Dank eines neuen Verfahrens zum Schlüsselaustausch können Forschende die Kommunikation von heute vor Quantenangriffen von morgen schützen. (Bild: Foto: TetateaX/stock.adobe.com)
Quantencomputer könnten zukünftig viele der heute verwendeten Verschlüsselungsverfahren knacken. Denn die gebräuchlichen Verschlüsselungsverfahren basieren auf der Schwierigkeit, große Zahlen in ihre Primfaktoren zu zerlegen – also in Zahlen, die nur durch eins und sich selbst teilbar sind. Dieser Prozess ist für herkömmliche Computer extrem umständlich und zeitaufwendig, für Quantencomputer aber nicht. Und wer die Primfaktoren einer großen Zahl kennt, kann die Verschlüsselung brechen. Dies betrifft unter anderem verschlüsselte E-Mails, Messenger-Dienste oder Online-Banking. Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben gemeinsam mit Partnern ein Verfahren entwickelt, das Internetverbindungen schon heute vor der Quantentechnologie von morgen schützen kann.
Klassische Verfahren schützen auch in der Zukunft
Die Lösung: Quantenangriffe lassen sich dennoch mit klassischen Kryptografie-Verfahren abwehren, nämlich mit symmetrischer Verschlüsselung. Hierbei müssen beide Parteien vor dem Aufbau der verschlüsselten Verbindung einen virtuellen Schlüssel austauschen, um die übertragenen Daten später wieder decodieren zu können. Das ist zwar abhörsicher, bislang sind dafür aber komplizierte und teure Geräte notwendig. Jetzt haben die Forschenden hingegen lediglich herkömmliche Hardware eingesetzt und konnten den Quantenschlüsselaustausch mit Standardhardware aus der Glasfaserkommunikation durchführen, wie sie beispielsweise bei Glasfaseranschlüssen in Häusern und Wohnungen verwendet wird, und nicht mit kostspieligen Spezialgeräten. Dadurch sei binnen fünf Jahren ein flächendeckender Einsatz möglich.
Am 27. März 2025 hat das Projektteam das Verfahren in Echtzeit an der Ludwig-Maximilians-Universität München demonstriert. Dabei wurde eine Videoübertragung über eine Glasfaser am Campus realisiert, die mit dem Quantenschlüsselaustausch geschützt war. Die Forschenden des KIT haben dafür neuartige Algorithmen zum Schlüsselabgleich entwickelt. Diese stellen sicher, dass beide Parteien, die eine verschlüsselte Verbindung aufbauen wollen, einen absolut identischen Schlüssel besitzen und dabei trotzdem die Verbindung abhörsicher ist. Die neuen Algorithmen zum Schlüsselabgleich passen sich dynamisch an wechselnde Bedingungen an und verhindern, dass Angreifer Informationen aus dem Schlüsselaustausch gewinnen können.
Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) förderte das Projekt „Entwicklung hochperformanter Übertragungskomponenten für quantensichere Kommunikation über Glasfaserleitungen in Metro- und Weitverkehrsnetzen“ (DE-QOR) mit 3,4 Millionen Euro. Davon erhielt das KIT rund 350 000 Euro. Projektpartner sind neben dem KIT und ADVA Network Security die Ludwig-Maximilians-Universität München, die Leibniz Universität Hannover sowie Microwave Photonics und Creonic.