Quantenkryptografie

Quantenkryptografie nutzt die Eigenschaft der Quantenmechanik, dass jede Messung den gemessenen Zustand verändert. Beim bekanntesten Protokoll, BB84 (entwickelt 1984 von Charles Bennett und Gilles Brassard), tauschen Sender und Empfänger Qubits aus, um einen gemeinsamen geheimen Schlüssel zu erzeugen. Versucht ein Lauscher, die Qubits abzufangen, verändert er zwangsläufig ihren Zustand, und die Abhörung wird sofort erkennbar.

Diese Sicherheit basiert auf Naturgesetzen statt auf mathematischen Annahmen. Während klassische Verschlüsselung darauf baut, dass bestimmte Probleme (wie die Primfaktorzerlegung) schwer zu lösen sind, garantiert die Quantenkryptografie die Sicherheit durch die Physik selbst.

Praktisch funktioniert Quantenschlüsselverteilung (QKD) bereits über Glasfasern auf Distanzen von etwa 100 km. China demonstrierte 2017 mit dem Micius-Satelliten QKD über 1.200 km im Weltraum. In mehreren Ländern (China, Südkorea, Schweiz) existieren kommerzielle QKD-Netzwerke.

Die Einschränkungen: QKD-Hardware ist teuer, die Datenraten sind niedrig (typisch: Kilobit pro Sekunde statt Gigabit), und Repeater für größere Distanzen befinden sich noch in der Forschung. Für die meisten Anwendungen ist Post-Quanten-Kryptografie daher der pragmatischere Ansatz.

Gerade darin liegt das Besondere der Quantenkryptografie: Ihre Sicherheit beruht nicht auf der Annahme, dass ein Rechenproblem schwer zu lösen ist, sondern auf den Gesetzen der Physik selbst. Ein Lauscher kann nicht abhören, ohne den Quantenzustand zu stören und sich dadurch zu verraten. Diese theoretisch perfekte Sicherheit erkauft man sich allerdings mit teurer Hardware, kurzen Reichweiten und geringen Datenraten, weshalb sie vorerst Spezialanwendungen vorbehalten bleibt. Sie ist damit ein faszinierendes Beispiel dafür, wie tief verborgene Eigenschaften der Quantenwelt eines Tages den ganz konkreten Schutz unserer Kommunikation übernehmen könnten.