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Security-Insider Podcast – Folge 122 Abhörsicher dank Quanten­verschlüsselung

Von Peter Schmitz und Melanie Staudacher 5 min Lesedauer

Wie nah ist der Q-Day wirklich und welche Verschlüsselung schützt davor? Im Podcast erklären Expertinnen und Experten den Unterschied zwischen PQC und QKD und erläutern aktuelle Forschungsprojekte sowie Fördermöglichkeiten.

Warum können Quantencomputer künftig heutige Verschlüsselungen brechen und welche Rolle PQC und QKD als Schutzmaßnahmen spielen, erfahren Sie in dieser Folge des Security-Insider Podcasts.(Bild: Vogel IT-Medien)
Warum können Quantencomputer künftig heutige Verschlüsselungen brechen und welche Rolle PQC und QKD als Schutzmaßnahmen spielen, erfahren Sie in dieser Folge des Security-Insider Podcasts.
(Bild: Vogel IT-Medien)

Die Zeit der Quantencomputer naht. Und mit ihr auch die Gefahr, dass die neuen Super­computer unsere bisherigen Verschlüsselungen aufbrechen können. Dies würde alle Daten gefährden, da künftig auch Cyberkriminelle Quantencomputer für ihre Angriffe nutzen können. Noch schlimmer ist, dass sind nicht nur Daten, die in Zukunft übertragen werden, betroffen sind, sondern auch alle heute schon verschlüsselten Daten, die Angreifer bereits jetzt sammeln, um sie später zu entschlüsseln. Um Diebstahl zu verhindern, Kommunikation abhörsicher zu machen und Daten quantensicher zu verschlüsseln, gibt es zwei Möglichkeiten: Post-Quantum Cryptography (PQC) und Quantum Key Distribution (QKD).

In der aktuellen Folge des Security-Insider Podcasts erklärt Ulrike Ostler, Chefredakteurin von Datacenter-Insider, wie nah wir am sogenannten „Q-Day“ sind und warum Unternehmen jetzt handeln müssen. Mira Stephan vom Fraunhofer-Institut erläutert den Unterschied zwischen PQC und QKD und stellt ihr Forschungsprojekt MiQuE vor, das Quantenschlüsselverteilung durch kompakte Geräte alltagstauglich machen soll. Und zum Abschluss zeigt Moritz Volkmann vom NKCS, wie Unternehmen europäische Fördermittel für Projekte zur Quanten­ver­schlüs­se­lung erhalten können. Viel Spaß beim Zuhören!

Im Gespräch mit...

Ulrike Ostler ist seit 2006 Chefredakteurin von DataCenter-Insider. Sie ist Expertin für alle Themen rund um Rechenzentren und Quantencomputing. Vor journalistischen Stationen bei „Silicon.de“, der „Computer Zeitung“, bei „eBusiness“ der „Computerwoche“ hat sie an der Westfälischen Wilhelms Universität Philosophie und Geschichte studiert und eine Ausbildung zum Betriebswirt für Kommunikations- und IT-Technik gemacht.

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Mira Stephan ist Doktorandin am Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme und promoviert dort auf dem Gebiet der Quantenschlüsselverteilung. Ihr Forschungsschwerpunkt liegt auf Pointing-, Acquisition- und Tracking-Methoden (PAT). Parallel absolviert sie ihr Promotionsstudium in Physik an der LMU München.

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Moritz Volkmann ist Referent beim NKCS, dem Nationalen Koordinierungszentrum für Cybersicherheit Deutschland, beim BSI. Davor war Volkmann von 2021 bis 2025 als Wissenschaftlicher Mitarbeiter im Bereich Smart Grid Security am FTZ CyberSec der Hochschule für angewandte Wissenschaften Hamburg tätig und hat parallel seinen M.Sc. in Wirtschaftsingenieurwesen mit IT-Schwerpunkt an der Universität Hamburg absolviert.

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Klassische Computer und Quantencomputer unterscheiden sich fundamental in ihrer Funktionsweise, ihrem Entwicklungsstand und ihren Einsatzmöglichkeiten. Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die wichtigsten Merkmale beider Technologien im direkten Vergleich:

