Angriff auf Quantenkryptographie

US-Wissenschaftler haben experimentell gezeigt, dass sich selbst mittels Quantenkryptographie verschlüsselte Botschaften prinzipiell abhören lassen. Das berichtet das Wissenschaftsmagazin Nature in seiner Online-Augabe. Demnach konnten Taehyun Kim und Kollegen in einem Artikel, der am 25. April in der renommierten Fachzeitschrift Physical Review A erschienen ist, zeigen, dass das so genannte BB84-Protokoll prinzipiell angreifbar ist. In einer "physikalischen Simulation" eines solchen Lauschangriffs konnten sie bis zu 40 Prozent der übertragenen Daten abhören, ohne dass die Fehlerrate den Abhörversuch verriet. Eigentlich sollte eine erhöhte Fehlerrate bei der Übertragung Sender und Empfänger sofort verraten, ob ein Abhörversuch stattgefunden hat.

Das BB84-Verfahren wurde von Charles Bennett und Gilles Brassard ersonnen, denen es 1989 auch als ersten gelang, im IBM-Forschungszentrum in Yorktown Heights eine quantenkryptographisch verschlüsselte Übertragung zu realisieren. Sie verwendeten dazu Photonen, denen sie eine bestimmte Schwingungsrichtung aufprägten. Vereinbart man nun, dass eine waagerechte Polarisation einer "1" entspricht und eine senkrechte Polarisation einer "0", kann man so Zahlen im Binärcode übermitteln: Der Empfänger der Photonen muss ebenfalls einen Polarisator haben und ihn vor einen lichtempfindlichen Detektor stellen. Ist der Polarisator auf "waagerecht" eingestellt, meldet der Detektor bei einer ankommenden "1" ein Signal, eine "0" dagegen führt zu keinem Ausschlag.

Zusätzlich zu dem Senkrecht/waagerecht-Filter führten Bennet und Brassard einen weiteren Typ ein, der die Photonen diagonal nach links (für eine "1") oder diagonal nach rechts (für eine "0") polarisiert. Alice – der Sender – schickt nun in zufälliger Reihenfolge entweder senkrecht beziehungsweise waagerecht oder diagonal polarisierte Photonen los. Ebenso wechselt Bob (der Empfänger) beim Messen der Photonen vollkommen willkürlich zwischen den beiden Filtertypen. Nach Übermittlung aller Photonen verraten sich beide, welche Basis sie jeweils verwendet haben – aber nicht, ob sie eine "0" oder eine "1" losgeschickt und gemessen haben.

Da ein Lauscher zwischen Sender und Empfänger beim Messen seine Basis ebenfalls nur zufällig wählen kann, wird diese Basis in durchschnittlich der Hälfte der Fälle falsch sein. Nach der Übertragung vergleichen Sender und Empfänger daher in einem zweiten Schritt kurze Abschnitte ihrer Schlüssel – gibt es eine Abweichung, müssen sie davon ausgehen, dass ein Abhörer seine Finger im Spiel hatte.

Kim und Kollegen gelang es nun, die Polarisationsrichtung der übertragenen Photonen mit ihrem Impuls zu "verschränken". Eine solche quantenmechanische Überlagerung ermöglicht es, den Impuls der Photonen zu messen und aus dem Ergebnis auf die Polarisation schließen zu können – ohne sie direkt zu messen und damit stören zu müssen. Die Idee eines solchen Lauschangriffs ist seit 1998 bekannt, war aber bisher nicht demonstriert worden. Die Methode hat allerdings einen entscheidenden Nachteil: Bislang benötigen die Lauscher physischen Zugriff auf den Empfänger. (wst)