Mobile-Menu

Cybersicherheit im Quantenzeitalter Post-Quantum-Kryptografie: Der Wettlauf gegen die Zeit

Ein Gastbeitrag von Tommaso Gagliardoni 5 min Lesedauer

Anbieter zum Thema

Kudelski Security
Fsas Technologies GmbH
SEPPmail - Deutschland GmbH
FTAPI Software GmbH

Die rasche Entwicklung von Quantencomputern bedroht etablierte Verschlüsselungsverfahren. Experten warnen: Sensible Daten könnten in Zukunft möglicherweise entschlüsselt werden. Daher ist die Umstellung auf quantenresistente Kryptografie unausweichlich – und überaus komplex. Unternehmen müssen jetzt handeln, um ihre digitale Infrastruktur zu schützen und sich auf eine neue Ära der Cybersicherheit vorzubereiten.

Die Umstellung auf quantenresistente Kryptografie ist nicht nur eine technische Herausforderung, sondern bedarf der engen Zusammenarbeit von Unternehmen, Forschungseinrichtungen, Standardisierungsgremien und politischen Entscheidungsträgern.(Bild: David - stock.adobe.com)
Die Umstellung auf quantenresistente Kryptografie ist nicht nur eine technische Herausforderung, sondern bedarf der engen Zusammenarbeit von Unternehmen, Forschungseinrichtungen, Standardisierungsgremien und politischen Entscheidungsträgern.
(Bild: David - stock.adobe.com)

Die Quantentechnologie schreitet mit beeindruckendem Tempo voran und verspricht bahnbrechende Entwicklungen zum Beispiel in der Medizin, der Materialwissenschaft sowie im Finanzwesen. Doch gleichzeitig stellt die Technologie eine erhebliche Bedrohung für die IT-Sicherheit dar. Quantencomputer könnten bald in der Lage sein, Verschlüsselungsverfahren zu knacken, die bislang als sicher galten.

Besonders betroffen sind asymmetrische Verschlüsselungsverfahren wie RSA und elliptische Kurvensysteme, die zu den gängigen Methoden in der Verschlüsselung von E-Mails, der Sicherung von Internetverbindungen (HTTPS) und bei digitalen Signaturen zählen. Die Sicherheit dieser Verfahren beruht auf der Annahme, dass bestimmte mathematische Probleme, wie die Faktorisierung großer Zahlen oder die Berechnung diskreter Logarithmen, für klassische Computer unlösbar sind. Quantencomputer könnten diese Probleme jedoch in sehr kurzer Zeit lösen.

Das Ausmaß der Bedrohung

Die Gefahr, die von Quantencomputern ausgeht, wird häufig unterschätzt. Es geht nicht darum, dass Quantencomputer schneller rechnen können als herkömmliche Computer. Ihre Stärke liegt in ihrer Fähigkeit, bestimmte mathematische Probleme effizient zu lösen; manche dieser Probleme bilden wiederum die Grundlage vieler kryptografischer Systeme. Diese Fähigkeit beruht auf den Prinzipien der Quantenmechanik, insbesondere der Superposition und der Quantenverschränkung.

Die Entwicklung stellt eine erhebliche Bedrohung für die langfristige Sicherheit sensibler Informationen dar. Angreifer können bereits heute verschlüsselte Daten abfangen und speichern, um sie zu einem späteren Zeitpunkt zu entschlüsseln, wenn leistungsfähige Quantencomputer zur Verfügung stehen. Das Szenario, bekannt als „Store Now, Decrypt Later“, bildet eine reale Gefahr für Daten, die über Jahrzehnte hinweg geschützt bleiben müssen, wie etwa medizinische Aufzeichnungen, Industriegeheimnisse oder diplomatische Kommunikation.

