Behörden in Europa setzen künftig auf Quantenkommunikation

Hochsichere Kommunikation Behörden in Europa setzen künftig auf Quantenkommunikation

11.08.2021 Von Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

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Für die sichere Kommunikation zwischen Behörden in Europa kommt künftig die Quantenkommunikation zum Einsatz. Ein erster Probelauf fand in Form einer Videokonferenz zwischen zwei Bundesbehörden statt.

Quantenkommunikation: Bundesforschungsministerin Anja Karliczek startet die erste quantengesicherte Verbindung zwischen zwei Bundesbehörden in Deutschland.
(Bild: BMBF/Hans-Joachim Rickel)

Die Kosten für Cyberangriffe in Deutschland betrugen im Jahr 2020 72.000 Euro je Ereignis. Das sagt eine Studie von Forrester Research vom April 2021 [1]. Die Zahl dürfte in den nächsten Jahren noch weiter ansteigen. Sicherheitsmaßnahmen sollen Hochschulen und die Industrie von Cyberangriffen schützen. Das ist auch das Ziel der QuNET-Initiative [2]. Die Kommunikation soll sicherer werden. Gerade mit Blick auf die zunehmende Anzahl von Quantencomputern.

Unter dem Dach der vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Initiative QuNET entwickeln die Fraunhofer-Gesellschaft, die Max-Planck-Gesellschaft und das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) Technologien für ein Pilotnetz zur Quantenkommunikation in Deutschland, mit der eine abhör- und manipulationssichere Datenübertragung möglich wird.

Am 10. August hat in Bonn Bundesforschungsministerin Anja Karliczek die erste quantengesicherte Verbindung zwischen zwei Bundesbehörden in Deutschland vorgestellt, die testweise zwischen dem BMBF und dem Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) in Bonn für die Übertragung einer Videokonferenz aufgebaut wurde.

Austausch per sicheren Videostream

Es war ein Vorgeschmack auf die Kommunikation der Zukunft – oder besser: die Datensicherheit der Zukunft. Denn als Bundesforschungsministerin Anja Karliczek zu einer Videokonferenz mit dem Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) einlud, war zumindest augenscheinlich für den Außenstehenden alles beim Alten. Gemeinsam mit Andreas Könen, Abteilungsleiter CI „Cyber- und IT-Sicherheit“ im Bundesministerium des Innern, für Bau und Heimat (BMI) und BSI-Vizepräsident Dr. Gerhard Schabhüser unterhielt sich die Ministerin via Videostream.

Quantenkommunikation ist eine der entscheidenden Schlüsseltechnologien in der IT-Sicherheit und kann uns für zukünftige Bedrohungsszenarien rüsten.

Bundesforschungsministerin Anja Karliczek

Die Videokonferenz schlägt ein neues Kapitel in der hochsicheren Kommunikation der Zukunft auf. Verschlüsselt wurde das Gespräch nicht mit herkömmlichen Methoden, sondern mit Lichtquanten. Versucht ein Angreifer auf die zur Datenübertragung verwendeten Schlüssel zuzugreifen, so werden die Lichtteilchen manipuliert.

Diese Manipulation kann von Sender und Empfänger nachgewiesen und ein Abhörversuch damit verhindert werden. Der Nachweis beruht auf physikalischen Prinzipien. Wurde ein Lauschangriff entdeckt, wird der Schlüssel verworfen und ein neuer erzeugt. Mit der Strategie wird eine langfristige Sicherheit der vereinbarten Schlüssel erreicht. Damit ist ein neuer Meilenstein für die Vertraulichkeit von Daten in einer digitalen Welt gesetzt.

Daten mit langfristigen Schutzbedarf

Notwendig wird die Quantenkommunikation insbesondere vor dem Hintergrund künftiger technischer Entwicklungen: Quantencomputer und neue Algorithmen werden voraussichtlich in Zukunft in der Lage sein, bisher übliche Methoden zur Datenverschlüsselung zu knacken. Nach dem Motto „Store now, decrypt later“ (jetzt speichern, später entschlüsseln) können bereits heute Daten abgespeichert und später mithilfe leistungsfähigerer Rechner ausgelesen werden.

Bedroht sind davon insbesondere Daten mit langfristigem Schutzbedarf, also jene Daten, die für Hacker in entfernter Zukunft noch von großem Wert sein werden. Das sind nicht nur Informationen von Regierungen und Behörden, sondern auch Unternehmensgeheimnisse oder personenbezogene Gesundheitsdaten der Bürger.

Video: Die QuNET-Initiative

Erkenntnisse für künftige Netze

Im Aufbau der ersten quantenbasierten Videokonferenz zwischen dem BMBF und dem BSI wurden mehrere Freistrahl- und Fasersysteme eingesetzt. Das entspricht einem komplexeren Szenario als einer Verbindung über einen einzigen Kanal. Neben der erstmaligen Videokonferenzübertragung versteht sich der Versuchsaufbau dementsprechend auch als ein Experiment, in welchem wertvolle Erkenntnisse für die Kommunikation in komplexen Netzen der Zukunft gewonnen werden.

Die QuNET-Inititative

Die QuNET-Initiative entwickelt hochsichere Kommunikationssysteme basierend auf modernster Quantentechnologie. Als eine vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Forschungsinitiative schafft QuNET die Grundlage für sichere und robuste IT-Netze, die schon heute gegen Cyberangriffe von morgen gewappnet sind.
An der Initiative beteiligt sind das Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik in Jena, das Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut in Berlin, das Institut für Kommunikation und Navigation des Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Oberpfaffenhofen-Weßling und das Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts Erlangen.