Quantensichere Kommunikationsnetze So schützen wir uns vor Quanten­bedrohungen

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Es ist kein Geheimnis, dass die Cybersicherheit überall unter erheblichem Druck steht. Seit der Pandemie hat sich die Häufigkeit von Cyberangriffen mehr als verdoppelt. Mit den künftigen Quantencomputern stellen sich Sicherheitsfragen jetzt wieder ganz neu: Wie können wir uns schützen und warum sollten wir es tun?

Nehmen Unternehmen Cyberbedrohungen nicht ernst genug, können entsprechende Vorfälle zu hohen Geldstrafen und Lösegeld­erpressungen führen. Auch das Vertrauen von Kunden oder der Markenwert kann nachhaltig beschädigt werden – mit schwerwiegenden Folgen für die Unternehmen.

So führte beispielsweise ein Ransomware-Angriff auf die Royal Mail in Großbritannien unlängst zu einer Unterbrechung des internationalen Postverkehrs. Auch die öffentliche Verwaltung und der Katastrophenschutz werden zunehmend zur Zielscheibe. Weitere Beispiele: In der japanischen Agentur für digitale Verteidigung wurde vor kurzem eine seit langem bestehende Sicherheitslücke entdeckt. Und in Manchester konnte ein Ransomware-Programm die personenbezogenen Daten von Polizeibeamten kompromittieren.

Diejenigen Akteure, die für die Unterstützung kritischer Infrastruktur verantwortlich sind – erkennen zunehmend: Cyberangriffe sind keine Frage des „ob“, sondern des „wann“. Darüber hinaus stiegen die durchschnittlichen Kosten einer Datenverletzung im Jahr 2023 weltweit um 15 Prozent auf 4,45 Millionen US-Dollar. Das verdeutlicht die Notwendigkeit von mehr Cybersicherheit zum Schutz wichtiger öffentlicher und privater Dienstleistungen.

Unternehmen und Organisationen im privaten wie auch im öffentlichen Sektor treiben die digitale Transformation voran, um Effizienz, Nachhaltigkeit und Sicherheit zu verbessern, und suchen aktiv nach starken Möglichkeiten, um sich gegen die komplexen Bedrohungen des digitalen Zeitalters zu schützen. Die Grundlage dafür bilden die Telekommunikationsnetze – und deren garantiert sichere und vertrauenswürdige Konnektivität.

Vorbereitung auf das Quantencomputing

NIST veröffentlicht Post-Quantum-Kryptographie-Standards

Der Q-Day rückt näher

Doch am Horizont zeichnet sich eine neue Herausforderung ab – die Quantencomputer. Sie unterscheiden sich grundlegend von klassischen Computern und arbeiten nach den Grundsätzen der Quantenmechanik. Sie nutzen Quantenbits, wodurch sie parallelle Berechnungen in einem rasanten Tempo durchführen können.

Quantencomputer versprechen zwar viele Vorteile, doch stellen sie auch ein Risiko für die kryptografischen Systeme dar, die jahrzehntelang die sichere Kommunikation gewährleistet haben. Denn sie ermöglichen Kriminellen, Angriffe durchzuführen, die mit den heutigen Computern nicht machbar sind.

Daher fürchten sich viele vor dem Kommen eines kryptografisch relevanten Quantencomputers (Cryptographically Relevant Quantum Computer) – was auch als Q-Day bezeichnet wird. Dieser Q-Day wird wahrscheinlich viele der derzeitigen Verschlüsselungsmethoden obsolet machen und die Sicherheit der digitalen Infrastruktur und des Wirtschaftssystems weltweit gefährden.

Experten gehen davon aus, dass Quantencomputer dieses Leistungsniveau 2030 oder früher erreichen könnten. Dem Quantum-Safe Networking Perception Report von DSP Leaders zufolge glauben fast zwei Drittel der Führungskräfte in der Telekommunikationsbranche, dass Netzbetreiber bis 2028 eine Technologie einsetzen sollten, die quantensichere Netze ermöglicht. Die erforderlichen „quantensicheren“ Netze müssen sich über modernste Sicherheitsmaßnahmen gegen die Fähigkeiten von Quantencomputern wappnen.

Warum Unternehmen kryptoagil werden müssen

Rechtzeitig Vorbereitungen für den Q-Day treffen

Harvest Now, Decrypt Later – ein reales Bedrohungsszenario

Cyberkriminelle gehen bereits heute nach dem Konzept „Harvest Now, Decrypt Later“ vor. Hacker sammeln dabei schon jetzt kontinuierlich Daten, um sie dann später zu entschlüsseln, wenn die Quantentechnologie entsprechend ausgereift ist, was eine unmittelbare Bedrohung für Datenschutz und Datensicherheit darstellt. Tatsächlich glauben mehr als die Hälfte der Unternehmen, dass sie durch solche Angriffe gefährdet sind. Diese permanente Bedrohung vergrößert den Bedarf an quantensicheren, widerstandsfähigen Netzen.

In Anbetracht der beschriebenen Risiken stehen bestimmte Organisationen bei den Bemühungen, Netze quantenresistent zu machen, an vorderster Front. US-Behörden wie die NSA, NIST und CISR haben z. B. schon Richtlinien erarbeitet und fordern zur Vorbereitung auf das Quantenzeitalter auf – ein deutlicher Hinweis, dass die Gefahren der Quantentechnologie in den USA ernstgenommen werden.