Merkmal Klassischer Computer Quantencomputer
Prinzip Verarbeitung von Informationen auf Basis binärer Zustände (0 oder 1) mittels klassischer Logikgatter Verarbeitung von Informationen auf Basis quantenmechanischer Zustände (Superposition, Verschränkung) mittels Qubits
Rechenleistung/Parallelität Sequenzielle bzw. parallele Verarbeitung über mehrere Prozessorkerne, jedoch begrenzt durch klassische Architektur Exponentielles Wachstum der Zustandsräume durch Superposition und Verschränkung, dadurch potenziell massive Parallelverarbeitung bei bestimmten Problemklassen
Fehleranfälligkeit Sehr stabil, ausgereifte Fehlerkorrekturmechanismen (ECC, Paritätsprüfung) Hohe Fehleranfälligkeit durch Dekohärenz; aufwändige Quantenfehlerkorrektur notwendig, noch nicht vollständig gelöst
Hardware & Umgebung Funktioniert bei Raumtemperatur, basiert auf Halbleitertechnologie (Transistoren) Benötigt häufig extreme Kühlung, sensible Isolierung gegenüber Umwelteinflüssen
Reifegrad Ausgereift, seit Jahrzehnten im breiten kommerziellen und privaten Einsatz Frühes Entwicklungsstadium, erste Prototypen und Cloud-Zugänge vorhanden, keine breite Marktreife
Einsatzszenarien Universell einsetzbar: Büroanwendungen, Internet, Datenverarbeitung, Steuerungssysteme, KI-Training Spezialisierte Anwendungen: Optimierungsprobleme, Simulation von Molekülen/Materialien, Kryptoanalyse, maschinelles Lernen (in Zukunft)
Vorteile Zuverlässig, kosteneffizient, breit verfügbar, ausgereiftes Software-Ökosystem Enormes Potenzial zur Lösung komplexer Probleme, die für klassische Computer praktisch unlösbar sind
Einschränkungen Grenzen bei bestimmten hochkomplexen Berechnungen (z. B. Faktorisierung großer Zahlen, komplexe Simulationen) Hohe Kosten, technische Komplexität, begrenzte Qubit-Anzahl und Kohärenzzeit, fehlende Standardisierung

Post-Quantum Cryptography und Quantum Key Distribution verfolgen beide das Ziel, Daten vor der Bedrohung durch Quantencomputer zu schützen, unterscheiden sich dabei jedoch grundlegend in ihrem Ansatz, ihrer technischen Umsetzung und ihrem Reifegrad. Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die wichtigsten Merkmale beider Verfahren:

Merkmal Post-Quantum Cryptography (PQC) Quantum Key Distribution (QKD)
Prinzip Klassische kryptografische Verfahren, die auf mathematischen Problemen basieren, die auch für Quantencomputer als schwer lösbar gelten (z. B. gitterbasierte Verfahren) Schlüsselaustausch auf Basis quantenmechanischer Prinzipien (u. a. Überlagerung, No-Cloning-Theorem), wodurch jeder Abhörversuch detektierbar wird
Hardwareanforderungen Keine spezielle Hardware erforderlich; Implementierung auf bestehender klassischer IT-Infrastruktur möglich Spezialisierte Quantenhardware notwendig (Photonenquellen, -detektoren, dedizierte Quantenkanäle)
Ziel Ablösung bzw. Ergänzung klassischer Public-Key-Verfahren, um Sicherheit gegenüber Quantenangriffen zu gewährleisten Sichere Etablierung eines symmetrischen Schlüssels zwischen zwei Parteien mit informationstheoretischer Sicherheitsgarantie
Schlüsselerzeugung/-verteilung Schlüssel- und Signaturerzeugung erfolgt algorithmisch; Verteilung über bestehende digitale Netzwerke (Internet, TLS etc.) Schlüsselverteilung erfolgt über physische Quantenkanäle (Glasfaser oder Freiraum); benötigt zusätzlich einen authentifizierten klassischen Kanal
Reifegrad Fortgeschrittener Entwicklungsstand; erste Standards durch NIST verabschiedet, Integration in bestehende Systeme läuft an Technologisch erprobt, jedoch bislang primär in Pilotprojekten und Speziallösungen im Einsatz; noch keine breite Marktreife
Einsatzszenarien Breite Anwendbarkeit: TLS/SSL, VPNs, E-Mail-Verschlüsselung, digitale Signaturen, Software-Updates Hochsicherheitsanwendungen mit punktueller Verbindung: Behörden, Finanzsektor, kritische Infrastrukturen
Vorteile Kosteneffizient, kompatibel mit bestehender Infrastruktur, keine physikalischen Distanzbeschränkungen Bietet nachweisbare Sicherheit auf Basis physikalischer Gesetze, unabhängig von der Rechenleistung eines Angreifers
Einschränkungen Sicherheit basiert auf bislang ungebrochenen mathematischen Annahmen; zukünftige kryptoanalytische Fortschritte könnten Schwachstellen offenlegen Hoher Investitions- und Wartungsaufwand, begrenzte Übertragungsreichweite, Abhängigkeit von der Absicherung des klassischen Authentifizierungskanals

Weiterführende Links zum Podcast-Thema

Mehr Infos bei uns auf Security-Insider:

Externe Infos zum Podcast:

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