Forschung und Entwicklung: Fortschritte bei quantenresistenter Kryptografie

Die Forschung im Bereich der quantenresistenten Kryptografie hat in den letzten Jahren einen erheblichen Aufschwung erlebt. Mehrere vielversprechende Ansätze werden intensiv erforscht und weiterentwickelt:

  • Gitterbasierte Kryptografie: Die Methode nutzt die Komplexität von Problemen in hochdimensionalen mathematischen Gittern. Algorithmen wie NTRU und CRYSTALS-Kyber sind führende Kandidaten für Post-Quantum-Verschlüsselung.
  • Multivariate Kryptografie: Der Ansatz basiert auf der Schwierigkeit, Systeme nichtlinearer Gleichungen zu lösen, und bietet insbesondere für digitale Signaturen interessante Möglichkeiten.
  • Hash-basierte Signaturen: Das Verfahren verwendet kryptografische Hashfunktionen für digitale Signaturen und gilt als besonders robust gegen Quantenangriffe.
  • Code-basierte Kryptografie: Die Methode setzt auf die Komplexität des Decodierens bestimmter Fehlerkorrekturcodes und bietet eine alternative Methode für Verschlüsselung und Schlüsselaustausch.
  • Isogenie-basierte Kryptografie: Der relativ neue, aber vielversprechende Ansatz macht sich die komplexen Strukturen elliptischer Kurven zunutze.

Alle diese Herangehensweisen wenden komplexe mathematische Strukturen an, die selbst für Quantencomputer schwer zu knacken sein sollen. Die Herausforderung besteht darin, Verfahren zu entwickeln, die sowohl sicher als auch praktisch einsetzbar sind. Ein entscheidender Meilenstein wurde kürzlich erreicht: Am 13. August 2024 veröffentlichte die US-Bundesbehörde National Institute of Standards and Technology (NIST) die ersten finalisierten Standards für Post-Quantum-Kryptografie. Sie markieren einen wichtigen Schritt, da sie der Industrie die nötige Sicherheit und Orientierung geben, um in die Implementierung quantenresistenter Verfahren zu investieren. Die NIST-Standards umfassen Algorithmen für verschiedene kryptografische Aufgaben, darunter Schlüsselaustausch und digitale Signaturen. Sie wurden nach einem mehrjährigen, intensiven Evaluierungsprozess ausgewählt, an dem Kryptografen und Sicherheitsexperten aus der ganzen Welt beteiligt waren.

Herausforderungen bei der Implementierung und Migration

Trotz aller Fortschritte stehen Unternehmen und Organisationen vor erheblichen Herausforderungen bei der Umstellung auf quantenresistente Kryptografie. Viele der neuen Post-Quantum-Algorithmen benötigen mehr Rechenleistung oder größere Schlüssellängen als klassische Verfahren. Das kann zu Performance-Einbußen führen und erfordert möglicherweise Anpassungen in der bestehenden Infrastruktur. Außerdem müssen die neuen Algorithmen umfassend getestet und analysiert werden, um potenzielle Schwachstellen zu identifizieren und auszuschließen.

Die Kryptografie-Community steht vor der Aufgabe, sicherzustellen, dass die neuen Verfahren robust sowohl gegenüber klassischen als auch quantenbasierten Angriffen sind. Zudem müssen kryptografische Protokolle für verschiedene Anwendungsfälle angepasst werden, einschließlich fortgeschrittener Protokolle wie sichere Mehrparteienberechnungen oder Zero-Knowledge-Beweise.

Manche Sicherheitsexperten befürworten vorübergehend den Einsatz hybrider Lösungen, die sowohl klassische als auch quantenresistente Verfahren kombinieren. Diese Hybridansätze sollen sicherstellen, dass Systeme sowohl gegen aktuelle als auch zukünftige Bedrohungen gewappnet sind. Die Implementierung solcher hybriden Systeme bringt jedoch eigene Herausforderungen mit sich, insbesondere in Bezug auf die Kompatibilität und die Verwaltung unterschiedlicher kryptografischer Primitive.

