Definition Post-Quanten-Kryptographie | Post-Quantum Cryptography | PQC Was ist Post-Quanten-Kryptographie?

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Die Post-Quanten-Kryptographie ist ein Teilgebiet der Kryptographie und beschäftigt sich mit der Entwicklung und Standardisierung sicherer Verschlüsselungsverfahren, die auch unter Einsatz von Quantencomputern nicht zu brechen sind. Post-Quantum Cryptography basiert auf mathematischen Verfahren und nicht wie Quantenkryptographie auf Quantenphysik. PQC lässt sich auf klassischer Computerhardware implementieren.

Die englische Bezeichnung für Post-Quanten-Kryptographie lautet Post-Quantum Cryptography, abgekürzt PQC. Post-Quanten-Kryptographie wird auch als quantencomputerresistente Kryptographie bezeichnet. Sie ist ein Teilgebiet der Kryptographie und beschäftigt sich mit der Entwicklung sicherer kryptographischer Verfahren, die auch unter Einsatz von Quantencomputern nicht zu brechen sind. Post-Quanten-Kryptographie geht von der Annahme aus, dass in einigen Jahren leistungsfähige Quantencomputern verfügbar sein werden. Diese besitzen so hohe Rechenleistung, dass die heute im Computer- und Internetumfeld verwendeten asymmetrischen Kryptosysteme nicht mehr sicher sind.

Schon heute könnte beispielsweise per SSH, TLS, IPSec, S/MIME oder mit anderen Verfahren und asymmetrischen Schlüsseln verschlüsselter Datenverkehr mitgelesen, auf Vorrat gespeichert und mit zukünftig verfügbaren Quantenrechnern und Algorithmen wie dem Shor-Algorithmus entschlüsselt werden. Damit wären die mit heutigen Verfahren verschlüsselten Daten nicht mehr sicher und in einigen Jahren lesbar. Die Sicherheit aktueller symmetrischer Verschlüsselungsverfahren ist von Quantencomputern nicht so stark bedroht, wäre aber auch reduziert. Durch die Verwendung längerer Schlüssel für die symmetrische Verschlüsselung lässt sich dieses Sicherheitsdefizit ausgleichen. Post-Quanten-Kryptographie ist auf klassischer Computerhardware einsetzbar und basiert im Gegensatz zur Quantenkryptographie nicht auf der Quantenphysik, sondern nach wie vor auf mathematischen Verfahren. Es werden allerdings andere mathematische Verfahren als für die aktuell gängige klassische Kryptographie verwendet. Für die Post-Quantum Cryptography sind keine Quantencomputer notwendig.

Mittlerweile existieren verschiedene Initiativen der Standardisierung der quantencomputerresistenten Kryptographie. In diesem Umfeld ist beispielsweise das US-amerikanische National Institute of Standards and Technology (NIST) aktiv. Das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) empfiehlt, so früh wie möglich die verfügbaren quantencomputerresistenten Verfahren einzusetzen, um der Gefahr, dass verschlüsselte Daten bereits heute auf Vorrat gesammelt und zu einem späteren Zeitpunkt von Quantencomputern entschlüsselt werden, entgegenzuwirken.

Verfahren der Post-Quanten-Kryptographie

Zahlreiche verschiedene Verfahren und Algorithmen werden für die quantencomputersichere Kryptographie entwickelt, erforscht und standardisiert. Zu diesen Verfahren zählen:

• komplexe mehrdimensionale mathematische Gitter

• multivariante Polynome (zum Beispiel quadratische Gleichungssysteme mit mehreren Variablen)

• kollisionsresistente Hash-Funktionen

• Isogenien zwischen elliptischen Kurven

• symmetrische Verfahren mit langen Schlüsseln

Abgrenzung zur Quantenkryptographie

Während die Post-Quanten-Kryptographie sich darum bemüht, quantencomputersichere, auf heutiger Computerhardware einsetzbare Verfahren zu erforschen und zu standardisieren, beschäftigt sich die Quantenkryptographie mit Kryptographieverfahren, die auf quantenmechanischen Effekten und nicht auf mathematischen Algorithmen basieren. Quantenkryptographie nutzt die Gesetzmäßigkeiten der Quantenphysik und quantenmechanische Effekte wie Kohärenz und Verschränkung. Sie verwendet neue Hardware und Protokolle. Quantencomputer sind für die Quantenkryptographie allerdings nicht zwingend erforderlich. Ein bekanntes und bereits praktisch eingesetztes Verfahren der Quantenkryptographie ist der Quantenschlüsselaustausch (Quantum-Key-Distribution - QKD). Als Informationsträger kommen beim Quantenschlüsselaustausch Elementarteilchen wie in verschiedene Richtungen polarisierte und über einen Quantenkanal übertragene Photonen zum Einsatz. Das unbefugte Abhören ist sicher erkennbar, da das Belauschen aufgrund der Quanteneffekte die Daten beeinflusst. Die Quantenkryptographie gilt als sehr sicher und bietet eine Alternative zu nicht quantencomputersicheren Verfahren wie dem Diffie-Hellman-Schlüsselaustausch.

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