China: Überholmanöver bei der Quantenkryptografie

Im Reich der Mitte geht es bei der Quantum Key Distribution rasch voran. Dazu werden Milliarden in die Hand genommen.

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Verschlüsselung, Binär, Daten, Kryptographie

(Bild: Gerd Altmann, Public Domain (Creative Commons CCo))

Von
  • Neel V. Patel

Vor gut sechs Jahren gelang es Hackern, die der US-Regierung zufolge Verbindungen zu China haben, die Computersysteme des Office of Personnel Management (OPM) zu übernehmen. Damit gelangten sensible Informationen in die falschen Hände, die Millionen Beamte und Vertragsarbeiter des Staates betrafen. Es waren Daten, die normalerweise nur gesammelt werden, wenn Hintergrundüberprüfungen durchgeführt werden – sehr persönliche Angaben. Die gute Nachricht: Trotz der massiven Sicherheitslücken beim OPM waren immerhin Teile der Informationen verschlüsselt und damit offenbar nutzlos für die Angreifer.

Doch das muss nicht so bleiben. Das meint zumindest John Prisco, Chef der Cybersicherheitsfirma Quantum Xchange aus Bethesda in Maryland. Es sei "nur eine Frage der Zeit, bevor selbst verschlüsselte Daten bedroht sind", wie er auf einer Konferenz der US-Ausgabe von Technology Review mitteilte. China verfolgt seinen Angaben zufolge die Forschung an der Quantencomputer-Technik derart aggressiv, dass es dem Land gelingen könnte, selbst fortgeschrittene Verschlüsselungsverfahren zu knacken. Diese Bedrohung existiert schon seit mehreren Jahren, obwohl sie sich bislang als Science-Fiction erweisen hat. Doch wenn Quantencomputer wirklich einmal praktikabel sind, könnten alle bekannten Kryptotechniken bedroht sein.

Prisco zufolge verfolgt Peking einen "heute ernten, morgen lesen"-Ansatz. Das Land versuche, so viele verschlüsselte Daten wie möglich zu sammeln, selbst wenn diese heute nicht lesbar seien. In Zukunft erwarte man, es dennoch zu können. China gebe im Bereich der Quantencomputer-Technik zehn Mal mehr Geld aus als die Vereinigten Staaten. So sollen rund 10 Milliarden US-Dollar allein in den Aufbau des "National Laboratory for Quantum Information Sciences" geflossen sein, das 2020 eröffnen soll (auch wenn diese Summe bestritten wird). In Amerika will man hingegen in den kommenden fünf Jahren nur 1,2 Milliarden Dollar in die Quanten-Informationssicherheit stecken. "Wir sind nicht wirklich abgesichert", so Prisco.

Ein Teil des massiven Investments der Chinesen geht direkt in die Quantensicherheit. Dazu gehören Verfahren der sogenannten Quantum Key Distribution, kurz QKD. Dabei geht es um das Versenden verschlüsselter Daten in Form klassischer Bits (also strikt binärer Informationen) über ein Glasfasernetzwerk, während die zur Entschlüsselung notwendigen Informationen in Form von unknackbaren Qubits übertragen werden. Dank der quantenmechanische Überlagerung von Zuständen reicht hierbei schon der Versuch, die Qubits mitzuschneiden, um diese zu verändern, was Sender und Empfänger sofort über einen möglichen Angriff informiert.

Noch hat das Verfahren jedoch Einschränkungen. Bei QKD müssen die Photonen, die als Informationsträger dienen, über enorm große Distanzen verschickt werden. Das lässt sich derzeit nur durch die teure und zeitaufwendige Installation von Glasfasernetzwerken umsetzen.

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Narrensicher ist die Technik ebenfalls nicht. Die Signale streuen sich und brechen letztlich weg, wenn sie über lange Glasfasernetzwerke versendet werden. Man muss Knoten einbauen, um eine Signalverstärkung zu leisten. Zudem handelt es sich stets um Punkt-zu-Punkt-Verbindungen, man kann also nur mit jeweils einer Gegenpartei kommunizieren. Dennoch ist, sagt Prisco, China bei QKD-Netzwerken "all in". So wurde bereits eine 2.000 Kilometer lange Verbindung zwischen Peking und Shanghai zur Übertragung von Quantenschlüsseln gebaut. Zudem wurde von einer erfolgreichen QKD-Demonstration über den chinesischen Micius-Satelliten zwischen Peking und Wien berichtet – mehr als 7.500 Kilometer entfernt.

Und auch in Europa will man die Technik voranbringen. Die OPENQKD-Initiative der Europäischen Union nutzt eine Kombination aus Glasfasertechnik und Satelliten, um ein QKD-abgesichertes Kommunikationsnetzwerk über 13 Nationen zu schaffen. Die Vereinigten Staaten von Amerika, so Prisco, seien "unglaublich im Hintertreffen". Es fehle an Dringlichkeit bei dem Projekt. Aktuell existiert nur ein 800 Kilometer langes Glasfaserkabel an der Ostküste. Priscos Firma Quantum Xchange hat einen Vertrag abgeschlossen, um das Kabel zum Aufbau eines QKD-Netzwerks zu verwenden, mit dem sichere Datentransfers für ihre Kunden durchgeführt werden sollen – insbesondere Finanzfirmen im Umfeld von New York City.

Während Europa und China QKD also sehr ernst nehmen, müssen die USA ihre Aufholjagd erst starten. "Das ist dem Rennen zum Mond sehr ähnlich. Wir können es uns nicht leisten, auf dem zweiten Platz zu landen", sagt Prisco.

(bsc)