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Quanten-Kryptografie made in USA

Das US-Unternehmen MagiQ Technologies hat nach eigenen Angaben das weltweit erste kommerziell verfügbare Komplettsystem zum verschlüsselten Datentransfer auf der Basis von Quanten-Kryptografie auf den Markt gebracht. Das Navajo Security Gateway kombiniert demnach die so genannte Quantum Key Distribution mit herkömmlichen Verschlüsselungsverfahren. Das Schweizer Unternehmen idQuantique hatte bereits seit März 2002 ein quantenkryptografisches System -- MagiQ betont aber, man biete im Unterschied zu den Schweizern statt "Einzelkomponenten" ein komplettes System, das ab 50.000 US-Dollar zu bekommen sein soll.

Die Sicherheit eines quantenkryptografischen Systems beruht auf den physikalischen Eigenschaften von Quantensystemen in überlagerten Zuständen -- beispielsweise polarisierten Photonen. Theoretisch ist ein solches System absolut abhörsicher, denn jeder Abhörversuch kann sofort nachgewiesen werden. Allerdings ist die Übertragung des Schlüssels vergleichsweise langsam und -- da die Signale äußerst schwach sind -- in der Reichweite bis auf zurzeit etwa 100 Kilometer begrenzt.

Nach den wenigen vorliegenden technischen Informationen nutzen auch die Magiq-Techniker ein mittlerweile klassisches Schema für den Quanten-Schlüsseltausch: Das elektrische Feld von polarisiertem Licht -- und damit auch von Photonen -- schwingt nur in einer Ebene. Wenn ein Polarisationsfilter in die Flugbahn von Photonen gestellt wird, sortiert dieser alle Photonen aus, die nicht in der richtigen Richtung schwingen -- wie ein Gitterrost, gegen den eine Hand voll Streichhölzer geworfen wird. Der Vergleich ist allerdings nur zum Teil richtig. Wenn ein diagonal ausgerichtetes Streichholz gegen einen Gitterrost fliegt, dessen Schlitze vertikal ausgerichtet sind, bleibt das Hölzchen liegen. Photonen verhalten sich anders: Mit 50 Prozent Wahrscheinlichkeit können sie den Filter passieren, denn die diagonale Polarisation ist eine Überlagerung von zwei um 90 Grad gedrehten -- einem horizontalen und einem vertikalen -- Polarisationszuständen, in denen sich das System gleichzeitig befindet. Nachdem das Photon den Filter passiert hat, ist diese Überlagerung zerstört. Jedes Photon, das den Filter passiert, befindet sich danach in dem Zustand, der durch den Filter definiert ist.

Die Quantenkryptografie macht sich diesen Umstand zu Nutze: Der Sender schickt polarisierte Photonen, die zufällig entweder horizontal, vertikal oder jeweils 45 Grad dazu gedreht polarisiert sind. Nur wenn der Empfänger den jeweils richtigen Polarisationsfilter wählt, bekommt er ein sinnvolles Ergebnis -- das Photon wird vom Filter durchgelassen oder blockiert. Versucht ein Spion, die Photonen abzufangen, muss er den Zustand des abgefangenen Photons messen -- und legt damit dessen Zustand fest. Mittels einer statistischen Analyse der empfangenen Photonen merken das die Schlüsselübermittler. Auch eine exakte Kopie der Photonen müssen sie nicht fürchten, denn das verbietet die Natur.

Allerdings darf der Sender immer nur ein Photon auf einmal senden. Schickt er einen ganzen Klumpen Photonen los, die alle dieselben Eigenschaften haben, kann ein Spion ein Photon aus dieser Lieferung abzweigen, ohne die Übertragung zu stören. Das Signal ist also idealerweise immer sehr schwach. Dazu kommt das Rauschen im Detektor und in den Verstärkern, dass der Quantum Bit Error Rate überlagert ist. (wst)

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