Kryptografie für das Zeitalter der Quantencomputer
© Prof. Dr. Steffen Reith | Hochschule RheinMain
v.l.: Marc Stöttinger (Continental AG), Dr. Ruben Niederhagen (Fraunhofer Institut SIT), Stefan Duda (Vice President Elektrobit), Prof. Dr. Steffen Reith (Hochschule RheinMain), Jürgen Ruf (Vorstandsvorsitzender MTG AG), Prof. Dr. Mira Mezini (Vizepräsidentin der TU Darmstadt), Prof. Dr. Michael Meister (Staatssekretär im Bundesministerium für Bildung und Forschung). © Fraunhofer Institute for Secure Information Technology (SIT)
Start für das Projekt QuantumRISC: Dr. Michael Meister, Parlamentarischer Staatssekretär bei der Bundesministerin für Bildung und Forschung, hat kürzlich am Fraunhofer-Institut für Sichere Informationstechnologie (SIT) den Bewilligungsbescheid für das Projekt QuantumRISC überreicht. In diesem Projekt wird erforscht, wie eingebettete Systeme – insbesondere im Auto der Zukunft – mittels Kryptografie abgesichert werden können, selbst gegen Angriffe mit Quantenrechnern. "Wir müssen unsere Wirtschaft und unsere Industrie wettbewerbsfähig halten. Hierfür ist die kryptografische Forschung im Zusammenhang mit Quantencomputern äußerst wichtig. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert das dreijährige Projekt QuantumRISC mit 2,9 Millionen Euro und leistet so einen elementaren Beitrag dazu, sichere Kryptografie schnellstmöglich und effizient in die Anwendung zu bringen. Wir müssen die Wertschöpfungsketten am Standort Deutschland für die digitale Zukunft nachhaltig stärken. Mit diesem Projekt tragen die beteiligten Expertinnen und Experten aus Wirtschaft, Praxis und Forschung wesentlich dazu bei", so Dr. Michael Meister.
Wiesbadener Informatiker entwickeln Verschlüsselungsverfahren für die Zukunft
Über 300.000 Euro fließen an die Hochschule RheinMain, die sich speziell mit zwei neuartigen Familien von Verschlüsselungsverfahren beschäftigt. "Aktuell werden fünf Arten von Verschlüsselungsmethoden untersucht, die dem Angriff von Quantencomputern widerstehen können. Wir beschäftigen uns mit zwei dieser Ansätze näher. In der Forschung geht man davon aus, dass 2035 ausreichend leistungsfähige Quantencomputer gebaut werden können, die die aktuellen Verschlüsselungen knacken können. Unsere Forschungsergebnisse und die daraus resultierenden Anwendungen müssen aber schon viel früher fertig sein, da schon heute langlebige Daten und Produkte gegen die Angriffe mit Quantencomputern geschützt werden müssen", erklärt Prof. Dr. Steffen Reith, der an der Hochschule RheinMain Theoretische Informatik lehrt und Teil eines weltweiten Forschungsteams ist.
Am Fachbereich Design Informatik Medien in Wiesbaden arbeitet er zusammen mit zwei Doktoranden an Sicherungssystemen für das Zeitalter der Quantencomputer. Nur mit neuen Lösungen könnten langlebige Daten wie medizinische Befunde, Staatsgeheimnisse oder auch eingebettete, automobile Informationen sicher gespeichert werden. "Dabei setzen wir nicht auf Software, sondern insbesondere auf Hardware. Die Verschlüsselungen werden mit Hilfe von speziell entworfenen digitalen Schaltungen erzeugt. Unser Ziel ist es, das solche Chips schnell und günstig produzierbar sind, so dass sie auch für den Einsatz im Massenmarkt relevant werden", beschreibt Prof. Dr. Reith das Vorhaben. Die Zeit zur Entwicklung von praxistauglichen Post-Quantum-Cryptography-(PQC)-Verfahren, also Methoden, die in der Ära von Hochleistungsrechnern, die mit Hilfe der Prinzipien der Quantenmechanik arbeiten, Bestand haben, drängt. Denn die Umstellung darauf wird ebenfalls einige Zeit in Anspruch nehmen. Außerdem muss gewährleistet sein, dass Kryptohardware und Kryptosoftware in eingebetteten Systemen über Jahre sicher bleiben – trotz eingeschränkter Update- und Patchmöglichkeiten.
Eine weitere Herausforderung: Aktuelle PQC-Verfahren erfordern häufig eine große Rechenleistung oder einen großen Speicherbedarf, über die eingebettete Systeme jedoch nicht verfügen. Im Projekt werden deshalb neue Methoden entwickelt, die auch in solchen ressourcenbeschränkten Umgebungen ausreichenden Schutz gewährleisten. Untersucht werden beispielsweise im Anwendungsbereich Automotive sowohl das Zusammenspiel mit bestehenden Fahrzeugsystemen und Architekturen, als auch die Integrationsmöglichkeiten im Fahrzeug, die einen späteren Austausch der Kryptosysteme ermöglichen sollen.
Zum Projekt QuantumRISC
Projektpartner sind Continental, Elektrobit, die Hochschule RheinMain, die Darmstädter MTG AG, die Ruhr-Universität Bochum, die Technische Universität Darmstadt und das Fraunhofer-Institut für Sichere Informationstechnologie SIT (Leitung). Im Bereich der Post-Quantum-Kryptografie gehört Deutschland zu den führenden Forschungsstandorten. Die US-amerikanische Standardisierungsbehörde NIST hat im Jahr 2017 einen wettbewerblichen Standardisierungsprozess für PQC-Verfahren angestoßen. Mehrere Vorschläge von Forscherinnen und Forschern aus dem QuantumRISC-Konsortium haben es in die aktuell laufende zweite Runde dieses Standardisierungsprozesses geschafft.
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