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StartseiteComputer und KommunikationSicher durch Quanten11.10.2008

Sicher durch Quanten

Das weltweit erste Quantenkryptographie-Netzwerk läuft seit Mittwoch in Wien

Datenschutz. - Zwar werden die Methoden der Hacker immer raffinierter. Gegen eine neuartige Art der Verschlüsselung aber dürften sie machtlos sein – die so genannte Quantenkryptographie. In Wien feierte die neue Technik am Mittwoch eine Weltpremiere. Dort installierte SECOQC, ein Konsortium von 41 Partnern aus zwölf Ländern, das erste Netzwerk auf der Basis der Quanten-Verschlüsselung.

Von Frank Grotelüschen

Quantenphysikalisch verschlüsselte Netzwerke rücken in den Bereich des Möglichen. (seas.upenn.edu)
Quantenphysikalisch verschlüsselte Netzwerke rücken in den Bereich des Möglichen. (seas.upenn.edu)

"Wenn man viele verschiedene Geräte zusammenstoppelt, wo jedes ein Prototyp ist, muss man davon ausgehen, dass es Probleme gibt. Und es gab auch Probleme, aber wir konnten sie lösen. Wir haben damit nachgewiesen, dass es funktioniert!"

Projektleiter Christian Monyk von den Austrian Research Centers war sichtlich erleichtert, als am letzten Mittwoch alles klappte. Als sechs Stationen im Großraum Wien fleißig Videos und Audiodateien austauschten – und zwar über eine neue Art von Netzwerk. Monyk:

"Was wir gemacht haben, war das erste Mal ein echtes Netzwerk für Kommunikation, die durch Quantenkryptographie gesichert ist, aufzubauen."

Die Quantenkryptographie ist eine noch junge Variante der digitalen Datenverschlüsselung. Sie ist abhörsicher, Lauschangriffe haben nicht den Hauch einer Chance, unentdeckt zu bleiben. Um zu verstehen, wie die Quantenverschlüsselung funktioniert, hält man sich am besten vor Augen, wie der herkömmliche Datenverkehr läuft – nämlich im Prinzip ganz ähnlich wie der Briefverkehr bei der Post, sagt Norbert Lütkenhaus, Physiker an der kanadischen Waterloo-Universität.

"Wenn ich irgendwas auf ein Blatt Papier schreibe, in einen Umschlag stecke und zu Ihnen schicke, dann können Sie überhaupt nicht sehen, ob vielleicht jemand auf dem Weg dorthin dieses Blatt auf einen Kopierer gelegt hat. In der klassischen Informationsübertragung können Sie ein Blatt Papier kopieren und das dem Papier nachher nicht ansehen."

Zwar mögen die Informationen auf dem Blatt per Geheimcode verschlüsselt sein. Aber jeder Geheimcode lässt sich letztendlich knacken. Anders bei der Quantenkryptographie. Bei ihr würde sich bildlich gesprochen das Blatt, das der Brief-Schnüffler kopiert, unweigerlich verfärben, und zwar durch den Kopiervorgang. Öffnet dann der rechtmäßige Empfänger den Umschlag, sieht er das verfärbte Blatt und weiß: Aha, das Briefgeheimnis wurde verletzt. Nun nutzen Lütkenhaus und Co. natürlich keine Briefbögen, die sich beim Kopieren verfärben. Stattdessen arbeiten sie mit Licht – und zwar mit extrem schwachen Lichtpulsen. Die nämlich gehorchen den merkwürdigen Regeln der Quantenphysik. Lütkenhaus:

"Sobald ich auf das Niveau von einzelnen Photonen komme, sozusagen die kleinsten Teile von Licht, kann ich die Zustände dieser Photonen nicht mehr kopieren, ohne diese Photonen zu verändern. Das heißt ich kann diesen Photonen später ansehen, ob jemand versucht hat, sie zu kopieren oder nicht."

Konkret nutzen die Fachleute Lasersignale, die polarisiert sind, das heißt in einer bestimmten Richtung schwingen, zum Beispiel horizontal. Schickt der Sender so ein horizontales Lichtsignal durch eine Glasfaser und der Empfänger sieht dieses Signal auch horizontal, dann wissen beide: Aha, alles in Ordnung. Anders bei einem Lauschangriff. Lütkenhaus:

"Wenn ein Mithörer versucht, die Signale zu empfangen, werden diese Signale gestört. Das heißt, dass der Empfänger dieses Photon nicht mehr in der horizontalen Basis sieht, sondern plötzlich als vertikal polarisiert empfängt. Es schleichen sich Fehler in die Übertragung ein, die von Sender und Empfänger deutlich festgestellt werden können."

Der Empfänger bemerkt den Lauschangriff also sofort und kann die Datenübertragung umgehend abbrechen – und zwar noch bevor die komplette Kreditkartennummer übermittelt wurde. Ein Austricksen der Quantenverschlüsselung ist nicht möglich. Denn Lichtquanten lassen sich grundsätzlich nicht kopieren, das verbietet die Physik. Nun gibt es zwar schon einige Quantenkryptographie-Geräte auf dem Markt. Die aber sind nicht netzwerkfähig, sondern funktionieren nur für Punkt zu Punkt-Verbindungen und kommen deshalb nur für einen kleinen Kundenkreis in Frage. Lütkenhaus:

"Da ist unsere Demonstration ein wichtiger Schritt, sodass Sie tatsächlich auch Netzwerke aufbauen können. Zum Beispiel firmeninterne Netzwerke, wo sie Zweigstellen über ein Gebiet verbreitet haben, dass diese zusammengeschaltet werden können."

Bis Ende Oktober soll das Wiener Quantennetz als Feldversuch weiterlaufen – und zwar über eine ganz normale Standardglasfaser. Um die Technik marktreif zu machen, müssen die Forscher aber noch tüfteln: Sie müssen die Übertragungsgeschwindigkeit von mickrigen zehn kbit/s deutlich steigern und die Kosten für die Quanten-Sender und Empfänger deutlich senken. Ein weiteres Problem.

""Ein Unternehmen, das den Bedarf zu hochsicherer Kommunikation hat, verlangt den Nachweis der Sicherheit. Dieser Nachweis erfordert von der Seite des Entwicklers eine ganze Reihe von Formalismen, Prozeduren und Standards, die eingehalten werden müssen, von Zertifikaten, die zu erbringen sind. Die grundlegenden Probleme sind gelöst. Jetzt geht es eher in die technischen Fragen","

sagt Christian Monyk. Zwei bis drei Jahre, schätzt er, wird es noch dauern, bis Quanten-Netzwerke so weit sind, um zum Beispiel für Banken und Versicherungen in Frage zu kommen.

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