Ein jahrtausendealtes Problem könnte endgültig gelöst sein: Seit Menschen Botschaften verschicken, versucht man, diese Botschaften geheim zu halten. Unzählige Verschlüsselungsmethoden wurden entwickelt – und unzählige Techniken, diese Verschlüsselungen zu knacken. Dieser alte Wettlauf zwischen Codieren und Codeknacken dürfte nun allerdings durch die Quantenphysik entschieden werden: Sie erlaubt Verschlüsselungsmethoden, die ganz prinzipiell nicht geknackt werden können. Die Grundgesetze der Natur verbieten es.

Dieses Konzept ist als „Quantenkryptographie“ seit Jahrzehnten bekannt. Die Grundideen stehen längst in allen Quanten-Lehrbüchern. Doch bei näherer Betrachtung ist die Sache doch etwas komplizierter: Kein Quantensystem ist perfekt, man muss sorgfältig untersuchen, ob sich dadurch Schwachstellen ergeben und wie man damit umgehen kann. Daher wurde das neue Forschungsprojekt „Numerical Security Proof Toolkit for Quantum Key Distribution“ gestartet, das nun in den nächsten zweieinhalb Jahren in Wien und Innsbruck die Quantenkryptographie bereit für den Einsatz in der industriellen Praxis machen soll.

Quantum Key Distribution (QKD)

„In Quantum Key Distribution nützt man die Gesetze der Quantenphysik, um an zwei unterschiedlichen Orten gleichzeitig dieselben Folgen von Zufallszahlen zu erzeugen. Diese Zahlencode kann anschließend zur Verschlüsselung verwendet werden“, erklärt die Quantenphysikerin Prof. Gláucia Murta vom Atominstitut der TU Wien. „Wenn eine dritte Person versucht, den Zahlencode abzuhören, muss sie in das Experiment eingreifen, und das ist nach den Regeln der Quantentheorie nicht möglich, ohne das Ergebnis zu verändern. Das lässt sich nachweisen – so kann man in Erfolgsfall garantieren, dass niemand an den geheimen Code gelangt ist.“

„Es gibt mathematische Beweise für die Sicherheit von Quantum-Key-Distribution-Systemen, sie gehen allerdings von perfekten Quanten-Geräten aus, und das ist von der Realität weit entfernt“, sagt Dr. Max Riegler, Projektleiter bei der Firma qtlabs. „Das hat auch immer wieder zu Kritik geführt. Wir wollen nun die Imperfektionen heutiger Geräte korrekt berücksichtigen und Wege finden, trotzdem absolute Sicherheit in der Datenübertragung garantieren zu können.“

Theorie, Experiment, Recht und Ethik

Dafür sind theoretische Arbeiten genauso nötig wie technische Verbesserungen. Auch rechtliche und ethische Aspekte werden in dem Forschungsprojekt untersucht. Das Team der Universität Innsbruck unter der Leitung von Prof. Dr. Matthias C. Kettemann erforscht, wie Standards und Regelungen entwickelt werden können, um Fairness zu gewährleisten und digitale Ungleichheiten zu verringern. „Es ist entscheidend, dass die Fortschritte in der Quantenverschlüsselung allen zugute kommen“, betont Prof. Kettemann. Das Innsbrucker Team analysiert auch, wie internationale und europäische Normen für kritische Infrastrukturen mit den Zertifizierungsstandards, die das Toolkit festlegen wird, übereinstimmen.

Am Ende des Projekts will das Team einen Software-Toolkit erstellen, der Unternehmen und Institutionen bei der Bewertung und Zertifizierung von Quanten-Kryptographie-Systeme unterstützt. Die Initiative soll einen wichtigen Schritt darstellen, um QKD zu einem integralen Bestandteil moderner Cybersicherheitslösungen zu machen und sicherzustellen, dass Europa auch im Quantenzeitalter wettbewerbsfähig bleibt.

Rückfragehinweis:

Prof. Gláucia Murta
Atominstitut
Technische Universität Wien
+43 1 58801 141833
glaucia.murta@tuwien.ac.at

Text: Florian Aigner