Was ist Quantenkryptografie?

Quantenkryptografie ist eine Methode der Verschlüsselung von Informationen, die auf den Prinzipien der Quantenmechanik basiert. Im Gegensatz zu klassischen Kryptografie-Methoden, die auf der Unberechenbarkeit mathematischer Algorithmen beruhen, nutzt die Quantenkryptografie die Unvorhersehbarkeit der Quantenmechanik. Mit Hilfe von quantenmechanischen Phänomenen, wie der Polarisation von Licht oder der Spin von Elektronen, können Informationen verschlüsselt und übertragen werden.

Quantenkryptografie verspricht dabei eine unknackbare Verschlüsselung von Informationen. Da die Quantenmechanik es unmöglich macht, die Informationen ohne Störung auszulesen, ist es für einen Angreifer nahezu unmöglich, die verschlüsselten Informationen zu entschlüsseln. Allerdings ist die Technologie noch nicht ausgereift genug für den breiten Einsatz in der Praxis.

Wie funktionieren Quantenkryptografie-Protokolle?

Quantenkryptografie-Protokolle basieren auf der Übertragung von quantenmechanischen Zuständen zwischen Sender und Empfänger. Dabei wird ein Photon, das eine Information enthält, auf eine bestimmte Art und Weise polarisiert. Der Empfänger kann das Photon empfangen und es auf Basis der Polarisation entschlüsseln. Da die Polarisation beim Empfangen jedoch gestört wird, ist es für einen Angreifer unmöglich, die Information korrekt auszulesen.

Um sicherzustellen, dass keine Störungen bei der Übertragung der Informationen auftreten, werden oft Protokolle verwendet, die auf dem Austausch von “Test-Photonen” basieren. Diese Test-Photonen werden genutzt, um sicherzustellen, dass die Übertragung ohne Störungen erfolgt ist und dass keine Information von einem Angreifer abgefangen wurde.

Beispiel: BB84-Protokoll

Das BB84-Protokoll ist eines der bekanntesten Quantenkryptografie-Protokolle. Dabei wird eine Information auf vier verschiedenen Zuständen von Photonen gesendet. Der Empfänger kann die Polarisation des Photons messen und darauf basierend entschlüsseln, welche Information gesendet wurde. Da es für einen Angreifer unmöglich ist, die Polarisation des Photons zu messen, kann die Information nicht entschlüsselt werden.

Das BB84-Protokoll ist jedoch nicht perfekt und kann immer noch von Angreifern gestört werden. Deshalb werden oft weitere Schritte, wie zum Beispiel das Verschlüsseln der Information mit einem klassischen Kryptografie-Algorithmus, hinzugefügt, um die Sicherheit zu erhöhen.

Kritik an Quantenkryptografie-Protokollen

Obwohl Quantenkryptografie-Protokolle als unknackbar gelten, gibt es auch Kritik an dieser Technologie. Zum einen ist die Technologie noch nicht ausgereift genug für den breiten Einsatz in der Praxis. Zum anderen gibt es auch theoretische Angriffsmöglichkeiten, wie zum Beispiel den “Quanten-Mann-in-der-Mitte-Angriff”. Dabei wird ein Angreifer zwischen Sender und Empfänger geschaltet und kann die Informationen abfangen, ohne dass dies bemerkt wird.

Zudem gibt es auch praktische Probleme bei der Übertragung von Quanteninformationen über große Entfernungen. Da die Quanteninformationen auf bestimmte Weise übertragen werden müssen, sind spezielle Glasfasern oder Satelliten notwendig, um die Informationen zu übertragen. Dies macht die Technologie bisher noch sehr teuer und aufwendig.