Mit Quantenphysik zur Datensicherheit

11.03.2014

Mit Quantenphysik zur Datensicherheit

Darmstädter Wissenschaftler wollen Quantenkryptografie perfektionieren

Physiker wundern sich kaum über die aktuelle Nachricht, dass der US-Geheimdienst NSA einen Quantencomputer entwickele. Ein solcher Rechner könnte die heute gängigen Verschlüsselungen im Nu knacken.

Prof. Thomas Walter und Doktorandin Sabine Euler. Bild: Katrin Binner
Professor Thomas Walther und Sabine Euler arbeiten an der Optimierung von Lichtquellen für eine sichere Kommunikation. Bild: Katrin Binner

„Früher oder später wird der Quantencomputer kommen“, zeigt sich Professor Thomas Walther vom Institut für Angewandte Physik der Technischen Universität Darmstadt überzeugt. Der Quantenphysiker bleibt trotzdem gelassen. Denn er kennt ein Gegenmittel: die so genannte Quantenkryptographie.

Sie benutzt ebenso die bizarren Regeln der Quantenphysik. Aber nicht, um Nachrichten im Rekordtempo zu entschlüsseln. Sondern umgekehrt, um sie auf eine Weise zu verschlüsseln, die auch ein Quantencomputer nicht knacken kann. Dazu ist der Austausch eines „Schlüssels“ nach den Gesetzen der Quantenmechanik zwischen den Kommunikationspartnern erforderlich, der dann dazu dient, die Nachricht zu verschlüsseln.

Weltweit perfektionieren Physiker die Quantenkryptografie, um sie tauglich für besonders sicherheitssensible Anwendungen zu machen, etwa für Banktransaktionen oder für abhörsichere Kommunikation. Walthers Doktorandin Sabine Euler gehört zu ihnen.

Schon in den 1980er Jahren überlegten sich die Physiker Charles Bennet und Gilles Brassard ein Verfahren, wie „Schlüssel“ mit Hilfe der Quantenphysik abhörsicher übermittelt werden können. Dabei kommt eine Art Morsecode zum Einsatz, der aus einer Abfolge von Lichtsignalen aus einzelnen Lichtteilchen (Photonen) besteht. Die Information steckt dabei in der unterschiedlichen Polarisation von aufeinanderfolgenden Photonen.

Die Abhörsicherheit resultiert aus der Quantennatur der Photonen. Jeder Lauschangriff wird zwangsläufig enttarnt, weil der Lauscher nicht ohne Messungen an den Photonen auskommt, diese aber in jedem Fall bemerkt werden.

Hacker, auf Quantenkryptographie spezialisiert

„Soweit die Theorie“, sagt Walther. In der Praxis gebe es dennoch Möglichkeiten, unbemerkt zu lauschen. Dies hätten auf Quantenkryptographie spezialisierte Hacker anhand der auf dem Markt schon verfügbaren Systeme gezeigt. „Kommerzielle Systeme geben bislang immer ein wenig der Sicherheit auf“, sagt Walther. Um das Protokoll von Bennet und Brassard zu verwirklichen, braucht man beispielsweise Lichtquellen, die so fein steuerbar sind, dass sie einzelne Photonen nacheinander aussenden.

Meist dient ein Laser als Lichtquelle, der so weit abgeschwächt wird, bis er einzelne Photonen aussendet. „Dabei können aber auch mal zwei Photonen gleichzeitig herauskommen, was einem potenziellen Lauscher helfen könnte, unbemerkt zu bleiben“, sagt Walther. Denn er kann das zweite Photon abfangen und das erste weitersenden.

Sicherheitslücken in Quantenkryptographie-Systemen, Kreativität und die Antwort auf codeknackende Quantencomputer – lesen Sie den ganzen Artikel in der neuen hoch³ FORSCHEN [zur hoch³ FORSCHEN 1 / 2014]

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