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17. August 2008, NZZ am Sonntag
Lauschangriff absolut zwecklos
Lauschangriff absolut zwecklos
Sichere Übertragung von Informationen dank Quantenkryptografie
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Was als kurze Pressemeldung daherkommt, stellt vielleicht eine kleine kommunikationstechnische Revolution dar: Ein neuer Quantenkryptografie-Chip überträgt Informationen sicher und deckt jeden Versuch von Spionage auf.
Von Roland Wengenmayr
Was als kurze Pressemeldung von Siemens daherkommt, stellt vielleicht eine kleine kommunikationstechnische Revolution dar. Eine Siemens-Tochter hat zusammen mit österreichischen Wissenschaftern den weltweit ersten Quantenkryptografie-Chip entwickelt. Die sogenannte Quantenkryptografie verspricht eine absolut abhörsichere Kommunikationstechnik, weil sie jeden Lauschangriff entdeckt. Das macht sie nicht nur für Militär und Geheimdienste hochattraktiv, sondern auch für Wirtschaftsunternehmen, die sich vor Spionage schützen wollen.
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Quantenkryptografische Kommunikationssysteme sind seit einigen Jahren auf dem Markt. Pionier ist die 2004 in Genf gegründete Firma id Quantique, inzwischen gesellten sich noch MagiQ aus New York und die französisch-amerikanische Neugründung Smart Quantum dazu. Ihre Produkte sind allerdings teure Kleinserien und erinnern noch stark an die Physiklabors, aus denen sie stammen. Sie bestehen aus relativ grossen Elektronik-Kisten an den Enden einer optischen Übertragungsstrecke aus Glasfasern. Vor allem können sie derzeit nur zwei Partner abhörsicher verbinden, was ihren Markt stark einschränkt.
«Wir haben die Elektronik für ein Quantenkryptografie-System erfolgreich auf einem Chip untergebracht», erklärt nun Ilse Wimberger, die das Forschungsprojekt bei Siemens IT Solutions and Services in Wien leitet.
Grossversuch geplant
Ihr Kollege Wolfgang Richter bringt das zweite grosse Projekt ins Gespräch: Gemeinsam mit Forschern aus elf Ländern Europas arbeitet Siemens an einem quantenkryptografischen Netz. Darin sollen «beliebig viele Teilnehmer», so Richter, abhörsicher miteinander kommunizieren können. Seinen ersten öffentlichen Auftritt wird es im Oktober auf einer Fachtagung in Österreich haben. Es soll dann fünf Niederlassungen von Siemens in Wien und im 90 Kilometer entfernten Sankt Pölten abhörsicher vernetzen. Mehrere Forschungsgruppen werden darin verschiedene Quantenkryptografie-Systeme testen, sogar Telefongespräche und Videoübertragungen sind geplant.
Erst solche Netze für viele Teilnehmer dürften der Quantenkryptografie zu einem breiteren Markt verhelfen. Derzeit begrenzen zudem die empfindlichen Quantensysteme die Übertragungsstrecken noch auf grob 100 Kilometer. Das reicht jedoch für die meisten firmeninternen Netzwerke vollkommen aus. Entsprechend «heiss» ist das Forschungsgebiet: Firmen wie Hewlett-Packard, IBM oder Toshiba sind ebenfalls aktiv.
Quantenkryptografische Techniken basieren auf komplexer Physik, aber das Prinzip ist einfach zu verstehen. Wer einem Partner abhörsichere Informationen senden will, verschlüsselt diese. Der Partner hat den Schlüssel und kann damit die Botschaft entziffern. Heute gibt es nahezu unknackbare Schlüssel – auch ohne Quantenphysik. Das Problem ist die sichere Übermittlung dieses Schlüssels zwischen den Partnern: Selbst der zuverlässigste Kurier könnte käuflich sein oder ein geheimer Übertragungsweg verraten werden.
Allein die Quantenphysik garantiert einen absolut abhörsicheren Austausch des Schlüssels. Jeder Lauschangriff verändert nämlich unweigerlich den physikalischen Zustand der Quantenteilchen, die die Information übermitteln. Diese Spur können die Sende- und Empfangssysteme der Kommunikationspartner zuverlässig registrieren und sofort einen neuen Quantenschlüssel erzeugen. Genau das macht der Chip-Prototyp von Siemens. An seiner Entwicklung waren Forscher der TU Graz und des Austrian Research Centers beteiligt.
Elegante Lösung
Im Prinzip lassen sich verschiedene Quantenteilchen für diese Übertragungstechnik einspannen. In der Praxis haben sich jedoch Lichtquanten durchgesetzt: Photonen sind gegen Störungen viel unempfindlicher als etwa Elektronen, die auf die allgegenwärtigen elektromagnetischen Felder reagieren. Das ist besonders wichtig bei den hochempfindlichen Quantenzuständen des optischen Systems, das der berühmte Quantenphysiker Anton Zeilinger von der Universität Wien mit seinem Team in das Netzexperiment einbringt. Zeilinger initiierte auch die Kooperation mit Siemens.
Dieses Kommunikationssystem arbeitet mit «verschränkten» Lichtquanten und nutzt so eine besonders faszinierende Quanteneigenschaft: Die Photonen, die das System den Kommunikationspartnern zuschickt, formen ein gemeinsames Quantenobjekt. Es dehnt sich durch die Glasfaser aus, bis es die Partner erreicht. Ein so grosses Quantenobjekt reagiert auf jeden Abhörversuch durch sofortigen Zerfall, der absolut sicher messbar ist.
Das ist besonders elegant im Vergleich zu den heutigen kommerziellen Systemen, die keine verschränkten Quanten benutzen. Daher müssen diese – je nach spezieller Technik – die durch Quanteneigenschaften garantierte Sicherheit auf anderem Weg herstellen. Technisch lassen sie sich allerdings einfacher realisieren, weshalb sie bereits auf dem Markt sind.
Wann Siemens aus der neuen Netzwerktechnik und dem quantenkryptografischen Chip kommerzielle Produkte machen will, ist offen. Zunächst wollen die Verantwortlichen die Erfahrungen mit dem Grossversuch im Oktober abwarten. Eine absolut abhörsichere Kommunikationstechnik sollte in unserem globalen Dorf durchaus zahlungskräftige Interessenten finden.
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