Durch die immer weiter fortschreitende Entwicklung von Quantencomputern und deren steigenden Rechenleistungen wird es zukünftig m?glich sein, unsere aktuellen Verschlüsselungsverfahren zu knacken. Forschende der Technischen Universit?t München und der Universit?t Jena entwickeln in einem internationalen Forschungsverbund deshalb Methoden für die Verschlüsselung, die auf physikalischen Gesetzen beruhen und dadurch Abh?rversuche unm?glich machen. Um die Kommunikation auch auf weite Distanzen zu garantieren, sollen im Rahmen der QUICK?-Mission Satelliten zum Einsatz kommen.

Wie wird sichergestellt, dass Daten, die über das Internet übermittelt werden auch nur den beabsichtigen Empf?nger erreichen? Aktuell werden unsere Daten mathematisch verschlüsselt. Das hei?t, hinter der Verschlüsselung steckt die Idee, dass es schwierig ist, eine gro?e Zahl in ihre Faktoren zu zerlegen. Durch die steigende Rechenleistung von Quantencomputern ist davon auszugehen, dass diese mathematischen Codes zukünftig nicht mehr sicher sein werden.

Verschlüsselung mithilfe der physikalischen Gesetze

Tobias Vogl ist Professor für Quantum Communication Systems Engineering der TU München und hat zuvor an der Uni Jena geforscht. Er arbeitet mit seinem Team an einem Verschlüsselungsverfahren, das mithilfe der physikalischen Gesetze funktioniert. ?Die Sicherheit basiert darauf, dass die Informationen in einzelne Lichtteilchen kopiert und anschlie?end übertragen werden. Die physikalischen Gesetze erlauben es dabei nicht, diese Informationen unbemerkt auszulesen oder zu kopieren. Sobald die Informationen abgeh?rt werden, ver?ndern die Lichtteilchen ihren Zustand. Da wir diese Zustands?nderung messen k?nnen, wird jeder Abh?rversuch, unabh?ngig von zukünftigen technischen Entwicklungen, sofort erkannt“, so Vogl.

Die gro?e Herausforderung bei der sogenannten Quantenkryptographie besteht darin, Daten über weite Distanzen zu übertragen. In der klassischen Kommunikation wird Information in viele Lichtteilchen kodiert und über Glasfasern verschickt. Die Information in einem einzelnen Lichtteilchen kann jedoch nicht kopiert werden, weshalb man das Lichtsignal nicht – wie bei der aktuellen Kommunikation über Glasfaserkabel - immer wieder verst?rken kann. Dadurch k?nnen Informationen nur über einige 100 Kilometer übermittelt werden.

Um Informationen auch in andere St?dte oder Kontinente zu übertragen, soll zukünftig der Aufbau der Atmosph?re genutzt werden. Ab einer H?he von etwa zehn Kilometern ist die Atmosph?re so dünn, dass Licht weder gestreut noch absorbiert wird. Mithilfe von Satelliten ist es so m?glich, Quantenkommunikation auch über weite Strecken zu betreiben.

Satelliten erm?glichen die Quantenkommunikation

Im Rahmen der sogenannten QUICK?-Mission entwickelt Tobias Vogl gemeinsam mit seinem Team ein komplettes System mit allen Komponenten, die ben?tigt werden, um einen Satelliten für die Quantenkommunikation zu bauen. In einem ersten Schritt hat das Team die einzelnen Komponenten des Satelliten individuell getestet. Im n?chsten Schritt wollen sie das gesamte System im Weltraum erproben. Hierbei untersuchen die Forschenden, ob die Technik überhaupt den Bedingungen des Weltraums standh?lt und wie die einzelnen Komponenten des Systems miteinander interagieren. Die Mission ist für 2025 geplant. Um für die Quantenkommunikation ein lückenloses Netz aufzubauen, werden allerdings hunderte oder sogar tausende Satelliten ben?tigt.

Hybrides Netzwerk aus physikalischer und mathematischer Verschlüsselung

Nicht alle Informationen sollen zukünftig über diesen Weg übertragen werden, da das Verfahren sehr aufwendig und teuer ist. Vorstellbar ist ein hybrides Netzwerk, in dem Daten entweder mathematisch oder physikalisch verschlüsselt werden. Antonia Wachter-Zeh, Professorin für Codierung und Kryptographie der TU München, arbeitet daran, mathematisch so komplexe Algorithmen zu entwickeln, dass diese auch von einem Quantencomputer nicht gel?st werden k?nnen. Bei den meisten Informationen wird es auch zukünftig ausreichen, die Informationen mithilfe mathematischer Algorithmen zu verschlüsseln. Nur für besonders schützenswerte Dokumenten, die beispielsweise zwischen zwei Banken ausgetauscht werden, kommt zukünftig die Quantenkryptographie infrage.