushändigen der Ware (13) an den Empfänger (12).Device for delivering (10) a product (13) in a method according to Claim 1 , characterized by the following features: - means for authenticating the recipient (12) by means of a quantum key and - means for handing over the goods (13) to the recipient (12). Computerprogramm, welches dazu eingerichtet ist, alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 durchzuführen.Computer program which is designed to carry out all the steps of a method according to one of the Claims 1 until 4 to carry out. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 6.Machine-readable storage medium with a computer program stored thereon in accordance with Claim 6 .
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