Sichere Quantenkommunikation für Kritische Identity Access Management Infrastrukturen – Quant-ID Forschungsbund will digitalen Identitäten sichern

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Fraunhofer-Institut fuer Photonische Mikrosysteme

Die Sicherheit digitaler Identitäten wird durch künftige Quantentechnologien bedroht; denn in den Händen von Angreifern werden Quantencomputer klassische Verschlüsselungsverfahren brechen können. Um solche Angriffe abzuwehren, forschen vier Partner in dem Projekt „Quant-ID“ an der Entwicklung von neuartigen Verfahren und Systemen, die auf Basis von Quantenzufallszahlen und Post-Quantum-Kryptographie die kryptographische Sicherheit auch langfristig garantieren.

Gerade hochsensible Bereiche, wie staatliche Einrichtungen, Banken, Krankenkassen und Versicherungen sollen durch die Ergebnisse im Projekt „Sichere Quantenkommunikation für Kritische Identity Access Management Infrastrukturen – Quant-ID“ den notwendigen Schutz erhalten. Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Projekt ist im September 2022 mit einer Laufzeit von drei Jahren an den Start gegangen.

Um eine größere Akzeptanz für die Digitalisierung von Dienstleistungen und Geschäftsprozessen in der Gesellschaft zu erreichen, müssen benutzerfreundliche, zuverlässige und die Privatsphäre schützende Verfahren etabliert werden. Im Projekt Quant-ID forschen deshalb die Quant-X Security & Coding GmbH, das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS, die MTG AG sowie die Universität Regensburg gemeinsam an verlässlichen digitalen Identitäten.

Die Verwendung von aktuell genutzten Netzwerkprotokollen soll hierbei den Übergang von klassischen Verschlüsselungsalgorithmen zu quantensicheren Verfahren erleichtern. Abweichend vom ursprünglichen physikalischen Begriff bezeichnet Quantensicherheit dabei hier den Schutz gegen Angriffe durch Quantencomputer.

Definition der Ziele

Alexander Noack, Gruppenleiter am Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS, erläutert:„Unser Ziel ist die Entwicklung einer quantensicheren Autorisierung von Nutzern in einer IAM-Architektur (Identity Access Management) unter Zuhilfenahme von Quantenzufallszahlen und Post-Quanten-Kryptographie.“

Unter Post-Quanten-Kryptographie (PQC für englisch Post Quantum Cryptography) werden kryptographische Algorithmen verstanden, die zwar auf klassischer Hardware verwendet werden, welche jedoch Sicherheit gegenüber Angriffen mit Quantencomputern versprechen. Die für diese Verfahren notwendigen echten Zufallszahlen sollen im Projekt zur Steigerung der Sicherheit durch einen Quantum-Random-Number-Generator (QRNG) erzeugt werden. „Zusätzlich wollen wir auch die Netzwerkkommunikation, Signaturen und Datenbankverschlüsselung durch Post-Quanten-Kryptographie absichern“, so Noack.

Ein weiteres Ziel des Gemeinschaftsprojekts ist die Entwicklung eines quantensicheren 'Single-Sign-On'-Ansatzes, der den Zugriff auf verschiedene Dienste mit einer einzigen zentralen Anmeldung ermöglicht. Zum Projektende werden die digitalen Identitäten und die quantensichere Autorisierung in einem Demonstrator in einer realistischen Anwendung über bestehende Netzwerkprotokolle erprobt.

Know how inDeutschland

Dabei werden die Fähigkeiten des entwickelten Systems mit klassischen Verfahren verglichen. Die Ergebnisse der Teilprojekte werden auch modular anwendbar sein. Dies bietet Netzwerkadministratoren und Systemverantwortlichen die Möglichkeit, entweder das gesamte System oder nur Teilaspekte zu integrieren.

Durch die Konzeptentwicklung in Deutschland wird die Souveränität mit Blick auf die Sicherheit nationaler informationstechnischer Systeme gestärkt. Vor diesem Hintergrund ergibt sich ein besonders hohes Marktpotenzial der Projektlösung in hochsensiblen Bereichen und kritischen Infrastrukturen. Gerade diese Marktteilnehmer sind darauf angewiesen, hohe Sicherheitsstandards zu erfüllen, da sie vielfach immer komplexer werdenden Angriffsstrukturen ausgesetzt sind. Um die Verwertung des Quantenzufallsgenerators zu unterstützen, wird zudem eine Zertifizierung durch das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) angestrebt.

Motivation des Konsortiums ist es, ein interdisziplinäres Projektteam aufzubauen, Partnerschaften in Deutschland für Gesamtlösungen zu etablieren und Absicherungstechnologien gegen Angriffe mit Quantencomputern jedermann zugänglich zu machen. „Mit diesem Projekt wollen wir die Grundlage für interdisziplinäre Kooperationen zur effizienten Realisierung von Quantensicherheit in Deutschland schaffen“, so der Gruppenleiter des Fraunhofer IPMS Noack. Die daraus entstehende quantensichere Version von „OpenID Connect“ soll der Allgemeinheit für geringe Kosten als Open-Source-Bibliothek zugänglich gemacht werden.

Die Einordnung

Somit schaffe Quant-ID die Grundlage für einen hochsicheren Schutz in kritischen Infrastrukturen in einer End-to-End-Lösung in Deutschland. Durch den Use Case „Quantensichere eID“ werde das Sicherheitsniveau gegen Cyber-Angriffe für alle ansässigen Unternehmen und staatlichen Einrichtungen erhöht.

„Das Projekt verfolgt über diesen Weg den Ansatz, die ethischen, gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Werte Deutschlands früh genug vor fremden staatlichen und kriminellen Angriffen zu schützen“, so Noack. Die internationale Positionierung als deutsches Konsortium in einer neu zu schaffenden öffentlichen OpenID-Working-Group mit dem Ziel der Definition von „OpenID-Quantum“ garantiert außerdem den parallelen Anschluss an internationale Standardisierungsvorhaben.

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