Ein Quantensprung in der Kryptographie

Bis vor kurzem wurde die Quantenverschlüsselung in spezialisierten Labors versteckt.

Aber ihre Befürworter sagen, dass die Technologie, bei der einzelne Lichtteilchen oder Photonen verwendet werden, um Daten zu kodieren, jetzt bereit ist, den Sprung in die reale Welt zu wagen. In den letzten Monaten haben die beiden großen Anbieter von Quantenverschlüsselungsprodukten, id Quantique und MagiQ Technologies, Produkte der zweiten Generation auf den Markt gebracht, die ihrer Meinung nach einfacher zu bedienen sind – das heißt, sich an Netzwerkadministratoren und nicht an Wissenschaftler richten.

Inzwischen wird diese Spitzentechnologie nicht nur einfacher zu verwenden, sondern auch die jüngsten Entwicklungen können ihr ein größeres Anwendungsspektrum erschließen, z. Die japanischen Elektronikgiganten NEC Corp. und Toshiba Research Europe Ltd. sowie der führende US-amerikanische Technologieentwickler BBN Technologies haben alle Erfolge bei der Erweiterung des Bereichs und der Länge der Quantenschlüsselgenerierung, der Codierung von Video- und Audiodateien und der Übertragung der Schlüssel oder der Kommunikation über die Luft sowie Glasfaser.



Sicherlich haben Wissenschaftler in den zwei Jahrzehnten seit der Einführung der Idee der Quantenkryptographie einen langen Weg zurückgelegt. Dennoch ist die Technologie größtenteils in der F&E-Phase geblieben, da die Forscher mit mehreren technischen Herausforderungen zu kämpfen hatten. Vor allem die Entfernung, über die sie Schlüssel transportieren konnten, und die Fähigkeit, einzelne Photonen zu erzeugen, waren begrenzt.

In der Quantenkryptographie repräsentieren einzelne Lichtteilchen Einsen und Nullen in einem binären Verschlüsselungsschlüssel. Um die eigentliche Information zu kodieren, werden die Photonen vom Sendersystem polarisiert, d. h. die Lichtwellen werden in einer einzigen Ebene organisiert. Am anderen Ende misst ein Empfänger dann die Polarisation, um die Informationen abzurufen.

Da die Quantenschlüssel selbst so groß sein können wie die zu verschlüsselnden Daten, können Benutzer undurchdringliche Verschlüsselungen verwenden, so Josh Kessler, Analyst und Produktmanager der Bostoner TowerGroup. Solche Verschlüsselungen sind äußerst sicher, da der Schlüssel nie wiederholt wird und so lang wie die Nachricht selbst ist, im Gegensatz zur Verschlüsselung mit öffentlichem Schlüssel, bei der der Schlüssel kürzer ist.

Die Macht der Quantenkryptographie erwächst eigentlich aus einem der Schlüsselprinzipien der Quantenmechanik: Auf atomarer Ebene wird jedes beobachtete Objekt auch verändert. Infolgedessen würde jemand, der versucht, quantenverschlüsselte Daten zu stehlen, indem er die Photonen auf ihrer Reise misst, den Schlüssel ändern – eine Handlung, die legitime Benutzer erkennen könnten.

Fast zwei Jahrzehnte lang haben sich die von Rivest, Shamir und Adleman (RSA) entwickelten Sicherheitsprotokolle für die Verschlüsselung mit öffentlichen Schlüsseln bewährt. Die jüngsten Sicherheitsverletzungen bei der Bank of America Corp., Wachovia Corp. und LexisNexis – die die finanziellen und persönlichen Daten Hunderttausender Verbraucher kompromittiert haben – haben jedoch das wachsende Problem des Datendiebstahls aufgedeckt. Obwohl diese Skandale nicht unbedingt auf eine schwache Verschlüsselung oder Schlüsselverteilung zurückzuführen waren, haben sie die Notwendigkeit einer besseren Sicherheit für die sensibelsten Daten von Unternehmen stärker betont.

Es überrascht nicht, dass die Zielsektoren für Quantensicherheit derzeit Finanzdienstleistungsunternehmen, Telekommunikationsunternehmen und Regierungsbehörden sind – Organisationen, die mit hochsensiblen Informationen umgehen und auch die tiefen Taschen haben, um für einen besseren Schutz zu bezahlen.

