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Inhalt archiviert am 2023-03-09

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Forscher belegen Sicherheit von Quantenkryptographie

Wissenschaftler aus Belgien und Spanien haben erstmals bewiesen, dass neue Quantenkryptographiesysteme wesentlich sicherer sind als gegenwärtige Sicherheitssysteme. EU-Unterstützung erfuhr diese Forschung durch das Projekt Q-ESSENCE ("Quantum interfaces, sensors and communicat...

Wissenschaftler aus Belgien und Spanien haben erstmals bewiesen, dass neue Quantenkryptographiesysteme wesentlich sicherer sind als gegenwärtige Sicherheitssysteme. EU-Unterstützung erfuhr diese Forschung durch das Projekt Q-ESSENCE ("Quantum interfaces, sensors and communication based on entanglement"), das fast 5 Mio. EUR aus dem Themenbereich "Informations- und Kommunikationstechnologie" (IKT) des Siebten Rahmenprogramms (RP7) erhielt und durch das Projekt the PERCENT ("Percolating entanglement and quantum information resources through quantum networks"), das als Teil eines Stipendiums des Europäischen Forschungsrats unter RP7 Mittel in Höhe von 700.000 EUR bekam. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht. Durch die Verwendung von mit Hilfe von Quantenpartikeln hergestellten Schlüsseln, kann die Übertragung von Daten allein durch die Gesetze der Physik garantiert werden, haben Forscher an der freien Universität Brüssel (ULB) Belgien und dem Institut für Phonetik in Barcelona, Spanien festgestellt. Die Gesetze der Quantenmechanik besagen, dass das Beobachten eines Partikels in seinem Quantenstadium dieses Stadium verändert, was bedeutet, dass wenn Quantenpartikel als Schlüssel bei der Datenübertragung verwendet werden, ein Ausspionieren dieser Daten schnell und einfach entdeckt werden kann. Wie die Forscher in ihrer Abhandlung schreiben, "liegt ein zentrales Problem der Kryptografie bei der Verteilung der geheimen Schlüssel, die z.B. für die sichere Verschlüsselung von Nachrichten verwendet werden, unter weit entfernten Nutzern." "Diese Aufgabe ist mit der klassischen Kryptografie unmöglich zu lösen, ohne dabei Vermutungen über die Rechenleistung des Spions anzustellen. Der Quantenschlüsselaustausch hingegen bietet Sicherheit gegen Eindringlinge mit unbegrenzter Rechenleistung." Dies war das Prinzip, das hinter allen üblichen Quantenkryptographiesystemen auf dem Markt steckte, doch durch Schwächen bei der Umsetzung der Systeme in der Vergangenheit waren sie weiterhin offen für Angriffe durch "Quantenhacker", weshalb die Forscher nach effektiveren Arten der Datensicherung suchten. Auf Grundlage der Arbeit des Postdoktoranden Jonathan Barrett entwickelten Forscher an der ULB eine Methode, die nicht auf der Identifizierung von Veränderungen des Quantenstadiums von Partikeln beruhte. Stattdessen wurden Quantenbauelemente als "Black Boxen" verwendet, die sowohl Daten empfangen, als auch übertragen; sofern sowohl Sender als auch Empfänger bestimmte Korrelationen zwischen den von ihren entsprechenden Boxen produzierten Daten entdecken können, kann die Sicherheit des Quantenschlüssels garantiert werden. Dies macht nicht nur jeden Versuch, die Daten auszuspionieren, völlig nutzlos, sondern führt auch die Sicherheit der Datenübertragung bis an die Grenzen unserer gegenwärtigen Kenntnis der Gesetze der Physik. Die wirkliche Sicherheit dieses neuen Ansatzes jedoch blieb noch zu beweisen, da sich die Tests ausschließlich auf ein paar begrenzte Angriffe konzentriert hatten. Die Forscher Stefano Pironio von der Fakultät der Wissenschaften an der ULB und Lluis Masanes und Antonio Acin vom Institut für Photonische Wissenschaften in Barcelona haben gezeigt, dass es dieser neue Ansatz ermöglicht, Schlüssel günstig zu produzieren, vergleichbar mit jeden, die in bereits existierenden Systemen verwendet werden, und somit die vollständige Sicherheit des Systems zu garantieren. Die Forscher schreiben in der Fachzeitschrift Nature Communications, ihre Arbeit biete "einen allgemeinen Formalismus für die Sicherheit" von Quantenschlüsselaustauschsprotokollen. "Dies geschieht in Form der extremsten Vorstellung von Sicherheit, universell zusammensetzbare Sicherheit, wodurch sich der mithilfe des Protokolls generierte geheime Schlüssel nicht von einem idealen Geheimschlüssel unterscheidet", erklären sie. Obwohl ihr "Beweis" auf einer bloßen Annahme darüber beruht, wie Quantenelemente funktionieren, zeigen die Forschungsresultate sehr klar, dass dieser neue Ansatz im Prinzip tatsächlich machbar ist und den Weg hin zu sicheren Formen der Quantenkryptografie ebnet. Die Wissenschaftler kommen zu dem folgenden Schluss: "Unsere Arbeit trägt dazu bei, die Lücke zwischen theoretischen Sicherheitsbeweisen und praktischen Umsetzungen des Quantenschlüsselaustauschs zu verringern."Weitere Informationen unter: ULB: http://www.ulb.ac.be Nature Communications: http://www.nature.com/ncomms Q-ESSENCE: http://qurope.eu/projects/qessence

Länder

Belgien, Spanien

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