HQS
Hardware-basierte Quantensicherheit
Motivation
Die technologische Entwicklung der Informations- und Kommunikationstechnologien führt zu einem rasanten wirtschaftlichen Fortschritt. Die weitreichende Digitalisierung zog stetig steigende Datenströme nach sich. Folglich können bestehende und neu hinzugekommene Systeme zum Ziel heftiger Angriffe werden und müssen durch leistungsstarke kryptographische Verfahren geschützt werden. Die Idee eines Quantencomputers kann in der nahen Zukunft möglicherweise zur Realität werden. Dieses Szenario fordert einen Wandel bei den bestehenden und weitverbreiteten Kryptographieverfahren.
Ansatz und Ziele
Das Projekt „Hardware-basierte Quantensicherheit“ (HQS) nimmt sich zum Ziel, neue, sichere und marktfähige Kommunikationssysteme zu schaffen. Zu diesem Zweck kombinieren die Konsortialpartner neu entwickelte Hardware, entwerfen Schnittstellen für verschiedene Technologien und führen gründliche Sicherheitsanalysen durch. Die hohen Standards der Konsortialpartner erleichtern die Integration der Kommunikationssysteme in zukunftssichere Verschlüsselungsplattformen und hochsichere IKT-Infrastrukturen. Dabei sind vor allem sogenannte Post-Quanten-Verfahren, also Verfahren, die auch Angriffen mit Quantencomputern widerstehen, weltweit zu einem zentralen Forschungsziel geworden. Während dazu neue mathematische Modelle für den Einsatz in softwarebasierten Kryptographieverfahren entwickelt werden, existiert mit der Quantenschlüsselverteilung (QKD, engl. Quantum Key Distribution) ein hardwarebasiertes Verfahren, das auf physikalischen Prinzipien aufbaut und daher bereits heute gegen alle Angriffe eines Quantencomputers gewappnet ist. Weitere Vorteile ergeben sich durch den Einsatz von Quanteneffekten auch für hardwarebasierte Zufallszahlengeneratoren sowie für hardware-intrinsische Sicherheitskomponenten.
Um angriffsresistente Hardware für Post-Quanten-Kryptographie und Kommunikation zur Verfügung zu stellen, setzt sich das HQS-Konsortium folgende Ziele:
- Entwicklung robuster, zuverlässiger Optikmodule für QKD-Sender und ‑Empfänger für Infrarot- und Telekommunikations-Wellenlängen in Glasfaserkabeln
- Definition und Implementierung von Schnittstellen zwischen QKD-Modulen und sicheren Verschlüsselungsplattformen für städtische Telekommunikationsnetzwerke und Weitverkehrsnetz-Verbindungen
- Entwicklung und Test von Elektronik und Optik im Hinblick auf Sicherheit gegen Seitenkanal- und fehlerprovozierende Angriffe
- Demonstration von QKD in kommerziell betriebenen Glasfasernetzen
- Entwicklung und Sicherheitsanalyse für Quanten-PUF (physikalisch unklonbare Funktionen) und von QKD-basierten Authentifikationsschemata
Projektorganisation
HQS ist ein gemeinsames Forschungsprojekt, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert wird. Am Projekt sind verschiedene fachspezifische Partner aus Forschung und Industrie beteiligt. Das BMBF ist der Träger dieses Projekts im Rahmen der Ausschreibung „Hightech für IT-Sicherheit“. Die LMU München ist für die Projektleitung verantwortlich.
- Projektmanagement: VDI/VDE Innovation + Technik GmbH
- Konsortium: LMU München, Technische Universität München, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts, Rohde & Schwarz Cybersecurity GmbH, noris network AG, Tesat-Spacecom GmbH & Co. KG
- Projektlaufzeit: 01/2017 – 12/2019