Verschlüsselungstechniken 31.08.2018, 07:31 Uhr

Stuttgarter bauen Quantenrepeater für abhörsichere Datenübertragung

Forscher der Universität Stuttgart erhalten 1,6 Millionen Euro an Fördergeldern, um einen Quantenrepeater zu entwickeln. Er soll eine sichere Datenübertragung auf langen Distanzen ermöglichen.

Datenpunkte über einem Netz

Die Quantenkommunikation gilt als vielversprechende Lösung für den sicheren Datenaustausch.

Foto: panthermedia.net/Xenia_design

Die Verschlüsselung von Informationen mit Hilfe der Quantenkommunikation (Quantenkryptografie) gilt als eine vielversprechende Lösung für den sicheren Datenaustausch. In der Praxis ist sie allerdings noch mit einigen Problemen behaftet. Das größte ist die Entfernung. Denn bei einer Übertragung auf langen Distanzen gehen in den Glasfaserkabeln die wesentlichen Informationen verloren – Strecken über hundert Kilometer Länge werden schon als Erfolg verbucht. Die Lösung soll ein Quantenrepeater sein, der an der Universität Stuttgart gebaut wird.

Sichere Datenübertragung dank Quantenkommunikation

Die Digitalisierung hat den Datenaustausch erheblich vereinfacht. Bei sensiblen Informationen ist sie jedoch immer mit der Frage verbunden, wie eine möglichst große Sicherheit vor Hackerangriffen gewährleistet werden kann. Die Quantenkommunikation gilt dabei als zukunftsträchtige Lösung, weil es schwer möglich ist, die Daten abzufangen. Der Verschlüsselungscode wird auf den kleinsten Einheiten (Qubits) gespeichert. Das sind zum Beispiel Lichtphotonen, bei denen sich die Schwingungsrichtung des elektrischen Feldes verändern lässt (Polarisationszustand) – sie entspricht dann, je nach Richtung, den bekannten Bit-Werten 0 und 1 der Computersprache.

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Der Clou besteht darin, dass ein Teilchen übertragen wird, das mit einem anderen verschränkt ist. Das heißt, nach den Gesetzen der Quantenphysik herrscht zwischen ihnen eine Verbindung – unabhängig davon, wie weit sie voneinander entfernt sind. Durch diese Verbindung stellen beide Teilchen fest, in welchem Zustand das jeweils andere ist. Eine Messung des gesendeten Teilchens würde jedoch seinen Zustand verändern. Der Empfänger bemerkt also, dass der Verschlüsselungscode abgefangen wurde. Statt ihn zu verwenden, könnte er einen neuen Code anfordern. Die eigentlichen Daten wären weiterhin geschützt.

Informationen über lange Distanzen sicher senden

Um Informationsverlust auf langen Strecken zu vermeiden, sind jedoch Zwischenstationen nötig. Dort werden die Informationen ausgelesen und neu verschickt – deswegen gelten sie als Sicherheitsschwachstellen. Der Quantenrepeater soll daher die empfangenen Informationen an den Zwischenstationen eins zu eins weitergeben, ohne sie zu entziffern.

An der Universität Stuttgart sind drei Institute an der Entwicklung des Quantenrepeaters beteiligt. Sie arbeiten unter anderem mit weiteren 20 wissenschaftlichen Partnern zusammen. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung stellt für das Projekt „Quanten-Link-Erweiterung“, kurz Q.Link.X bis zum Jahr 2021 insgesamt 1,6 Millionen Euro zur Verfügung.

Erfolgreiche Hackerangriffe auf Datenleitungen

Hundertprozentig sicher ist übrigens auch die Verschlüsselungstechnik der Quantenkryptografie nicht. Hackern ist es bereits auf verschiedenen Wegen gelungen, Informationen der Quantenkommunikation abzufangen. Beispielsweise maßen sie nur bei einem geringen Teil der Photonen die Eigenschaften. Das reichte aus, um den Schlüssel abzufangen, das Übertragungssystem schlug aber keinen Alarm, weil es auch einen geringen natürlichen Verlust gibt, ohne den der Schlüssel trotzdem funktioniert. Wissenschaftler der norwegischen Universität Trondheim schafften es sogar, die Informationen komplett abzufangen und mit einem Laser wieder an den Empfänger weiterzuleiten. So hatten sie den Schlüssel, ohne dass es eine Warnmeldung gab. Dennoch gilt die Quantenmechanik als das derzeit sicherste System, da es technisch hoch kompliziert und aufwendig ist, an die Daten zu gelangen.

Übrigens arbeiten die Chinesen bereits an einer Alternative zu Glasfaserkabeln. Im Rahmen eines internationalen Forschungsprojektes ist es ihnen gelungen, über den Quantensatelliten „Micius“ eine sichere Datenverbindung nach Österreich herzustellen.

 

Über einen generellen Internetempfang, auch in abgelegenen Regionen denken ebenfalls viele Unternehmen nach. SpaceX-Chef Elon Musk will den Internetempfang mit erdnahen Satelliten verbessern – einem Ansatz, den mittlerweile auch Facebook verfolgt (wir berichteten), nachdem es seine Entwicklung für die Internetdrohne Aquila stoppte. Ebenso wie Google setzte das soziale Netzwerk ursprünglich auf Drohnen und ist mittlerweile umgeschwenkt. Google arbeitet im Projekt Loon mit Stratosphärenballons, die eine Fläche von 5.000 Quadratkilometern abdecken sollen. In dem Artikel erfahren sie auch, wer hinter welchen namhaften Projekten steckt und wie die Datenübertragung von der Stratosphäre auf die Erde aussehen soll.

Ein Beitrag von:

  • Nicole Lücke

    Nicole Lücke macht Wissenschaftsjournalismus für Forschungszentren und Hochschulen, berichtet von medizinischen Fachkongressen und betreut Kundenmagazine für Energieversorger. Sie ist Gesellschafterin von Content Qualitäten. Ihre Themen: Energie, Technik, Nachhaltigkeit, Medizin/Medizintechnik.

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