Quanten-Kryptographie könnte Ende der Lauschangriffe bedeuten

Abhör- sowie Manipulationsversuche beeinflussen Daten auf Quantenebene

[datensicherheit.de, 19.07.2022] Quantencomputer könnten in einigen Jahren unsere heutigen, konventionellen Verschlüsselungen knacken – als Gegenmaßnahme forschen Wissenschaftler deshalb seit Jahren daran, eben ein nicht-knackbares Verschlüsselungssystem zu entwickeln. „Und diese Forschung zeigt bereits erste Erfolge. Beispielsweise hat Google mit ,Sycamore‘ einen Prozessor entwickelt, der das Herzstück eines Quantencomputers mit 53 Qubits bildet“, berichtet Patrycja Schrenk, IT-Sicherheitsexpertin und Geschäftsführerin der PSW GROUP.

Foto: PSW GROUP

Patrycja Schrenk: Erfolge und Entwicklungen der vergangenen Jahre zeigen, dass es gilt, sich vorzubereiten!

Abhörversuche auf quanten-kryptisch verschlüsselten Kanälen fallen direkt auf

Während traditionelle Verschlüsselungssysteme auf Mathematik basierten, basiere die Quanten-Kryptographie auf physischen Eigenschaften. Damit eröffne die Quanten-Kryptographie neue Möglichkeiten: Finden Abhörversuche auf quanten-kryptisch verschlüsselten Kanälen statt, fielen diese direkt auf. Denn etwaige Abhör- sowie Manipulationsversuche beeinflussten die Daten auf Quantenebene und -verfahren machten diese Einflüsse messbar.

„Die Quanten-Kryptographie nutzt Elementarteilchen und Photonen, um mit ihren wesentlichen Eigenschaften ein unknackbares Verschlüsselungssystem zu schaffen. Das ist damit zu begründen, dass der Quantenstatus eines Systems nicht messbar ist, ohne es dabei zu beeinflussen. In der Folge können Abhör- sowie Manipulationsversuche einfach nicht unentdeckt bleiben“, erläutert Schrenk.

Quanten-Verschlüsselung funktioniert bisher unter Laborbedingungen

Dass Quanten-Verschlüsselung funktioniert, hätten neben IBM – Ende 2021 stellte das Unternehmen mit „Eagle Chip“ einen Quantenprozessor mit 127 Qubits vor – auch andere Forscher bewiesen. Jedoch habe es sich um Versuche unter Laborbedingungen und über recht kurze Distanzen hinweg gehandelt: So sei es im Sommer 2015 der Universität Genf in Zusammenarbeit mit dem Hersteller Corning gelungen, eine Distanz von über 300 Kilometern zu überwinden. Wenig später, im Jahr 2018, sei die Überwindung einer Strecke von 421 km gelungen.

„Dass der Quantentechnologie die Zukunft gehört, beweist auch die Tatsache, dass die Entwickelnden des freien SSH-Frameworks ,OpenSSH‘ ab Version 9.0 den Schlüsselaustausch gegen Angriffe durch Quantencomputer abgesichert haben“, so Schrenk. Dafür hätten sie eine „Streamlined NTRU Prime“ genannte Methode implementiert. Als quelloffenes Public-Key-Kryptosystem nutze „NTRU“ gitterbasierte Kryptographie zum Ver- bzw. Entschlüsseln von Informationen.

Verfahren der Post-Quanten-Kryptographie auf klassischer Hardware zu implementieren

Vorreiter der Quanten-Kryptographie gebe es bereits: Die sogenannte Post-Quanten-Kryptographie. Schrenk führt aus: „Mit Post-Quanten-Kryptographie werden Bemühungen bezeichnet, quanten-sichere Krypto-Verfahren, also Verfahren die sich nicht durch Quantencomputer brechen lassen, zu standardisieren. Das ,Post-Quantum Cryptography Projekt‘ ist beispielsweise eine dieser Standardisierungsaktivitäten im Sektor der quantencomputer-resistenten Kryptographie.“

Es sei 2016 vom US-amerikanischen National Institute of Standards and Technology initiiert, allerdings sei der ganz große Durchbruch bisher noch nicht gelungen. Schrenk sieht dennoch Potenzial: „Verfahren der Post-Quanten-Kryptographie lassen sich entgegen zur Quanten-Kryptographie auf klassischer Hardware implementieren.“

Quantencomputer und Post-Quantum-Kryptoverfahren derzeit noch nicht für praktische Anwendung

Damit sei sowohl der praktische Einsatz von Quanten-Kryptographie als auch Quantencomputern noch Zukunftsmusik. Wie lange noch, werde sich zeigen. Denn experimentelle Quantencomputer seien bereits in verschiedenen Forschungseinrichtungen gebaut worden. Tech-Giganten wie IBM, Google, Microsoft und Infineon hätten längst Physiker, Mathematiker oder Informatiker angeworben, um erste kommerzielle Quantencomputer entwickeln zu können.

„Kommerziell wurde die Technologie bis dato noch nicht genutzt – sowohl Quantencomputer als auch die Post-Quantum-Kryptoverfahren befinden sich derzeit nicht auf einem Stand, der die praktische Anwendung erlaubt. Dennoch zeigen die Erfolge und Entwicklungen der vergangenen Jahre, dass es gilt, sich vorzubereiten. Es müssen dringend Verfahren, die sich nicht durch Quantencomputer brechen lassen, gefunden werden“, betont Schrenk abschließend.

Weitere Informationen zum Thema:

PSW GROUP, Marek Röhner, 21.06.2022
IT-Security / Quantenkryptografie einfach erklärt