15.06.2020

Abhörsicher dank Rauschen

Neues Kommunikationsprotokoll mit künstlichem Rauschen bietet Schutz vor Lauschangriffen.

Hacker im Besitz eines Quantencomputers stellen eine ernsthafte Bedrohung für heutige Kryptosysteme dar. Deshalb arbeiten Forscher an neuen Verschlüsselungs­möglichkeiten auf Basis von Prinzipien der Quantenmechanik. Bisherige Verschlüsselungs­protokolle gehen jedoch davon aus, dass die kommunizierenden Geräte gut charakterisiert und vertrauens­würdig sind. Was aber, wenn das nicht der Fall ist und die Geräte allenfalls eine Hintertür für Lausch­angriffe offenlassen?
 

Abb.: Der Krypto­schlüssel wird in Form von verschränkten Photonen­paaren...
Abb.: Der Krypto­schlüssel wird in Form von verschränkten Photonen­paaren codiert, die an die beiden kommunizierenden Geräte übertragen werden. (Bild: U. Basel)

Ein Team unter der Leitung von Nicolas Sangouard von der Universität Basel und Renato Renner von der ETH Zürich hat die theoretischen Grundlagen für ein Kommunikations­protokoll entwickelt, das einen ultimativen Schutz der Privatsphäre bietet und sich experimentell verwirklichen lässt. Dieses Protokoll garantiert die Sicherheit nicht nur gegenüber einem Gegner mit einem Quantencomputer, sondern auch in Fällen, in denen die zur Kommunikation verwendeten Geräte „Blackboxes“ sind, über deren Vertrauens­würdigkeit nichts bekannt ist. Die Forscher haben bereits ein Patent angemeldet.

Zwar gibt es bereits einige theoretische Vorschläge für derlei Kommunikations­protokolle mit Blackboxes, ihrer Umsetzung im Experiment stand jedoch eine Hürde im Wege: Die verwendeten Geräte müssen die Information über den Kryptoschlüssel mit hoher Effizienz detektieren. Bleibt ein zu großer Anteil der Informations­einheiten (in Form verschränkter Paare von Lichtteilchen) „verschollen“, lässt sich nicht feststellen, ob sie durch eine dritte Partei abgefangen wurden oder nicht.

Das nun vorgestellte Protokoll überwindet diese Hürde mit einem Trick: Der tatsächlichen Information über den Kryptoschlüssel fügten die Wissenschaftler künstliches Rauschen hinzu. Selbst wenn ein größerer Teil der Informations­einheiten undetektiert bleibt, erhält ein Lausch­angreifer so wenig echte Information über den Kryptoschlüssel, dass die Sicherheit des Protokolls gewährleistet bleibt. Damit erhöhen die Forscher die Toleranz­schwelle für den Verlust an Information, bis zu der die Sicherheit der Kommunikation immer noch gewährleistet bleibt.

„Da es inzwischen die ersten Quantencomputer im kleinen Maßstab gibt, sind neue Lösungen zum Schutz der Privatsphäre dringend erforderlich“, sagt Sangouard. „Unsere Arbeit stellt einen bedeutenden Schritt nach vorn für den nächsten Meilenstein in der sicheren Kommunikation dar.“

U. Basel / DE

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