Geheimschlüssel für die Quantenzustände von Licht
Die Quantenschlüsselverteilungsmethode (quantum key distribution, QKD) greift zur Verteilung von Geheimschlüsseln auf die Grundlagen der Quantenmechanik zurück. Die QKD-Sicherheit basiert darauf, dass zwei Parteien einen Schlüssel herstellen, der ausschließlich ihnen bekannt ist. Dieser Schlüssel kann zur Verschlüsselung und Entschlüsselung von Botschaften verwendet werden. Konkret senden die beiden Parteien genau gesteuerte Quantenlichtteilchen aus, die auf kontrollierte Weise erkannt werden. Die Gegenwart einer dritten Partei, die versucht der Schlüssel abzufangen, würde sofort entdeckt werden. Jeder Versuch, die Quantenteilchen zu beobachten, würde die Informationen, die diese tragen, modifizieren. Dank Fördermitteln der EU zielte das Projekt Q-CERT (Quantum key distribution certification) auf eine stärkere QKD-Umsetzung ab. Es wurde eine Partnerschaft zwischen Wissenschaft und Industrie geknüpft, die zur Verbesserung der verwendeten Hardware beitrug. Ferner wurden Methoden entwickelt, um die Fehleranzahl in bestehenden Systemen zu reduzieren. Systeme, die auf quantengenerierten Schlüsseln basieren, finden bereits im Banken- und Verteidigungssektor Anwendung, da dort die Kommunikation entscheidend ist. Das breite Spektrum implementierter Quantenverschlüsselungsverfahren sowie die Schwierigkeit, diese aufzubessern, sind jeweils Hürden, die einer breiteren Anwendung dieser Technologie im Weg stehen. Das Q-CERT-Team untersuchte Angriffe auf QKD-Systeme und beurteile die Sicherheit von QKD-Protokollen. Die Nachverarbeitung der gesammelten Rohdaten legte den Grundstein für die Entwicklung von Hardware- und Softwarestandards, welche die Sicherheitsbewertung von QKD-Implementierungen vereinfachen. Ferner klassifizierten die Forscher die Angriffe gegen QKD-Systeme und schlugen Gegenmaßnahmen für Blinding-Angriffe von Avalanche-Photodioden und für Sättigungsangriffe in QKD-Systemen mit stetigen Variablen vor. Schließlich wurde ein neues Hochgeschwindigkeits-QKD-System entwickelt. An speziellen Verstärkerstellen kann ein verschränktes Photonenpaar sicher empfangen werden und die Informationen, die dieses trägt, können auf ein anderes verschränktes Photonenpaar übertragen werden. Die weiteren Schritte bestehen in der Entwicklung von Systemen, die über das gesamte Netz hinweg sicher sind, anstatt nur von einer Stelle zu einer anderen Stelle. Daraufhin kann mit der Anwendung des Q-CERT-Rahmenmodells zur Beurteilung der Sicherheit von QKD-Systemen begonnen werden. Allgemeine Standards sind ein wichtiger Schritt, um ein Niveau an Ausgereiftheit für QKD-Systeme zu erreichen, das sich für eine marktfähige Verwendung eignet und um gleichzeitig das Zutrauen der Öffentlichkeit in die Technologie zu fördern.
Schlüsselbegriffe
Kommunikationsnetze, Quantenschlüsselverteilung, Quantenmechanik, Sicherheit, Q-CERT, verschränkte Photonen
