Die Bundesdruckerei hat im Forschungsprojekt „Quantensichere VPN-Module und -Operationsmodi” – kurz QuaSiModO – eine Lösung für quantensichere Schlüsseleinigung entwickelt. Im Rahmen des Projekts QuaSiModO wurden quantenresistente Schlüsselaustauschverfahren für IPsec und MACsec entwickelt, die in VPN-Standards integriert werden können.  
Die Ergebnisse des Forschungsprojekts finden in einem Produkt der Bundesdruckerei-Tochter genua GmbH Anwendung: genuscreen 8.4 ist eine Firewall- und VPN-Appliance, die einen hybriden Schlüsselaustauschmechanismus integriert, der klassische und quantenresistente Verfahren kombiniert. Sie wurde vom BSI für die Kommunikation mit sensiblen Daten bis zum Geheimhaltungsgrad VS-NfD zugelassen.  

Die Bundesdruckerei-Tochter genua hat gemeinsam mit der TU Darmstadt das hashbasierte Signaturverfahren XMSS entwickelt. Dieses Verfahren kommt bereits bei den Software-Updates von genua zum Einsatz. Dadurch wird die Echtheit der Updates sichergestellt, denn jegliche Manipulation lässt sich sofort erkennen. Mittlerweile wurde XMSS auch von anderen Standardisierungsorganisationen übernommen, wie z. B. ISO/IEC oder dem amerikanischen NIST.  

Die D-Trust GmbH, ein Teil der Bundesdruckerei-Gruppe, entwickelte im Projekt FLOQI gemeinsam mit ihren Partnern eine neue Generation der Public Key Infrastructure (PKI), die Angriffen durch Quantencomputer widerstehen soll. Dabei geht es darum, die Kryptoagilität von Systemen oder Produktionsanlagen mit hohen Lebenszeiten zu erhöhen – Verschlüsselungsalgorithmen also agil zu gestalten. Das bedeutet, dass sie schnell und während des Betriebs integrier- oder austauschbar sind. 

Die Bundesdruckerei-Gruppe entwickelt eine Vielzahl hybrider Konzepte, die klassische Verfahren mit quantensicheren Algorithmen kombiniert. Diese Lösungen werden aktuell als Prototypen und Demonstratoren getestet – etwa für digitale Identitäten, Public Key Infrastructures für die Verwaltung (siehe Abschnitt Public Key Infrastructure) oder quantensichere Kommunikationsinfrastrukturen.

Ein Beispiel dafür ist das PoQuID-Projekt2. In Zusammenarbeit mit Infineon entstand der erste Demonstrator für einen quantensicheren elektronischen Reisepass. Er schützt biometrische Daten beim kontaktlosen Austausch zwischen elektronischem Pass und Grenzkontrollterminal. Gemeinsam mit Giesecke+Devrient entwickelte die Bundesdruckerei zudem einen Demonstrator für einen quantensicheren Personalausweis. Es handelt sich dabei um eine der weltweit ersten funktionalen Umsetzungen eines Personalausweises mit klassischer Kryptografie und Post-Quantum-Kryptografie.  

Im Testbetrieb befindet sich aktuell der Prototyp einer quantensicheren PKI für Behörden. Im Fokus steht dabei die Frage, welche Kombination von hybriden und nicht hybriden Mechanismen sich für Zertifikate am besten eignet und wie eine entsprechende Migration gelingen kann. Die Testinfrastruktur wird von verschiedenen Partnern – wie den Mitgliedern der Bundesquantenallianz – bereits genutzt.

D-Trust hat mit Partnern im Rahmen des FLOQI-Projekts4 (Full-Lifecycle-Post-Quantum-PKI) zudem eine neue Art der PKI entwickelt, die resistent gegen Angriffe von Quantencomputern ist. 

Gemeinsam mit dem Fraunhofer HHI und der Telekom demonstrierte die Bundesdruckerei, wie QKD im realen Einsatz funktioniert. Über ein 125 Kilometer langes Berliner Glasfasernetzwerk5 konnten sensible Daten – in diesem Fall Ausweisdaten – sicher ausgetauscht werden.  

Zusammen mit Forschenden der University of Waterloo6 analysierte die Bundesdruckerei ebenfalls bestehende QKD-Protokolle und deren mathematische Sicherheitsbeweise. Ziel war es dabei, Lücken aufzudecken und Grundlagen für eine spätere Zertifizierung von Protokollen und Geräten zu schaffen.  

Mit einer Reihe von Forschungsprojekten trägt die Bundesdruckerei-Gruppe aktiv dazu bei, Forschungsergebnisse in praxistaugliche Anwendungen zu überführen. 

Die im Forschungsprojekt PlanQK entstandene Plattform führte Quanten-Know-how zusammen und erleichterte den Zugang zu quantengestützten KI-Anwendungen. Anwendende erhielten neben fachlicher Unterstützung auch Zugang zu Quantenrechnerkapazitäten und speziellen Algorithmen.  

Das Projekt Qu-Gov erforschte und testete Quantentechnologien in Hinblick auf Anwendungen im Behördenumfeld. Die dabei erarbeiteten und evaluierten Proofs of Concept beziehungsweise Proofs of Value befassten sich mit Themen wie Quantensicherheit und quantenbezogener Datensouveränität.  

Im Forschungsprojekt AMiQuaSy untersucht genua mit weiteren Partnern, wie die Sicherheitsverfahren heutiger IT-Systeme bei Quantencomputer-Angriffen schnell angepasst werden können. Die Migration auf quantenresistente Verfahren und Mechanismen wird dabei im Kontext der sicheren Software-Entwicklung betrachtet. Untersuchungsgegenstand ist eine quantensichere Entwicklungsplattform für die Code-Arbeit und Software-Auslieferung.