Der Schutz von Daten beruht auf mathematischen Operationen, für die selbst Supercomputer extrem lange benötigen. Aber diese Sicherheit gerate ins Wanken, warnt Andreas Reiserer, Professor für Quantennetzwerke an der Technischen Universität München. Künstliche Intelligenz habe gerade erst gezeigt, dass sie mathematische Probleme lösen kann, an denen Mathematiker bisher scheiterten: „Die Gefahr ist nochmals größer geworden.“
Zudem arbeiten weltweit Labore an Quantencomputern, die Rechenaufgaben um ein Vielfaches schneller als bisherige Rechner lösen können. Damit könnten sie schon bald jeden herkömmlichen Code knacken, sagt Christoph Marquardt, Professor für Optische Quantentechnologien [externer Link] an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU).
Diese Quantencomputer existieren zwar noch nicht, aber das könnte sich bald ändern: „Vom Bundesamt für Sicherheit der Informationstechnik haben wir Abschätzungen, dass es in vier Jahren schon sehr riskant wird“.
Quantennetzwerk QuNET: Schutz gegen Hackerangriffe
Marquardt arbeitet mit an der Entwicklung des Quantennetzwerkes QuNET [externer Link], dessen Funktion am 28. Oktober demonstriert wurde. Mit Quantentechnik verschlüsselte Daten wurden von Berlin über Thüringen nach Bayern geschickt. QuNET wird im Auftrag des Bundesforschungsministerium entwickelt. Beteiligt sind Institute der Max-Planck-Gesellschaft [externer Link] und der Fraunhofer-Gesellschaft [externer Link] sowie das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt [externer Link] und die FAU. Es besteht aus kleineren Quantennetzen in Berlin, Thüringen und Bayern. Diese werden zusammengeschaltet und so Quanteninformation über eine lange Distanz verschickt.
Lichtteilchen enthalten verschlüsselte Daten
Die Verschlüsselungstechnik von QuNET beruht auf Prinzipien der Quantenmechanik. Lichtteilchen (Photonen) werden über herkömmliche Glasfaserkabel übertragen. Diese Photonen werden in bestimmte Schwingungen versetzt. Daraus können Sender und Empfänger einen gemeinsamen Schlüssel erzeugen. Wenn jemand versucht, mitzuhören und dazu den Zustand der Photonen beobachtet, ändert sich dieser. Das fällt bei Sender und Empfänger auf und sie können die Datenübertragung abbrechen und neu starten.
Glasfasern schlucken Photonen
Doch die Übertragung von Quanteninformation mit Photonen hat ihre Tücken. Die Quantenzustände der Photonen sind fragil und Lichtteilchen können verloren gehen, so die beiden Wissenschaftler. Es sei zwar beeindruckend, wie sauber man heutzutage Glasfasern herstellen könne, so Reiserer. Dennoch würden diese die Photonen im Lauf der Strecke absorbieren: „Nach ein paar hundert Kilometern kommt nichts mehr durch und die quantenverschlüsselte Kommunikation kommt zum Erliegen.“
Repeater sollen Quanteninformation verstärken
Andreas Reiserer ist daher an der Entwicklung von Quantenrepeatern [externer Link] beteiligt, die die Quanteninformation unterwegs verstärken – so ähnlich, wie das ein WLAN-Repeater im heimischen Funknetz tut. Doch es gibt technische Probleme, die noch nicht gelöst sind, sagt Reiserer: Wenn Lichtteilchen auf dem Weg über Glasfasern verloren gingen, dann müsse man viele losschicken. Dieses sogenannte „Multiplexing“ sei sehr schwer in Quantensystemen zu realisieren. Zudem sei es auch schwer, einzelne Lichtteilchen in großer Zahl zu erzeugen. Aber er sei dennoch zuversichtlich, dass „es eines Tages klappen könnte“.
Mit „Trusted Nodes“ überwindet QuNET lange Strecken
Bei QuNET werden hingegen sogenannte „Trusted Nodes“ eingerichtet. Das sind Zwischenstationen, in denen der Quantenschlüssel entschlüsselt und in einen klassischen, digitalen Schlüssel umgewandelt wird. Dann wird er erneut mit Quantenphysik verschlüsselt und auf die nächste Etappe geschickt. So lassen sich Daten auch über eine Strecke von Berlin nach Bayern übertragen. Allerdings habe man damit keine Ende-zu-Ende-Sicherheit erreicht, kritisiert Andreas Reiserer diese Technik. Sie biete nicht das Level an Sicherheit, das am Ende für hochsensible Anwendungen gewünscht ist.
