13.07.2023

Quantensicher bezahlen

Erstmals quantendigitale Zahlungen in einer realistischen Umgebung demonstriert.

Praktisch jeder war schon einmal gezwungen, sensible Zahlungs­daten auf der Website eines unbekannten Händlers einzugeben oder Kredit­karten­daten sowie Passwörter in unbekannte Hände zu geben. Wissen­schaftler der Universität Wien haben nun ein absolut sicheres System für solche Einkäufe entwickelt, das moderne kryptographische Techniken mit den grund­legenden Eigenschaften des Quanten­lichts kombiniert. Die Demonstration solcher „quanten­digitaler Zahlungen“ in einer realistischen Umgebung wurde nun publiziert.

 

Abb.: Künstlerische Darstellung der durch Quanten­technologie gesicherten...
Abb.: Künstlerische Darstellung der durch Quanten­technologie gesicherten digitalen Zahlung (Bild: C. Schiansky)

Digitale Zahlungen haben physische Banknoten in vielen Bereichen unseres täglichen Lebens ersetzt. Ähnlich wie Banknoten sollten sie einfach zu verwenden, einzigartig, fälschungs­sicher und nicht rückverfolgbar sein, aber auch digitalen Angriffen und Daten­verletzungen standhalten. Im heutigen Zahlungs­system werden die sensiblen Daten der Kunden durch Zufalls­zahlenfolgen ersetzt und die Einzig­artigkeit jeder Transaktion wird durch eine klassische kryptografische Methode oder einen Code gesichert. Allerdings können Angreifer und Händler, die über sehr leistungs­starke Computer verfügen, diese Codes knacken und die privaten Daten der Kunden entschlüsseln, um dann beispielsweise in deren Namen zu bezahlen.

Ein Forscherteam unter der Leitung von Philip Walther von der Universität Wien hat gezeigt, wie die Quanten­eigenschaften von Licht­teilchen oder Photonen bedingungslose Sicherheit für digitale Zahlungen gewährleisten können. In einem Experiment haben die Forscher gezeigt, dass keine Transaktion dupliziert oder von böswilligen Dritten abgezweigt werden kann und dass die sensiblen Daten der Nutzer privat bleiben. „Ich bin wirklich beeindruckt, wie die Quanten­eigenschaften des Lichts für den Schutz neuer Anwendungen wie digitaler Zahlungen genutzt werden können, die in unserem täglichen Leben von Bedeutung sind“, sagt Tobias Guggemos von der Fakultät für Physik.

Um absolut sichere digitale Zahlungen zu ermöglichen, ersetzten die Wissenschafter die klassischen krypto­grafischen Techniken durch ein Quanten­protokoll, das einzelne Photonen nutzt. Bei einer klassischen digitalen Zahlungs­transaktion teilen Kunden dem Zahlungs­dienstleister (etwa einer Bank oder einem Kreditkartenunternehmen) einen klassischen Code – das so genannte Kryptogramm – mit. Dieses Kryptogramm wird dann zwischen Kunden, Händler und Zahlungs­dienstleister weitergegeben. In dem im Experiment gezeigten Quanten­protokoll wird dieses Kryptogramm mit Quanten­technologie erzeugt, indem der Zahlungs­dienstleister speziell präparierte Einzelphotonen an Kunden sendet. Für den Bezahl­vorgang misst der Kunde diese Photonen, wobei die Messeinstellungen von den Transaktions­parametern abhängig sind. Da Quanten­zustände des Lichts nicht kopiert werden können, kann die Transaktion nur einmal durchgeführt werden. Dies und die Tatsache, dass jede Abweichung von der beabsichtigten Zahlung die, vom Zahlungsdienstleister überprüften, Messergebnisse verändert, macht diese digitale Zahlung bedingungslos sicher.

Die Forscher haben erfolgreich quantendigitale Zahlungen über eine 641 Meter lange städtische Glasfaserverbindung zwischen zwei Universitätsgebäuden in der Wiener Innenstadt realisiert. Digitale Zahlungen funktionieren derzeit innerhalb weniger Sekunden. „Derzeit benötigt unser Protokoll einige Minuten an Quantenkommunikation, um eine Transaktion abzuschließen. Damit soll die Sicherheit bei Rauschen und Verlusten gewährleistet werden“, sagt Peter Schiansky, Erstautor der Publikation. „Diese zeitlichen Beschränkungen sind jedoch nur technologischer Natur“, fügt Matthieu Bozzio hinzu, der davon überzeugt ist, dass „wir erleben werden, dass quanten­digitale Zahlungen in sehr naher Zukunft eine praktische Leistungs­fähigkeit erreichen.“

U. Wien / DE

 

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