Auf der Messe Infosecurity Europe 2005 in London im April konnten sich potenzielle Kunden über den neuesten Stand der Quantenkryptographie informieren. Das in Genf ansässige id Quantique präsentierte sein neues schlüsselfertiges Verschlüsselungssystem, das eine sichere Verbindung zwischen zwei Fast Ethernet-Glasfasernetzwerken bietet, die bis zu 100 Kilometer voneinander entfernt sein können. Sein System, Vectis Link Encryptor, kombiniert die Verteilung von Quantenschlüsseln mit fortschrittlichen Verschlüsselungsstandards – die Quantenschlüssel werden sicher und kontinuierlich über eine dedizierte Glasfaserverbindung verteilt, und diese Schlüssel werden wiederum innerhalb der Appliance an eine fortschrittliche Verschlüsselungs-Engine weitergeleitet, die verwendet, um die Informationen zu verschlüsseln und zu entschlüsseln.

Roboter per Telefon gesteuert

Vectis verfügt über ein Touchpanel-Display, über das Benutzer das System überwachen können, und eine Webserver-Anwendung, die die Protokollinformationen des Systems anzeigt, unter Verwendung des Simple Network Management Protocol (SNMP v.3), mit dem Netzwerkadministratoren alle Quantenverschlüsselungs-Hardware-Appliances zentral überwachen und verwalten können in ihrem gesamten Netzwerk.

Wir haben das Ganze automatisiert, damit das ein Netzwerkingenieur machen kann, sagt Gregoire Ribordy, CEO von id Quantique, nicht nur Physiker.

Im März überarbeitete der Rivale MagiQ Technologies aus New York City sein Quantum Private Network, nachdem er Feedback von Regierungs- und Unternehmenskunden erhalten hatte, die es getestet hatten. Die neueste Version enthält jetzt leistungsstarke Sicherheitsprozessoren und kann sowohl auf Windows- als auch auf Linux-Betriebssystemen ausgeführt werden.

Bob Gelfond, CEO von MagiQ Technologies, gibt zu, dass sich auf der Quantenseite wirklich nicht viel geändert hat, aber die Vernetzung und die grundlegende Verteilung und andere Elemente wurden optimiert, um es zu einem benutzerfreundlicheren Produkt zu machen, das in das bestehende System eines Unternehmens integriert werden kann.

Mit einer geschäftsfreundlicheren Schnittstelle ist MagiQ dabei, Vereinbarungen mit Originalgeräteherstellern (OEM) abzuschließen, die dazu führen würden, dass ihre Quantenkryptographie-Produkte bereits 2006 in die Hardware großer Hersteller integriert werden.

Kleine Anbieter wie MagiQ und id Quantique haben sich in diesem Bereich zwar bereits behauptet, werden aber nicht lange allein sein. Im Mai stellte das Cambridge Research Laboratory von Toshiba im Vereinigten Königreich seinen jüngsten Fortschritt vor: ein Quantenkryptografiesystem, das verwendet werden kann, um Echtzeit-Video und -Sprache mit bis zu 100 Bildern oder Schlüsseln pro Sekunde zu kodieren. Die Entwickler glauben, dass die Technologie es Unternehmen und Regierungen praktisch machen wird, Videoverbindungen über eine Glasfaserverbindung abzusichern.

Dr. Andrew Shields, Gruppenleiter für Forschung und Entwicklung für Quantenkryptographie bei Toshiba Cambridge und Leiter des Projekts, glaubt, dass das System in ein paar Jahren auf den Markt kommen soll. Während das verschlüsselte Video aufgrund der endlichen Bildraten der Kamera etwas sprunghaft ankommt, sieht es laut Shields ziemlich gut aus. Wir haben eine sehr gute Reaktion bekommen. Die Leute waren ziemlich überrascht, aber erfreut darüber, dass diese Anwendungen jetzt real sind.