Mehrere Telekommunikationsunternehmen haben sich bereits zur Quantensicherheit verpflichtet. Entsprechende Maßnahmen zielen nicht nur darauf ab, Kunden vor Harvest-Now-Decrypt-Later-Angriffen zu schützen, sondern auch den nahtlosen Übergang in das Zeitalter der „Quanten-Readiness“ zu schaffen.

Jetzt schon? Post-Quantum-Kryptography

5 Maßnahmen in Vorberei­tung auf Quanten­computing-Bedrohungen

Der Aufbau quantensicherer Netze

Mit dem Fortschritt des Quantencomputings steigt auch die Bedrohungslandschaft – von Quanten-Problemstellungen bis hin zu -Sicherheitsverletzungen. Daher besteht dringender Bedarf, die Netze zu modernisieren und auf eine mehrschichtige, quantensichere Architektur mit einem gestaffelten Sicherheitskonzept (Defence-In-Depth) umzustellen. Zudem müssen Unternehmen den quantensicheren Schutz über den optischen Kern hinaus auf IP-Edges und Anwendungsschichten ausweiten.

Quantensichere Netze nutzen kryptografische Methoden, die entweder nicht geknackt werden können oder eine Sicherheitsinfrastruktur bereitstellen, die robust genug ist, um Versuche von Quantenentschlüsselung zu erkennen und abzuwehren. Der Schutz wird durch eine Kombination von Strategien sichergestellt, u. a.:

• Datenverschlüsselung: Sie gewährleistet die Vertraulichkeit wichtiger Informationen und verhindert unberechtigte Zugriffe. AES-256 mit symmetrischer Schlüsselverteilung ist hierbei der Goldstandard.

• Robuste Schlüsselerzeugung, -verwaltung und -verteilung: Sie stärkt die Verteidigung des Netzes gegen einen Angriff. Schlüssel, die nach den Gesetzen der klassischen oder der Quantenphysik erzeugt werden, können gleichermaßen quantensicher sein, solange asymmetrische Schlüsselverteilung vermieden wird

• Unabhängige Zertifizierung: Sie prüft, ob die bestehenden Sicherheitsmaßnahmen auf dem neuesten Stand sind.

• Integritätssicherung: Sie schützt Daten während der Übertragung vor Veränderung oder Verfälschung.

• Garantierte Nichtabstreitbarkeit: Sie stellt sicher, dass die beteiligten Parteien nicht bestreiten können, verschlüsselte Nachrichten gesendet oder empfangen zu haben.

Telekommunikationsanbieter müssen ihre kryptografische Agilität evaluieren, um die Auswirkungen der Post-Quantum-Kryptografie auf ihre Produkte und den erforderlichen Aufwand für das Anbieten von Post-Quantum-Kryptografielösungen zu ermitteln.

Quantensichere Netze zu schaffen, ist heute mit vorhandenen Instrumenten wie vorinstallierten Schlüsseln (Pre-Shared Keys), herkömmlichen, physikbasierten Schlüsseln ausreichender Länge und symmetrischer Schlüsselverteilung möglich. Diese können weiter verbessert werden, indem quantenphysikalisch erzeugte Schlüssel in einem hybriden klassischen/QKD-Framework genutzt werden.

In Zukunft wird die Kryptographie auf höheren, kurzlebigen Verbindungsschichten eingesetzt werden. Zusammen bilden diese Methoden ein quantensicheres Ökosystem, das sich infolge der sich ständig verändernden Quantenbedrohungen weiterentwickeln wird.

Zukunft der Kommunikationssicherheit

Bedrohen Quantenrechner die IT-Sicherheit?

Quantensichere Netze sind kein futuristischer Luxus, sondern notwendig. Die Umstellung braucht Zeit, Investitionen und ein Sicherheitskonzept, das auf die neuesten Bedrohungen abgestimmt ist. Das Quantencomputing wird in verschiedenen Branchen – von der Elektromobilität bis hin zu Prognosen im Finanzbereich und der Medizin – hohe Wellen schlagen. Doch die Gefahren, die diese Technologie eben auch hat, müssen mit widerstandsfähigen und anpassungsfähigen Cybersicherheitsmaßnahmen bewältigt werden.

Die Entwicklung hin zu fortschrittlichen und leistungsstarken Cybersicherheits­maßnahmen und die Einführung von Zero-Trust-Frameworks mit quantensicherer Verschlüsselung in allen Unternehmen ist zweifellos ein grundlegender Schritt zur Zukunftssicherung der digitalisierten Wirtschaft. Unternehmen müssen ihr Kapital sowie die Privatsphäre ihrer Kunden durchgängig schützen. Sie müssen darüber hinaus alle Dienstleistungen, die das Rückgrat unserer Gesellschaft bilden, ohne Unterbrechung gewährleisten. Deshalb müssen wir uns jetzt auf den Weg zur Quantensicherheit machen.

Über den Autor: Matthieu Bourguignon ist Senior Vice-President und Head of Network Infrastructure Europa bei Nokia. Er leitet das Team, das Infrastruktur für die europäische Digitalwirtschaft bereitstellt, einschließlich geschäftskritischer IP-Kern- und -Zugangsnetze, optischer Netze und Festnetzzugänge für Kommunikationsdienstleister und Unternehmenskunden, auch im öffentlichen Sektor. Zuvor leitete er die europäische Enterprise Division von Nokia. Vor Nokia war er strategischer Analyst bei Dassault Electronique (Thales) und hatte leitende Funktionen bei Alcatel und Alcatel-Lucent inne. Matthieu ist Absolvent der ENSEEIHT in Toulouse und hat einen Master-Abschluss der HEC in Paris.

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