Bayerisch-österreichische Studie zu EU-weiter Quantenverschlüsselung Grenzenlos sichere Kommunikation

Nach Mitteilung des Bayerisches Staatsministerium für Digitales macht eine bayerisch-österreichische Studie den Weg frei für eine quantenverschlüsselte und damit abhörsichere Verbindung verschiedener Anbieter in mehreren EU-Ländern.

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Die Quantentechnologie kann einen wesentlichen Beitrag zur sicheren nationalen und europäischen Kommunikation liefern. Dies ist eine zentrale Erkenntnis der Gemeinschaftsstudie im Auftrag des Bayerischen Staatsministeriums für Digitales und des österreichischen Bundesministeriums für Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mobilität, Innovation und Technologie.

Ziel der Studie war es, die Machbarkeit für eine länderübergreifende Quantenkommunikationsinfrastruktur (QCI) aufzuzeigen und quantenverschlüsselte Netzwerke verschiedener Betreiber über entsprechende Schnittstellen miteinander zu verbinden. Bisher war diese Form der Interoperabilität nicht möglich, es konnten nur Netze einheitlicher Betreiber miteinander kommunizieren. Der folgende Schritt, die Pilotierung, wäre eines der ersten transnationalen Projekte dieser Art und ein weiterer Schritt zu einer abhörsicheren Verbindung zwischen allen europäischen Mitgliedstaaten.

Unter Beteiligung von AIT und Telekom

Nachdem die Europäische Kommission im April des vergangenen Jahres das „Qsafe“-Konsortium (Quantum Network System Architecture for Europe) mit der Entwicklung der europäischen Quantenkommunikationsinfrastruktur beauftragt hatte, wurden die ersten Zwischenergebnisse bereits im Dezember 2021 vorgelegt. Mit einer Systemarchitektur, Sicherheitsanalysen und einer Netzwerkdimensionierung wurde der Grundstein für die zukünftige Implementierung des „EuroQCI“-Kommunikationsnetzwerks (European Quantum Communication Infrastructure Initiative) gelegt, dessen Ziel es ist, die Übertragung und Speicherung von Informationen und Daten auf modernste und höchst sichere Weise zu ermöglichen und kritische Kommunikationssysteme in der Europäischen Union effektivst vor Missbrauch zu schützen.

Der Hintergrund der „EuroQCI“-Initiative und der damit in Zusammenhang stehenden europäischen Forschungsprojekte ist, dass bewährte Verschlüsselungsverfahren wie RSA (Rivest, Shamir, Adleman) oder DH (Diffie-Hellman) gegen künftige Quantencomputer-Angriffe nicht mehr sicher sein werden. Dies stellt eine Bedrohung für die gesamte moderne Kommunikation dar und macht den Wechsel zu einer Post-Quantumverschlüsselung unumgänglich.

Die Quantenschlüsseltechnologie basiert auf physikalischen Naturgesetzen, die einen inhärenten „Abhörschutz“ sicherstellen. Kritische Infrastrukturen, vertrauliche private oder Behörden-Informationen werden dadurch künftig durch modernste Verschlüsselungssysteme vor Angriffen und kriminellen Absichten geschützt. Ende Juli 2021 unterzeichnete Irland als letzter der 27 EU-Mitgliedstaaten die EuroQCI-Erklärung, in der sich die Mitgliedstaaten, die Europäische Kommission und die Europäische Weltraumorganisation verpflichten, gemeinsam eine sichere Quanten­kommunikations­infra­struktur aufzubauen.

Die Qsafe-Studie

Im Mittelpunkt der Qsafe-Studie stehen die Erzeugung und Verteilung quantensicherer Schlüssel (Quantum Key Distribution, QKD). Die ersten Nutzer sollen die Europäische Union, die EU-Mitgliedstaaten und weitere regierungsnahe Stellen sein. Sie ist somit Teil einer Strategie der Europäischen Union, im Hochtechnologiebereich mit einer starken europäischen Industrie den Aufbau einer Quanten­kommunikations­infra­struktur als Beitrag für eine nachhaltige EU Datenautonomie voranzutreiben.

