21.06.2021

Photonik stärkt Datensicherheit

Lichtbasierte Datenübertragung soll gegen Cyberattacken helfen.

Mit der fort­schreitenden Digi­talisierung drängen vernetzte Geräte in immer mehr Alltags­bereiche vor. Diese sind jedoch häufig anfällig für Cyber­attacken, von welchen neben der Industrie und Wirtschaft auch Endver­braucher als Nutzer von Online­diensten betroffen waren. Ein deutsches Konsortium aus Industrie sowie Universitäts- und Wissenschaft­sinstituten will diese Systeme künftig dank licht­basierter Daten­übertragung und -berechnung sicherer machen. In den kommenden drei Jahren soll das Projekt „Silhouette“ dazu universell anwendbare Lösungen entwickeln. Das Bundesforschung­sministerium fördert das Projekt im Rahmen der Initiative „Vertrauens­würdige Elektronik“ mit rund zwölf Millionen Euro.

Abb.: Testmodul für hochgenaue selbst­ausrichtende Montage­technologie zur...
Abb.: Testmodul für hochgenaue selbst­ausrichtende Montage­technologie zur Integration von Licht­quellen und Detektoren mit photo­nischen inte­grierten Schaltungen. (Bild: Fh.-IPMS)

Mit dem Internet der Dinge generieren bereits jetzt zahlreiche Applikationen Mehrwert für Industrie, Logistik und Wirtschaft. Bis zum Jahr 2025 wird eine Steigerung von 30 auf 75 Milliarden IoT-Geräte prognostiziert. Entsprechend wird weltweit an einer verbes­serten Sicherheit dieser Anlagen gearbeitet, um sensible Daten vor einer miss­bräuchlichen Nutzung durch Dritte zu schützen. Dabei kommen unter anderem immer stärkere, hardware­unterstützte krypto­grafische Algorithmen zum Einsatz. Doch mit den stetig steigenden Kommunikations­geschwindigkeiten entsteht hier ein zunehmend negatives Kosten- und Energiebudget. „Mit einer Erweiterung der siliziumbasierten Technologien um photonische Spezial­komponenten können wir diesem Dilemma begegnen“, erklärt Marcus Pietzsch, Wissen­schaftler am Fraunhofer-Institut für Photonische Mikro­systeme IPMS in Dresden und Koordinator des Projekts Silhouette – Silicon Photonics for Trusted Electronic Systems. Im Projekt soll daher eine universelle Plattform­lösung zur Entwicklung solcher hybriden Systeme entstehen.

Wesentlicher Kernpunkt ist es, sicherheits­kritische elektrische Signale konsequent in optische Signale zu wandeln, weiter zu verarbeiten oder zu validieren und schließlich zurück zu wandeln. „Allein die photonischen Übertragungs­kanäle bieten hier den Vorteil, sowohl kaum manipulierbar als auch abhörsicher zu sein“, so Pietzsch weiter. Der vom Konsortium getragene hybride Ansatz erlaubt dabei weiterhin den Einsatz bereits bestehender sicherheits­kritischer Komponenten von Drittanbietern, sodass die aktuelle Anwendungs­breite im Idealfall erhalten bleibt. Das Projekt umfasst dabei die komplette Wertschöpfungs­kette: Vom Design der elektrischen und optischen Komponenten über die Fertigung, Aufbau- und Verbindungs­technik bis hin zur Test- und Prüfmethodik. Ein besonderes Augenmerk liegt auf der zeitnahen Anwend­barkeit der neuen Technologie. „Derzeit ist es noch schwierig, hybride elektro­optische Schaltungen kosten­günstig und in großer Stückzahl zu produzieren“, sagt Pietzsch. Mithilfe der Expertise aller Projektpartner sollen deshalb Prototypen entstehen, die bereits Merkmale sicherer und massen­tauglicher Serienprodukte abbilden.

Dabei wird die angestrebte elektro­optische (E/O) Plattform­lösung im europäischen Wirtschafts­raum verortet, um eine Technologiesouveränität und Vertrauenswürdigkeit auch im Design- und Herstellungs­prozess gewährleisten zu können. Im Gegensatz zur Mikro­elektronik kann Deutschland im Bereich Photonik auch in der Breite einen Entwicklungs­vorsprung ausweisen. „Um diesen Vorsprung zu erhalten und perspektivisch Souveränität in der Fertigung zu erreichen, müssen photonische Kompo­nenten besser zugänglich sein. Die Voraus­setzung dafür ist eine möglichst einfache, universelle Schnittstelle zu den bestehenden digitalen Kompo­nenten, auf die auch weiterhin nicht verzichtet werden kann“, erläutert Pietzsch.

Das größte Marksegment für photonische Kompo­nenten liegt derzeit im Bereich der Tele­kommunikation. Die bei „Silhouette“ entwickelten photonischen Sicherheits­technologien orientieren sich daher an den speziellen Sicherheits­anforderungen dieses Marktsegments. „Darüber­hinausgehende Themenfelder wie etwa KI, Simulation und komplexe mathematische Optimierungs­probleme befinden sich entweder noch im Entwicklungs- bzw. Prototypen­stadium oder werden als Kleinserien mit geringen Volumina gefertigt“, erklärt Pietzsch. „Das Konsortium sieht hier großes Potential, diese Techno­logien einer breiten Anwendergruppe zugänglich zu machen und gleichzeitig völlig neue Anwendungs­felder zu erschließen.“

Fh.-IPMS / JOL

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