Post Quantum Cryptografie Finland (PQC) Projekt Cybersecurity in der Zeit der Post-Quantenkryptografie

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Quantencomputer rücken in greifbare Nähe und überflügeln bei der Rechenpower selbst Super-Computer deutlich. Es ist zu erwarten, dass bereits in im Jahr 2023 über drei Viertel aller Hochleistungsrechenzentren Quantencomputer im Netzwerk integrieren.

Bis zum Jahr 2030 sollen Quantencomputer stark in kommerziellen Datenverarbeitungsplattformen und anderen produktiven Netzwerken verfügbar sein. Berechnungen, die sonst Jahre oder sogar Jahrtausende dauern würden, können mit Quantencomputern teilweise in Sekunden berechnet werden. Das gilt übrigens auch für Kryptografieschlüssel auf Basis von RSA. Quantencomputer werden zu Beginn ihrer Verbreitung zunächst vor allem da eingesetzt, wo herkömmliche Computer zu lange brauchen, um die notwendigen Berechnungen durchzuführen. Beispiele dafür sind Klimaforschung, neue Medikamente oder auch Optimierungen für die Künstliche Intelligenz.

Das Analysten- und Beratungsunternehmen OMDIA prognostiziert, dass der Weltmarkt für Quantencomputer bis zum Jahr 2030 stark wachsen wird. Die größten Märkte sind Nordamerika (30 Prozent), Europa (29 Prozent), Asien und Ozeanien (24 Prozent). Die Quanteninformatik wird bereits in diesem Jahr herkömmliche Geschäftsprobleme lösen. Zwei Prozent der Unternehmen führen diese Technologie bereits jetzt ein und 15 Prozent planen eine Einführung im Jahr 2023. Die Ära der Quantencomputer hat also längst begonnen.

Es ist also Zeit, dass sich Unternehmen darauf vorbereiten, sich mit der Planung von sicheren Verschlüsselungsdiensten auseinandersetzen und die Sicherheit im Netzwerk auf Quantencomputer vorbereiten. Denn auch Cyberkriminelle können Quantencomputer dazu nutzen, Sicherheitsbarrieren von Unternehmen zu durchdringen, die nicht auf Quantenberechnungen ausgelegt sind.

Regierungen fordern Vorbereitung auf die Verbreitung von Quantencomputern

Daher beschäftigen sich auch verschiedene Nationen bereits aktiv mit der Technologie, um sich in Zukunft effektiv vor Cyberangriffen auf Basis von Quantencomputern schützen zu können. In den USA hat Präsident Joe Biden eine Executive Order unterschrieben sowie ein Memorandum für die nationale Sicherheit zur Vorbereitung auf die Herausforderung, die von Quantencomputern ausgehen. Darüber hinaus haben die USA und Finnland kürzlich ein bilaterales Abkommen über die Zusammenarbeit in der Quantenforschung und -entwicklung unterzeichnet; QED-C hat kürzlich finnische Unternehmen als Mitglieder aufgenommen. Auch die Nachfrage nach Cybersicherheit in Großbritannien ist groß. Das National Cyber Security Centre (NCSC) hat Unternehmen aufgefordert, sich auf den technologischen Wandel vorzubereiten, der durch einen breiteren Zugang zu Quantencomputern ausgelöst wird. Dabei hält das NCSC die Post-Quantum-Kryptologie (PQC) für die beste Lösung, um Organisationen auf die Herausforderungen durch Quantencomputer vorzubereiten. Japan hat eine neue digitale Agentur für Quantencomputer ins Leben gerufen und in Deutschland läuft seit dem vergangenen Jahr ein Projekt von IBM zusammen mit der Fraunhofer-Gesellschaft.

Quantencomputer als Teil der Cybersicherheit

Dabei sind Quantencomputer nicht die Gegner der Verschlüsselung, sondern können auch diese auf eine neue Ebene der Leistungsfähigkeit heben. Mit Quantentechnologie ist es möglich Verschlüsselungstechnologien zu entwickeln, die wesentlich sicherer als aktuelle Sicherheitsdienste sein können und gleichzeitig auch sicher vor dem Knacken durch Quantencomputer sind. Quantenkryptografie ermöglicht das Entwickeln von Kryptografie-Funktionen mit Quantencomputern. Die Post-Quanten-Kryptografie arbeitet wiederum mit herkömmlichen Technologien, um die Kryptografie auch ohne Quantencomputer auf Quanteninformatik vorzubereiten. Post-Quanten-Kryptografie ist also der erste Schritt, mit dem sich Unternehmen und Organisationen auf die Herausforderungen von Quantencomputern vorbereiten können. Dazu braucht es Unterstützung und neue Standards, die derzeit bereits in der Entwicklung und zum Teil sogar in der Standardisierung sind.

Ein Beispiel dafür ist Post Quantum Cryptografie Finland (PQC) [6]. Das PQC-Projekt entwickelt quantensichere Verschlüsselungstechnologien und integriert sie in Produkte und Lösungen zur Cybersicherheit. Das Konsortium besteht aus verschiedenen Universitäten, Unternehmen und auch staatliche Behörden helfen mit PQC dabei Lösungen für die Cybersicherheit zur Vorbereitung für Quantencomputer zu entwickeln. Das Projekt hat sich die Aufgabe gesetzt Algorithmen und APIs zu entwickeln, mit denen sich quantensichere Technologien umsetzen lassen. Die Regierungsorganisation Business Finland unterstützt beispielsweise die Forschung in den Bereichen Cybersicherheit und Digitales Vertrauen.

Post-Quanten-Kryptographie benötigt keinerlei Quantencomputer, aber schützt gegen Angriffe mit Quantencomputern. Die PQC-Algorithmen Kyber (Key Encapsulation Mechanism, KEM) und Dilithium (Signature Mechanism) der CRYSTALS-Familie sind so konzipiert, dass sie Angriffen auch durch große und leistungsstarke Quantencomputer standhalten.

Auch zur Entwicklung von Standards zum Entwickeln von quantensicheren Kryptografie-Funktionen sind keine Quantencomputer notwendig. Selbstverständlich schützen die neuen Technologien auch vor klassischen Angriffen. Mit dem quantensicheren Schlüsselaustausch und der quantensichereren Authentifizierung lassen sich Netzwerke daher auch ohne Quantencomputer vor Angriffen durch Quantencomputer schützen und auch durch Angriffe herkömmlicher Computer.

PQC arbeitet zusammen mit dem National Institute of Standards and Technology (NIST), um einen Krypto-Standard zu entwickeln, der Quantencomputersicher ist und zwischen 2023 bis 2025 veröffentlicht werden soll. Gleichzeitig werden aktuell Verbesserungen bei der Datenübertragung entwickelt, mit denen auch die Remoteübertragung von Daten sicher vor Quantenberechnungen sind. Die entwickelten Lösungen sollen Netzwerke zuverlässig vor Angriffen auf die Datenübertragungen schützen.

Die schöne neue Welt der Quantencomputer ist (fast) da

Die Technologiegemeinschaft muss mit der Entwicklung von Cybersicherheitsinnovationen beginnen, die es der Welt ermöglichen, die Chancen der Quantentechnologien zum Nutzen der Gesellschaft und der Wirtschaft insgesamt voll auszuschöpfen. Dabei spiel die Cybersicherheit eine wesentliche Rolle. Es gilt keine Zeit zu verlieren und sich rechtzeitig auf eine stärkere Verbreitung von Quantencomputern vorzubereiten.

Über die Autorin: Kirsi Kokko ist Head of Digital Trust Finland

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