Die über fünfzehn Monate laufende Studie folgt dem Ansatz ’Security by Design’ und erarbeitet die Grundlage für den Aufbau einer europäischen Quanteninfrastruktur, die sowohl glasfaserbasierte terrestrische als auch satellitengestützte Komponenten umfasst. Sie ist die Fortsetzung einer ersten Durchführbarkeitsphase, die 2020 mit demselben Konsortium unter der Leitung von Thales durchgeführt wurde.

Das von der Deutschen Telekom geleitete Qsafe-Konsortium bündelt Partner der Europäischen Union mit 20-jähriger Erfahrung in der Quantenkommunikation für die EU-Quanteninfrastruktur: Das AIT Austrian Institute of Technology hat sich über das vergangene Jahrzehnt international einen hervorragenden Ruf als Spezialist für sowohl terrestrische, als auch satellitenbasierte Quantentechnologien und als Koordinator großer europäischer Projekte erworben, wie etwa im konkurrenzstarken europäischen „Quantum Flagship“ Programm, das die Entwicklung von Quantentechnologien für den Massenmarkt zum Ziel hat.

Die Ausrichtung

Aktuell gilt die Arbeit der Quanten-Forscher insbesondere der Miniaturisierung der für die Quantenkommunikation nötigen Geräte. Ein weiterer Fokus liegt auf der Entwicklung und zur Durchführung von Pilotexperimenten in Europa.

Die Deutsche Telekom und Telefónica bringen ihr grundlegendes Know-how für die Planung, den Aufbau und den Betrieb eines Quantenkommunikationsnetzes ein. Im Rahmen der europäischen Forschungsaktivitäten haben beide Unternehmen bereits Quanten-Testumgebungen in Madrid und Berlin installiert. Sie untersuchen das Zusammenspiel von Quantentechnologie und etablierter Netzausrüstung.

Thales ist ein weltweit führender Anbieter von komplexen, kritischen Sicherheitssystemen für Verteidigung, Transport, Luft- und Raumfahrt und kritische Infrastrukturen. Das Unternehmen bringt sein Fachwissen in den Bereichen Cybersicherheit und Kryptographie ein. Thales Alenia Space deckt alle Aspekte der satellitengestützten QKD ab.

Zusätzlich sind assoziierte Partner aus dem akademischen Bereich und aus hochspezialisierten Unternehmen an dem Projekt beteiligt. Das Qsafe-Konsortium arbeitet zudem eng mit verschiedenen nationalen Regierungsvertretern zusammen. EuroQCI ist somit auf die nationale und europäische Sicherheitspolitik abgestimmt.

Das sagt die Politik zur Studie

Jetzt hat die bayerisch-österreichische Studie also die Machbarkeit nachgewiesen. Bayerns Digitalministerin Judith Gerlach sagt: „Cyber-Sicherheit ist ein permanenter Wettlauf gegen Kriminelle und hat mit den Entwicklungen der letzten Tage nochmal eine enorme Dringlichkeit erfahren. In Zukunft werden beispielsweise die heute gängigen Verschlüsselungen für E-Mails nicht mehr sicher sein.“

Die Studie habe nicht nur die Sicherheitsmöglichkeiten im Bereich der Quantentechnologie erkundet, sondern auch eine Roadmap für ein grenzüberschreitendes „Quanten-Internet“ vorgelegt. „Mit Hilfe der Quantentechnologie sind wir so etwaigen Mithörern hier mehr als ein Quantum voraus“, so Gerlach.

Bayerns Wirtschaftsminister Hubert Aiwanger verweist auf eine seit 2019 bestehende Zusammenarbeit mit Sachsen: „Der Freistaat kann bereits einige Erfahrung mit in das Projekt bringen. Schon seit 2019 arbeiten wir mit Sachsen an einer hochsicheren Kommunikations-Testinfrastruktur. Basis sind Quantenkryptografie und quantengestützte Übertragungssysteme.“

Zudem bereite das Bayerische Wirtschaftsministerium derzeit die Förderung für quantensichere Verbindungsstrecken und Labore in München, Nürnberg-Erlangen und Oberpfaffenhofen vor. Diese würden die Keimzellen für ein innovatives Ökosystem sein.

Dieser Beitrag erschien zuerst auf unserem Schwesterportal Datacenter-Insider.

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