Quantencomputer sind unglaublich leistungsfähig. Das ist nicht nur eine Chance, sondern auch eine Gefahr. So können die mächtigen Maschinen in Zukunft unsere Verschlüsselungen von heute knacken. Man spricht hier vom sogenannten Q-Day. Und die Zeit drängt: Marc Stoecklin, Leiter der Cybersicherheit bei IBM Research, warnt auf den Swiss Cybersecurity Days davor, dass bereits heute verschlüsselte Daten gesammelt werden, um sie später mit Quantencomputern zu entschlüsseln.
Experten gehen davon aus, dass der Q-Day um das Jahr 2030 eintreten wird. Es ist jedoch bereits jetzt wichtig, Massnahmen zum Schutz zu ergreifen. Forscher entwickelten darum neue Verschlüsselungsmethoden, die auch dann noch sicher sein sollen, wenn Quantencomputer zuverlässig verfügbar sind.
Jetzt rüsten Hersteller auf
Ein Beispiel für eine solche Post-Quanten-Kryptografie ist PQ3, das entwickelt wurde, um die Kommunikation sicher zu halten. Apple hat angekündigt, PQ3 für iMessage mit dem mobilen Betriebssystem iOS 17.4 auf iPhones einzuführen. Das Update wird Anfang März erwartet.
Aber was genau ist PQ3? Laut Matthew Green, Kryptografie-Experte an der Johns-Hopkins-Universität, hat Apple zwei Änderungen vorgenommen. Neben der häufigen Neuverschlüsselung mit elliptischen Kurven wird neu auch der Post-Quantum-Secure-Algorithmus Kyber verwendet, der Nachrichten regelmässig, wenn auch etwas weniger häufig, neu verschlüsselt. Durch das regelmässige Neusetzen der Schlüssel und eine doppelte Sicherheitsschicht bietet es eine der stärksten Verschlüsselungen für Nachrichtenübertragung, die derzeit verfügbar ist.
Die neue Verschlüsselungsmethode mag zwar überdimensioniert sein, sendet aber eine wichtige Botschaft aus. «Apple setzt oft den Standard für die Branche, sowohl im Guten als auch im Schlechten», erklärt Green. Kurz vor Apple hat auch Signal angekündigt, sich für die Gefahr, die von Quantencomputern ausgeht, zu rüsten.
Qubits, oder Quantenbits, sind die grundlegenden Informationseinheiten in der Quanteninformatik, analog zu den Bits in der klassischen Informatik. Während ein klassisches Bit immer einen von zwei Zuständen hat (0 oder 1), kann ein Qubit dank der Prinzipien der Quantenmechanik Zustände in einer Überlagerung von 0 und 1 gleichzeitig annehmen. Damit nimmt die Rechenpower exponentiell zu. «So können wir mit 20 Qubits 1000 Kalkulationen parallel durchführen. Mit 33 Qubits lassen sich so viele parallele Kalkulationen durchführen, wie es Menschen auf der Erde gibt. Mit 166 Qubits sind wir bei der Anzahl Atome auf dem Planeten und mit 279 Qubits bei der Anzahl Atome im Universum», erklärt Damir Bogdan, CEO von Quantum Basel. Es ist also eine unglaubliche Rechenpower, die heutige Systeme um ein Vielfaches übersteigt.
Qubits, oder Quantenbits, sind die grundlegenden Informationseinheiten in der Quanteninformatik, analog zu den Bits in der klassischen Informatik. Während ein klassisches Bit immer einen von zwei Zuständen hat (0 oder 1), kann ein Qubit dank der Prinzipien der Quantenmechanik Zustände in einer Überlagerung von 0 und 1 gleichzeitig annehmen. Damit nimmt die Rechenpower exponentiell zu. «So können wir mit 20 Qubits 1000 Kalkulationen parallel durchführen. Mit 33 Qubits lassen sich so viele parallele Kalkulationen durchführen, wie es Menschen auf der Erde gibt. Mit 166 Qubits sind wir bei der Anzahl Atome auf dem Planeten und mit 279 Qubits bei der Anzahl Atome im Universum», erklärt Damir Bogdan, CEO von Quantum Basel. Es ist also eine unglaubliche Rechenpower, die heutige Systeme um ein Vielfaches übersteigt.
Wer hat es erfunden?
Die Schweiz spielt in diesem Zusammenhang eine wichtige Rolle. Einerseits wurde Kyber von IBM-Forschern in Zürich mitentwickelt. Andererseits erwähnt Apple in einem Blogeintrag explizit Forscherinnen und Forscher von der ETH Zürich. Ein Team um ETH-Professor David Basin hat die formale Überprüfung des Protokolls durchgeführt und damit die Sicherheit von PQ3 nachgewiesen. «Die Schweiz ist somit weltweit führend im Bereich quantensicherer Verschlüsselung», so Stoecklin.
Das Verschlüsselungsverfahren Kyber wurde zusammen mit einem weiteren (Dilithium) auch von der National Security Agency (NSA) ausgewählt, um bisherige Standards zu ersetzen. Auch im Browser Google Chrome ist Kyber bereits integriert, aber bis jetzt nicht aktiviert. Zudem setzen bereits mehrere Cloud-Dienstleister auf den neuen Standard und weitere Dienste dürften folgen.