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Können Quanten-Cyberattacken verhindert werden? Eine EU-Initiative bejaht dies und weist den Weg

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben eine Technologie zur Stärkung der Sicherheit kritischer Informationen in modernen Netzwerkinfrastrukturen entwickelt.

Digitale Wirtschaft

Von Verteidigungs- und Gesundheitsinformationen bis hin zu sozialen Netzwerken und Bankgeschäften ist die Kommunikation angesichts der wachsenden Angst vor Cyberangriffen zunehmend auf kryptografische Sicherheit angewiesen. Ist es jedoch tatsächlich nicht möglich, derartig sensible Daten zu hacken? Dank des „Flaggschiffs“ (Vorzeigeprogramm) der EU für künftige und neu entstehende Technologien im Bereich der Quantentechnologien (QT) haben Forschende neuartige Prototypen entwickelt, die Quantenverschlüsselungsprotokolle für die sichere Übertragung sensibler Informationen über das Internet verwenden. Zum Zwecke der Datensicherheit unterstützt das QT-Flaggschiff verschiedene Initiativen, wie z. B. das Projekt CiViQ (Continuous Variable Quantum Communications). „Nach den Gesetzen der Quantenphysik verwenden die Wissenschaftler des Projekts CiViQ die Quantenschlüsselverteilung, eine lichtbasierte sichere Methode zum Austausch von Verschlüsselungscodes [oder ‚Schlüsseln‘] zwischen zwei Organisationen“, wie in einer Nachrichtenmeldung des Quanten-Flaggschiffs angegeben ist. „Diese sichere Verschlüsselung kann nicht abgefangen oder manipuliert werden“, wird in der Nachrichtenmeldung angefügt. Dies bedeutet, dass die „Daten nicht gehackt werden können. Die Quantenschlüsselverteilung funktioniert durch die Übertragung von Lichtteilchen oder Photonen über ein Glasfaserkabel von einer Organisation zu einer anderen.“ In der Quanten-Flaggschiff-Nachrichtenmeldung heißt es weiter: „Photonen werden so hergestellt, dass jeder Versuch, sie zu lesen oder zu kopieren, ihre Quanteneigenschaften verändert, die Informationen unlesbar macht und Sender und Empfänger wissen lässt, dass ein Dritter versucht hat, sie abzufangen.“ Im gleichen Beitrag erklärt Prof. Dr. Valerio Pruneri vom CiViQ-Projektkoordinator ICFO – The Institute of Photonic Sciences: „Die Quantenschlüsselverteilungs-Technologie von CiViQ wird eine breitflächige Einführung und Integration in moderne Telekommunikationsnetze ermöglichen sowie eine langfristige und zuverlässige Datensicherheit auf der Grundlage des physikalischen Prinzips der Quantenmechanik bieten.“

Entwicklung gängiger Technologie

Die Projektpartner hoffen, den Quantenschlüsselverteilung als gängige Technologie für Kommunikation und Datenübertragung auf globaler Ebene zu realisieren. „Wir rechnen damit, dass wir diese Prototypen im Jahr 2020 in Felddemonstrationen in einem realen optischen Netzwerk einsetzen werden, während wir auch weiterhin noch fortschrittlichere Systeme mit höherer Integration und Leistung in Laborexperimenten entwickeln werden“, sagt Prof. Pruneri. Wie in der gleichen Nachricht erläutert, werden die Spezifikationen der Quantenschlüsselverteilungs-Technologie durch die Bedürfnisse der Endbenutzer definiert. So können sie in die aktuellen Telekommunikationsnetze integriert werden, ohne dass eine separate Ad-hoc-Quantenkommunikationsinfrastruktur aufgebaut werden muss. Die Quantenschlüsselverteilung bezieht sich auf eine Reihe von Regeln für die Verschlüsselung von Informationen, die als kryptografische Protokolle bekannt sind und die selbst mit Quantencomputern kaum geknackt werden können. Das Projekt CiViQ läuft bis Ende September 2021. Es wird den Weg für eine flexible und kosteneffiziente Integration von Quantenkommunikationstechnologien, insbesondere der kontinuierlich variablen Quantenschlüsselverteilung, in neu entstehende optische Telekommunikationsnetze ebnen. „Die Vision von CiViQ ist es, quantenverbesserte Sicherheitsdienste für die physische Schicht zu entwickeln, die mit modernen kryptografischen Techniken kombiniert werden können, um beispiellose Anwendungen und Dienste zu ermöglichen“, wie auf der Projektwebsite vermerkt wird. Dort heißt es weiter: „Die Arbeit zielt darauf ab, sowohl die Quantenschlüsselverteilungs-Technologie selbst, als auch den neuen ‚Software-Netzwerk‘-Ansatz voranzutreiben, um die Grundlagen für eine zukünftige nahtlose Integration von beiden zu schaffen.“ Neben CiViQ unterstützt das QT-Flaggschiff andere Konsortien, um eine hohe Datensicherheit zu erlangen. In der Nachrichtenmeldung zum Quanten-Flaggschiff heißt es, dass „die Forschenden von QRANGE Quanten-Zufallszahlengeneratoren entwickelt haben, die in solche Protokolle eingefügt werden können; und die Wissenschaftler von UNIQORN suchen nach Möglichkeiten, die Quantenschlüsselverteilung bis auf die Chip-Skala zu miniaturisieren, um die Integration in jedes Endgerät zu erleichtern. Schließlich wollen die Forschenden von QIA all dies, Hardware und Software, zusammenfügen, um das zukünftige Quanten-Internet zu entwickeln.“ Weitere Informationen: CiViQ-Projektwebsite

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