Im Mai gaben Forscher von NEC Corp. bekannt, dass es ihnen mit Hilfe des National Institute of Information and Communications Technology und der Japan Science and Technology Agency gelungen ist, Quantenschlüssel schneller und nachhaltiger als bisher möglich zu generieren . Der in Tokio ansässige IT- und Netzwerkgigant konnte zwei Wochen lang kontinuierlich Schlüssel mit durchschnittlich 13 Kilobit pro Sekunde (kbps) über ein 16 Kilometer langes kommerzielles optisches Netzwerk generieren – die Art von Leistung, die letztendlich die Erzeugung und Verteilung von Quanten Schlüssel noch einfacher und nahtloser für Unternehmen.

Kessler von der TowerGroup sagt, dass NEC kürzlich zahlreiche Patente im Zusammenhang mit Quantensystemen erworben hat und er erwartet, dass das Unternehmen innerhalb des Jahres ein kommerzielles Produkt auf den Markt bringen wird.

Kazuo Nakamura, Senior Manager für die Grundlagen- und Umweltforschungslabore von NEC, glaubt, dass die fast achtjährige engagierte Forschung seines Unternehmens auf dem Gebiet der Quantenkryptographie ihnen helfen wird, Konkurrenten zu überholen, die bereits Produkte verkaufen.

Wir glauben, dass unsere anhaltenden F&E-Bemühungen NEC einen klaren Technologievorteil gegenüber [MagiQ und id Quantique] verschafft haben, sagt Nakamura. Bevor der Markt die Quantenkryptographie akzeptiert, müssen Produkte niedrigere Systemkosten, höhere Stabilität und einen noch schnelleren Betrieb über größere Entfernungen erreichen.

Die vielleicht vielversprechendste Entwicklung der Quantenkryptographie ist jedoch die jüngste Ankündigung von BBN Anfang Juni, zusammen mit dem britischen Partner QinetiQ Ltd. eine funktionierende drahtlose Version des Quantenkryptographie-Netzwerks entwickelt zu haben.

Chip Elliott, leitender Ingenieur des BBN mit Sitz in Cambridge, MA, sagt, dass sie ein sogenanntes Freiraum-Quantenkryptografie-Netzwerk geschaffen haben, das Quantenschlüssel oder verschlüsselte Kommunikation über etwa 24 Kilometer mit an jedem Punkt aufgereihten Teleskopen senden kann. ohne Glasfaser.

Mit der gleichen Technologie könnten Unternehmen quantenverschlüsselte Kommunikation über einen Satelliten hin und her senden. Elliott sagt, dass die Freiraum-Quantenkryptographie zwar noch nicht so weit in der Entwicklung ist wie die kabelgebundene Variante, die Systeme jedoch einfacher und billiger zu implementieren sein werden, da die erforderlichen Komponenten kostengünstiger sind. Er sagt, dass bis zum Jahresende möglicherweise sogar Verschlüsselungsprodukte für freien Speicherplatz für Unternehmen und Regierungen verfügbar sein werden.

Ray Trygstad, stellvertretender Direktor für Informationstechnologie des Rice-Campus des Illinois Institute of Technology in Wheaton, IL, ist vom Potenzial der Freiraum-Quantenkryptografie begeisterter als von Systemen, die Glasfasern verwenden. Letztendlich betrachtet er freien Speicherplatz als bevorzugte Methode, um Bezahlfernsehen oder geheime Telefongespräche abzusichern, oder kurzfristig für Unternehmen, um ihren Mitarbeitern auf ihrem Firmengelände einen wirklich sicheren drahtlosen Zugang zu bieten.

Da die drahtlose Sicherheit traditionell sehr schwach ist, könnte laut Trygstad die Kopplung von Freiraum-Quantenkryptographie mit WiMax einen größeren Vorteil bieten.

Es scheint, dass sich die Quantenkryptographie schneller von den Tafeln der Wissenschaftler in die Vorstandsetage gewandelt hat, als selbst viele scharfe Beobachter für möglich gehalten hätten.

Dennoch bleiben Herausforderungen. Trygstad glaubt, dass in den nächsten Jahren nur wenige High-End-Finanzunternehmen und Regierungsbehörden Quantenverschlüsselung verwenden werden, um ihre sensibelsten Informationen zu sichern, da die Kosten immer noch relativ hoch sind – rund 100.000 US-Dollar für zwei Verbindungspunkte. Viele Unternehmen entscheiden sich möglicherweise dafür, diese Sicherheitsbudget-Dollars in anderen Bereichen zu verwenden, die stärker gefährdet sind.

