Abhörsichere Daten 03.04.2013, 12:37 Uhr

Flugzeug sendet Quantenschlüssel an Bodenstation

Ein gelungenes Experiment öffnet neue Wege für die abhörsichere Übertragung verschlüsselter Daten: Forscher haben erstmals einen Quantenschlüssel aus dem Flugzeug heraus an eine Bodenstation gesendet. Zielgenau aus einer Höhe von 20 Kilometern.

Optische Bodenstation im Einsatz.

Optische Bodenstation im Einsatz.

Foto: DLR

Von unleserlichen Buchstabencodes, die in klassischen Spionageromanen von Freund oder Feind geknackt werden, bis zur modernen Quantenkryptografie hat die Verschlüsselungstechnik einen weiten Weg zurückgelegt. Aktuelle kryptografische Verfahren benutzen keine Buchstaben sondern, entsprechend der Arbeitsweise von Computern, einzelne Bits von Daten. Die Quantenkryptografie verwendet quantenmechanische Zustände von Lichtteilchen, um Daten zu verschlüsseln. Mit dem „Quantenschlüssel“, einer gemeinsamen Zufallszahl für zwei Parteien, kann die Nachricht abhörsicher übertragen werden.

Hohe Zielgenauigkeit aus dem Flugzeug heraus

Ein entscheidender Vorteil der Quantenkryptografie ist ihre Sicherheit. Wird eine so gesicherte Kommunikation abgehört, wirkt sich das auf das Verhalten der Lichtteilchen aus und kann dadurch sofort bemerkt werden. Bislang hat das Verfahren, bei dem die Daten über Glasfaser oder durch die Luft übertragen werden, allerdings den Nachteil, dass es nur über relativ kurze Distanzen von 100 bis 200 Kilometern und zwischen stationären Einrichtungen funktioniert. Bei größeren Entfernungen wäre die Fehlerrate zu hoch. Eine Lösung könnte eine Übertragung via Satellit sein.

Außenanbau des Laserterminals an der Do228-212.

Außenanbau des Laserterminals an der Do228-212.

Foto: DLR

Hier ist den Forschern des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der Ludwig-Maximilians-Universität in München (LMU) jetzt ein Durchbruch gelungen. Aus 20 Kilometern Höhe und mit einer Geschwindigkeit von 290 Stundenkilometern schickten sie aus dem Flugzeug heraus verschlüsselte Daten per Laserstrahl an die Bodenstation des DLR in Oberpfaffenhofen. Die besondere Herausforderung sei gewesen, so die Forscher, die Lichtsignale zielgenau auf das Teleskop der Bodenstation auszurichten. „Wir wussten nicht, wie gut das klappen würde, es hatte zuvor ja noch keiner geschafft. Dann aber konnten wir einen absolut stabilen Empfang mit gutem Tracking herstellen, sogar über mehrere Minuten – das zu erleben, war großartig“, berichtet Florian Moll vom DLR-Institut für Kommunikation und Navigation.  Die Zielgenauigkeit habe über die Distanz von 20 Kilometern bei unter drei Metern gelegen, melden die Forscher.

Spiegelsystem verringert Vibrationen

Für das Experiment installierten die Wissenschaftler ein Lasersystem in das DLR-Forschungsflugzeug, eine Dornier Do 228-212. Das System kombiniert einen Sender für die Datenkommunikation mit einem zweiten Sender für die Quantenkryptografie. Mit einer ausgeklügelten Sensorik und sich drehenden Spiegeln am äußeren Rumpf und im Innern des Flugzeuges wurden Vibrationen ausgeglichen, so dass der Laserstrahl hochgenau ausgerichtet werden konnte. Das vom Flugzeug gesendete Laserlicht mit dem Quantenschlüssel wurde von der Bodenstation empfangen, mit speziell entwickelten Messgeräten aufgenommen und analysiert.

Das gelungene Experiment bringt die Wissenschaftler einen Schritt weiter zum Ziel: Die Quantenkryptografie soll auch für Satelliten einsatzfähig gemacht werden. Die Chancen, in Zukunft den abhörsicheren Austausch von Quantenschlüsseln aus dem All auf die Erde zu erleben, stehen nicht schlecht. Denn die Bedingungen des Flugexperimentes waren vergleichbar mit der Kommunikation via Satellit.

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