10.12.2018

Quantenphysik ermöglicht selbstzerstörende Software

Hybrid-Software erweitert Leistungs­spektrum konven­tio­neller Computer.

Software, die sich nach nur einer Ausführung selbst zer­stört, galt bislang als uner­füll­bares Ideal zum Schutz privater Infor­ma­tionen. Jetzt gelang es Forschen der Uni Wien gemei­nsam mit Wissen­schaftlern aus Brasilien und Singapur, dieses Konzept mit­hilfe von Quanten­techno­logie zu reali­sieren. Dafür wurden quanten­physi­ka­lische und klassische Systeme zu einem Hybrid-Computer kombi­niert. Die neu­artige Kodie­rung sorgt dafür, dass sich das Computer­pro­gramm nach nur einer Aus­füh­rung selbst zer­stört. „Eine der span­nend­sten Eigen­schaften dieser neuen Hybrid-Soft­ware ist, dass wir sie zu großen Teilen mit bereits zugäng­licher Techno­logie ver­wirk­lichen können", sagt Marie-Christine Röhsner von der Uni Wien.

An der Uni Wien wurden die Programme weltweit erstmals reali­siert, indem die klassi­sche Soft­ware durch eine Abfolge ein­zelner Licht­quanten kodiert wurde. Der neue Hybrid-Ansatz, der klassi­sche und quanten­physi­ka­lische Elemente zusammen­führt, beweist, dass die Ein­bin­dung von Quanten­phäno­menen das Leistungs­spektrum konven­tio­neller Computer erweitern kann. Während der Bau eines voll­stän­digen Quanten­computers noch viele tech­nische Heraus­forde­rungen birgt, steht die für die „One-Time“-Programme nötige Quanten­techno­logie schon heute zur Ver­fügung.

Eine beispielhafte Anwendung für solche Programme ist das Millionärs-Problem. In diesem Szenario wollen zwei Millio­näre wissen, wer von ihnen reicher ist, jeweils aber das exakte Ausmaß ihres Reich­tums nicht bekannt­geben. Ein mög­licher Ausweg aus diesem Dilemma ist die Ver­wen­dung eines „One-Time“-Programms. Dieses erlaubt den beiden Millio­nären ihr jewei­liges Ver­mögen in das Programm ein­zu­geben und mit diesem zu berechnen, wer reicher ist, bevor sich das Programm durch die Aus­führung selbst zer­stört. Durch diese Vor­gehens­weise ist gewähr­leistet, dass keiner der beiden auf die Original­daten oder das Rechen­ver­fahren Zugriff hat. Dadurch erhalten die Millio­näre eine Antwort ohne ihre finan­ziellen Details preis­zu­geben.

Bislang dachte man, dass es sowohl mit Mitteln der klassi­schen Physik als auch mit jenen der Quanten­physik gänz­lich unmög­lich sei, solche „One-Time“-Programme zu reali­sieren. „Es war schon länger bekannt, dass eine ideale Um­setzung solcher Pro­gramme physi­ka­lisch nicht möglich ist. Indem wir jedoch zulassen, dass die Pro­gramme nicht immer perfekt funktio­nieren, erlaubt uns die Quanten­physik dennoch selbst­zer­störende Soft­ware umzu­setzen“, erklärt Philip Walther, Leiter der Forschungs­gruppe in Wien. „Glück­licher­weise gibt es Möglich­keiten ein Programm zu ent­werfen, das diese Fehler groß­teils kompen­siert und so nütz­liche Anwen­dungen erlaubt. Ein Beispiel ist die von uns ent­wickelte Soft­ware, mit der eine digi­tale Signatur dele­giert werden kann, die genau einmal ver­wendbar ist.“ Neben diesen konkreten ent­wickelten Anwen­dungen finden „One-Time“-Programme auch in zahl­reichen anderen krypto­gra­phischen Proto­kollen Ver­wen­dung.

Die neue Forschungsrichtung der Hybrid-Computer hat auch bereits zu einer ersten Patent­ein­reichung geführt. Die Wissen­schaftler wollen nun weitere spannende Ansätze erforschen, um klassische Soft­ware sicherer zu machen, und das noch bevor ein voll­stän­diger Quanten­computer Reali­tät wird.

U. Wien / RK

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