Bundesdruckerei und kanadische Forschende schaffen weitere Grundlagen für sichere Quantenkommunikation
In einer von der Bundesdruckerei initiierten Zusammenarbeit mit einer Forschungsgruppe der University of Waterloo, Kanada, ist ein wichtiger Schritt zur hochsicheren Kommunikation im Quantenzeitalter gemacht worden: Die erstellte Studie leistet grundlegende Forschung für die Zertifizierung von Protokollen und Geräten zum Quantenschlüsselaustausch (Quantum Key Distribution, QKD).
Analyse von QKD-Protokollvarianten, Beweistechniken und bestehenden Inkonsistenzen
QKD ermöglicht Nutzern den sicheren Austausch von kryptographischen Schlüsseln zur Absicherung kritischer Kommunikation durch die Ausnutzung von Eigenschaften der Quantenmechanik. Da Abhörversuche die zum Schlüsselaustausch übermittelten Quantenzustände stören, können sie erkannt und die Kommunikation unterbrochen werden. Die Sicherheitsgarantien der verwendeten Methoden speisen sich dabei aus den ihnen zugrundeliegenden mathematischen Beweisen.
An dieser Stelle setzt die Studie der Forschungsgruppe unter der Leitung von Prof. Dr. Norbert Lütkenhaus an, die im Rahmen des inzwischen abgeschlossenen Qu-Gov-Projekts initiiert, finanziert und durch Inhouse-Kompetenz der Bundesdruckerei in den Fachgebieten Mathematik, Kryptographie und Quanteninformationstheorie gewinnbringend begleitet wurde. Beauftragt vom Bundesministerium der Finanzen BMF wurde das Qu-Gov-Projekt von der Bundesdruckerei GmbH koordiniert und geleitet.
Die Forschenden um Lütkenhaus untersuchten für ihre Studie die gängigsten QKD-Protokollvarianten und analysierten die in der Forschungsliteratur vorzufindenden mathematischen Sicherheitsbeweise. Dabei konnten sie Lücken und Fehler identifizieren, sowie notwendige Schritte für eine geschlossene, streng mathematische und zugängliche Beweisführung aufzeigen, die im nächsten Projektabschnitt vollzogen werden.
Potenzial für sichere Quantenkryptographie
Die Studie hebt die Notwendigkeit eines nachvollziehbaren mathematischen Beweises der Sicherheit von QKD-Protokollen und -Systemen hinsichtlich Standardisierung und Zertifizierung hervor: „Zu einem bestimmten Punkt werden Wissenschaft und Industrie einen zertifizierbaren Beweis brauchen“, sagt der Hauptautor der Studie, Devashish Tupkary. „Unsere Arbeit ist ein wichtiger erster Schritt in diese Richtung.“
Dr. Holger Eble von der Innovationsabteilung der Bundesdruckerei betont die Bedeutung der gemeinsamen Forschung mit dem Institute for Quantum Computing der University of Waterloo zum Zweck eines strengen mathematischen Beweises für QKD-Sicherheit: „Als Technologieunternehmen des Bundes ist es für uns eine grundlegende Aufgabe die Sicherheit neuer Technologien wie der Quantentechnologie zu bewerten. Unsere Forschungsergebnisse sind ein wesentlicher Baustein für die angestrebte Zertifizierung von QKD durch das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik.“
Mit dem Eintritt in die Ära der quanten- und künstlichen Intelligenz Technologien müssten die Cyber-Verteidigungssysteme gegen die rasanten Fortschritte ertüchtigt werden, halten die Forschenden fest. Die Zertifizierung von Quantenkryptographielösungen sei dabei ein entscheidender Faktor, um die digitale Wirtschaft widerstandsfähig zu machen. Die von der Bundesdruckerei GmbH unterstützte Forschung aus Kanada habe dabei „das Potenzial, weltweit den Standard für sichere Quantenkryptographie zu setzen“, so der Leiter der Forschungsgruppe Lütkenhaus.
Erforschung und Anwendung von Quantentechnologien bei der Bundesdruckerei
Quantentechnologien sind ein zentrales Forschungsfeld für die zukünftige Gestaltung einer sicheren Gesellschaft. Deshalb engagiert sich die Bundesdruckerei seit Jahren in diesem Bereich: Gemeinsam mit der DB-Systel ist sie in der Bundesquantenallianz seit 2022 in engem Austausch mit bundeseigenen Unternehmen zum Einsatz von Quantentechnologien. Mit weiteren Forschungspartnern entwickelte die Bundesdruckerei zudem im Förderprojekt „PoQuID” den weltweit ersten quanten-sicheren Reisepass und baute mit „PlanQK“ eine Plattform für quantengestützte KI-Anwendungen auf. Das Quantenteam der Bundesdruckerei ist für Fragestellungen rund um Anwendungen für Quantentechnologie erreichbar: quanten@bdr.de