Kessler argumentiert in seiner Forschung jedoch, dass insbesondere Finanzdienstleistungsunternehmen den Einsatz der Quantenkryptographie in Betracht ziehen sollten, da derzeit in der mathematischen Welt Durchbrüche stattfinden, die rechnergestützte Verschlüsselungsverfahren wie RSA erheblich schwächen könnten. Ein wichtiges Beispiel: Mathematiker stehen möglicherweise kurz davor, die Riemannsche Hypothese zu beweisen, die beschreibt, wie viele Primzahlen unterhalb eines bestimmten Wertes existieren. Wenn dies bewiesen ist, argumentiert Kessler, könnte eine Person das Factoring hinter einem RSA-Verschlüsselungsschema mit weniger Berechnungen herausfinden.

Auch für die Quantenkryptographie ist die Entfernung weiterhin problematisch. Da seine Schlüssel unterwegs nicht gemessen oder manipuliert werden können, funktionieren herkömmliche Repeater nicht – die meisten Quantensysteme können also nur Daten zwischen zwei Verschlüsselungsgeräten zwischen 100 und 150 Kilometern weiterleiten.

Diese Entfernungsbeschränkungen verbessern sich kontinuierlich mit einer besseren Photonenerzeugung und Faseroptik sowie einer insgesamt besseren Übertragungstechnologie, sagt Kessler, aber die Entfernung bleibt das einschränkendste Element der Quantenschlüsselverteilung.

Einige Benutzer können das Problem lösen, indem sie Systeme miteinander verknüpfen, sodass die Informationen im Wesentlichen an jedem Punkt auf dem Weg entschlüsselt und neu verschlüsselt werden. Gelfond behauptet auch, dass die Entfernungsbegrenzung für viele seiner Kunden kein Problem darstellt, da sie Informationen innerhalb des U-Bahn-Kerns übertragen und sichern – zwischen einer Hauptniederlassung und einem Backup-Standort, der nur wenige Blocks entfernt sein kann, oder Etagen, weg.

Shields und Ribordy sagen, dass Quantenrepeater entwickelt werden, und Shields glaubt, dass sie innerhalb von fünf Jahren Realität werden können. Während die meisten Unternehmen darauf warten, dass die Kosten sinken und die technologischen Herausforderungen gemeistert werden, sehen Early Mover wie MagiQ, id Quantique und NEC immer noch die Chance auf dem kommerziellen Markt.

Singen lernen App

Einige Unternehmen wissen, dass die Kommunikation der sensibelsten Daten die höchstmögliche Sicherheit gewährleistet, sagt Nakamura von NEC, und werden entsprechende Budgets bereitstellen, um dies zu gewährleisten. Wir sehen diese Art von High-End-Benutzern als den wichtigsten Ausgangsmarkt für die Quantenkryptographie.

Karen Epper Hoffman schreibt von ihrem Zuhause in Poulsbo, WA, über Geschäfts- und Technologiethemen.

verbergen

Tatsächliche Technologien

Kategorie

Unkategorisiert

Technologie

Biotechnologie

Technologierichtlinie

Klimawandel

Mensch Und Technik

Silicon Valley

Computer

Mit News Magazine

Künstliche Intelligenz

Platz

Intelligente Städte

Blockchain

Reportage

Alumni-Profil

Alumni-Verbindung

Mit News Feature

1865

Meine Sicht

77 Mass Avenue

Treffen Sie Den Autor

Profile In Großzügigkeit

Auf Dem Campus Gesehen

Lerne Den Autor Kennen

Alumni-Briefe

Nicht Kategorisiert

77 Massenallee

Rechnen

Tech-Richtlinie

Lernen Sie Den Autor Kennen

Nachrichten

Wahl 2020

Mit Index

Unter Der Kuppel

Feuerwehrschlauch

Unendliche Geschichten

Pandemie-Technologieprojekt

Vom Präsidenten

Titelstory

Fotogallerie

Empfohlen