Definition Quantenkryptographie Was ist Quantenkryptographie?

Anbieter zum Thema

Fujitsu Technology Solutions GmbH

SEPPmail - Deutschland GmbH

FTAPI Software GmbH

Die Quantenkryptographie macht sich quantenmechanische Effekt zunutze, um Informationen sicher zu verschlüsseln. Im Gegensatz zu den bisherigen kryptographischen Verfahren bilden nicht mathematische Annahmen und Algorithmen, sondern physikalische Effekte die Basis zur Verschlüsselung von Daten. Die Quantenkryptographie gilt als sehr sicher. Ein bekanntes Beispiel für Quantenkryptographie ist der Quantenschlüsselaustausch, der bereits praktisch einsetzbar ist.

Die Quantenkryptographie setzt kryptographische Verfahren ein, die auf quantenmechanischen Effekten basieren. Im Gegensatz zu den bisherigen klassischen Kryptographieverfahren basiert die Quantenkryptographie nicht auf Mathematik, sondern auf quantenphysikalischen Eigenschaften und Effekten wie Kohärenz und Verschränkung. Das unbefugte Abhören von über einen Quantenkanal übertragenen Daten lässt sich erkennen, da das Belauschen aufgrund von Quanteneffekten die Daten beeinflusst. Die Quantenkryptographie gilt als sehr sicher und erfordert nicht zwingend den Einsatz von Quantencomputern. Schon heute lassen sich quantenkryptographische Verfahren wie der Quantenschlüsselaustausch praktisch einsetzen. Als Informationsträger sind beispielsweise Elementarteilchen wie polarisierte Photonen nutzbar. Der Quantenschlüsselaustausch bietet eine sichere, durch die enorme Rechenleistung von Quantencomputern nicht gefährdete Alternative zu heutigen Verfahren wie dem Diffie-Hellman-Schlüsselaustausch.

Quantenmechanische Effekte als Basis der Quantenkryptographie

Die in den 1920er-Jahren entwickelte physikalische Theorie der Quantenmechanik bildet die Basis für die Quantenkryptographie. Maßgeblichen Anteil an der Entwicklung der Quantentheorie hatten Wissenschaftler wie Heisenberg, Born, Dirac oder Schrödinger. Ein Grundsatz der Quantenmechanik besagt, dass es nicht möglich ist, den Status eines Elementarteilchens zu messen, ohne diesen zu beeinflussen. Zudem können die Zustände zweier Teilchen über größere Entfernungen miteinander verschränkt sein. Ändert sich der Zustand eines Teilchens, hat das Einfluss auf das verschränkte Teilchen. Den quantenmechanischen Effekten unterworfene Elementarteilchen sind beispielsweise Photonen oder Elektronen. Werden die quantenmechanischen Eigenschaften solcher Teilchen als Informationsträger für kryptographische Verfahren verwendet, ist es physikalisch unmöglich, Daten unbemerkt abzuhören, da das Belauschen die übertragenen Informationen verändert.

Sicherer Schlüsselaustausch mit quantenkryptographischen Verfahren

Ein bekanntes und bereits praktisch eingesetztes Verfahren der Quantenkryptographie ist der Quantenschlüsselaustausch (Quantum Key Distribution - QKD). Mit QKD können zwei Kommunikationspartner einen gemeinsamen Schlüssel für die symmetrische Verschlüsselung von Daten vereinbaren. Der Quantenschlüsselaustausch ist eine sichere Alternative zum heute häufig verwendeten Diffie-Hellman-Schlüsselaustausch. Für den Schlüsselaustausch werden polarisierte Photonen verwendet, deren Eigenschaften sich durch das Belauschen der Kommunikation verändern. Ein kompromittierter Schlüssel wird zuverlässig entdeckt und kann ausgetauscht werden. Die Sicherheit des Schlüsselaustauschs basiert nicht auf mathematischen Annahmen und der Rechenleistung von Computern, sondern auf physikalischen Gesetzen. Der Quantenschlüsselaustausch wurde bereits praktisch über Glasfaserverbindungen oder über die Luftschnittstelle eingesetzt. Die überbrückbaren Distanzen sind jedoch begrenzt.

Abgrenzung zwischen Quantenkryptographie und Post-Quanten-Kryptographie

Während die Quantenkryptographie sich mit dem Einsatz quantenmechanischer Effekte für kryptographische Verfahren beschäftigt, befasst sich die Post-Quanten-Kryptographie mit der Entwicklung von sicheren Kryptographieverfahren, die sich durch Quantencomputer nicht brechen lassen. Die Post-Quanten-Kryptographie geht von der Annahme aus, dass praktisch einsetzbare Quantencomputer in einigen Jahren verfügbar sein werden und die heute verwendeten asymmetrischen Kryptographieverfahren aufgrund der hohen Rechenleistung der Quantencomputern nicht mehr sicher sind. Daher sollen schon heute Verschlüsselungsverfahren entwickelt und auf klassischer Hardware implementiert werden, die im Zeitalter der Quantencomputer noch sicher sind. Verfahren der Post-Quanten-Kryptographie basieren beispielsweise auf Algorithmen quadratischer Gleichungssysteme mit mehreren Variablen, auf komplexen mehrdimensionalen Gittern, Isogenien zwischen elliptischen Kurven oder kollisionsresistenten Hash-Funktionen.

(ID:48257432)