Dringender Handlungsbedarf für Unternehmen

Für Unternehmen ist es trotz aller Herausforderungen unerlässlich, sofort Maßnahmen zu ergreifen, um sich auf das Quantenzeitalter vorzubereiten. Ein systematischer Ansatz ist dabei entscheidend:

Jetzt Newsletter abonnieren

Täglich die wichtigsten Infos zur IT-Sicherheit

Mit Klick auf „Newsletter abonnieren“ erkläre ich mich mit der Verarbeitung und Nutzung meiner Daten gemäß Einwilligungserklärung (bitte aufklappen für Details) einverstanden und akzeptiere die Nutzungsbedingungen. Weitere Informationen finde ich in unserer Datenschutzerklärung. Die Einwilligungserklärung bezieht sich u. a. auf die Zusendung von redaktionellen Newslettern per E-Mail und auf den Datenabgleich zu Marketingzwecken mit ausgewählten Werbepartnern (z. B. LinkedIn, Google, Meta).

Aufklappen für Details zu Ihrer Einwilligung
  • Bestandsaufnahme: Eine gründliche Inventarisierung aller potenziell gefährdeter Systeme und Daten ist der erste Schritt. Unternehmen müssen genau wissen, wo in ihrer Infrastruktur kryptografische Verfahren eingesetzt werden und welche Daten langfristigen Schutz erfordern.
  • Risikobewertung: Basierend auf der Bestandsaufnahme sollte eine detaillierte Risikobewertung erfolgen, die die potenziellen Auswirkungen eines Quantenangriffs auf kritische Geschäftsprozesse und sensible Daten analysiert. Diese Analyse sollte auch regulatorische Anforderungen und mögliche Reputationsschäden berücksichtigen.
  • Entwicklung einer Migrationsstrategie: Auf Grundlage der Risikobewertung sollten Unternehmen einen umfassenden Plan für den schrittweisen Übergang zu quantenresistenten Verfahren entwickeln. Diese Strategie sollte klare Prioritäten setzen, Ressourcen zuweisen und realistische Zeitpläne festlegen.
  • Kompetenzaufbau: Parallel zur technischen Planung müssen Unternehmen in den Aufbau von Fachwissen investieren. Schulungen in Post-Quantum-Kryptografie und den damit verbundenen Technologien sind essenziell, um die Herausforderungen der Umstellung zu bewältigen.
  • Technologiebeobachtung: Eine kontinuierliche Beobachtung der technologischen Entwicklungen ist unverzichtbar. Unternehmen sollten Ressourcen bereitstellen, um die Fortschritte sowohl in der Quantencomputer-Technologie als auch bei quantenresistenten Verfahren zu verfolgen und ihre Strategien entsprechend anzupassen.
  • Kryptografische Agilität: Unternehmen sind gut beraten, auf kryptografische Agilität zu setzen und flexible Sicherheitsarchitekturen zu implementieren, die einen schnellen Wechsel zwischen verschiedenen Algorithmen ermöglichen. Dies erleichtert nicht nur den Übergang zu Post-Quantum-Verfahren, sondern macht Systeme auch widerstandsfähiger gegen zukünftige kryptografische Bedrohungen.
  • Zusammenarbeit und Austausch: Die Umstellung auf quantenresistente Kryptografie ist eine branchenübergreifende Herausforderung. Unternehmen suchen idealerweise aktiv den Austausch mit anderen Organisationen, Forschungseinrichtungen und Standardisierungsgremien, um von Erfahrungen zu profitieren und Best Practices zu entwickeln.

Gemeinsame Anstrengung für eine sichere Zukunft

Die Umstellung auf quantenresistente Kryptografie ist nicht nur eine technische Herausforderung, sondern eine Aufgabe von gesamtgesellschaftlicher Bedeutung. Es bedarf der engen Zusammenarbeit von Unternehmen, Forschungseinrichtungen, Standardisierungsgremien und politischen Entscheidungsträgern, um robuste und praxistaugliche Lösungen zu entwickeln und flächendeckend zu implementieren.

Über den Autor: Tommaso Gagliardoni ist Principal Cryptographer bei Kudelski Security.

(ID:50214132)

Weiterführende Inhalte