Post-Quanten-Kryptografie: Schutz für die Zukunft der digitalen Interaktion

Post-Quanten-Kryptografie (PQC) bezieht sich auf kryptografische Algorithmen, die speziell entwickelt wurden, auch gegenüber Angriffen von Quantencomputern sicher zu sein. Diese Algorithmen sollen unsere digitale Sicherheit auch dann schützen, wenn Quantencomputer leistungsfähig genug werden, um herkömmliche kryptografische Systeme wie RSA und ECC zu brechen. Diese basieren auf mathematischen Problemen wie der Faktorisierung großer Zahlen oder der Berechnung diskreter Logarithmen – Aufgaben, die Quantenalgorithmen deutlich effizienter lösen könnten.

Ein kryptografisch relevanter Quantencomputer (CRQC) ist ein Quantencomputersystem, das leistungsfähig genug ist, um heutige Public-Key-Verschlüsselungsverfahren zu brechen. CRQCs nutzen Quantenalgorithmen wie den Shor-Algorithmus, um komplexe mathematische Probleme wie die Faktorisierung großer Zahlen effizient zu lösen. Das stellt ein erhebliches Risiko für weit verbreitete Public-Key-Verfahren wie RSA dar. Auch symmetrische Verschlüsselungsverfahren wie AES sind durch Quantencomputer potenziell gefährdet. Hier kommt der Grover-Algorithmus zum Einsatz, der die Schlüsselsuche beschleunigt, indem er die Anzahl der nötigen Rechenoperationen reduziert. Dieser Effekt kann jedoch durch eine Verdopplung der Schlüssellänge kompensiert werden.

Aktuelle Schätzungen von Regierungen und Sicherheitsorganisationen gehen davon aus, dass kryptografisch relevante Quantencomputer in den 2030er Jahren zur Verfügung stehen könnten. Allerdings wurden in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte bei der Quantenfehlerkorrektur erzielt, so dass ein früheres Erscheinen von kryptografisch relevanten Quantencomputern wahrscheinlich ist.

Das Aufkommen von kryptografisch relevanten Quantencomputern stellt ein erhebliches Risiko für die digitale Sicherheit dar, da sie das Potenzial haben, die derzeit verwendete Public-Key-Kryptografie zu brechen. Dies könnte die Vertraulichkeit und Integrität digitaler Informationen gefährden, einschließlich persönlicher Daten, Finanztransaktionen und der Regierungskommunikation. Daher ist die Post-Quanten-Kryptografie für den Schutz unserer digitalen Sicherheit in der Zukunft unerlässlich.

Nicht alle, aber viele gängige kryptografische Algorithmen sind durch die Rechenleistung von Quantencomputern gefährdet. Public-Key-Kryptografiesysteme wie RSA und ECC, deren Sicherheit auf der Schwierigkeit beruht, große Zahlen zu faktorisieren oder diskrete Logarithmen zu berechnen, könnten durch Quantenalgorithmen wie den Shor-Algorithmus gebrochen werden.
Symmetrische Verschlüsselungsalgorithmen wie AES sind ebenfalls betroffen, allerdings in geringerem Maße, da ihre Sicherheit durch die Verwendung längerer Schlüssel ausreichend erhöht werden kann.

Die Public-Key-Kryptografie, auch als asymmetrische Kryptografie bezeichnet, ist ein kryptografisches System, das ein Schlüsselpaar verwendet: einen öffentlichen Schlüssel, der öffentlich bekannt und zugänglich ist, und einen privaten Schlüssel, der geheim gehalten wird und nur dem Besitzer bekannt ist. Der öffentliche Schlüssel wird zur Verschlüsselung von Daten verwendet, während der private Schlüssel zur Entschlüsselung verwendet wird. Dadurch wird sichergestellt, dass nur der vorgesehene Empfänger, der im Besitz des privaten Schlüssels ist, auf die ursprüngliche Nachricht zugreifen kann. Die Public-Key-Kryptografie wird häufig für die sichere Kommunikation im Internet verwendet, z. B. für die Verschlüsselung von E-Mails, digitale Signaturen und die Absicherung von Online-Transaktionen.

Private-Key-Kryptografie, auch symmetrische Kryptografie genannt, ist eine Art der Verschlüsselung, bei der derselbe Schlüssel sowohl für die Verschlüsselung als auch für die Entschlüsselung von Nachrichten verwendet wird. Dieser Schlüssel muss zwischen den kommunizierenden Parteien ausgetauscht und geheim gehalten werden. Bei diesem Verfahren wird der Klartext mit Hilfe des geheimen Schlüssels in einen Geheimtext umgewandelt, wobei sichergestellt wird, dass nur diejenigen, die den Schlüssel besitzen, die Nachricht wieder in den Klartext entschlüsseln und lesen können. Diese Methode der Kryptografie ist effizient und wird häufig zur Sicherung der Datenübertragung und -speicherung eingesetzt, wenn der Schlüssel sicher aufbewahrt werden kann.

Die Kryptografie beruht auf der Schwierigkeit komplexer mathematischer Probleme, bei der traditionellen Public-Key-Kryptografie ist dies die Schwierigkeit der Faktorisierung oder der Lösung des diskreten Logarithmusproblems. Ein herkömmlicher Computer bräuchte 100.000 Jahre, um diese Probleme zu lösen, ein leistungsfähiger Quantencomputer nur Sekunden bis Tage. Die PQC-Algorithmen sind so konzipiert, dass sie auch gegen Angriffe von leistungsstarken Quantencomputern sicher sind, da die ihnen zugrunde liegenden mathematischen Probleme ganz anderer Natur sind.

Die wichtigste Quantencomputer-Bedrohung für Ihr Unternehmen sind Angriffe nach dem Motto „store now, decrypt later“. Dabei sammeln und speichern böswillige Akteure verschlüsselte Daten, um sie zu entschlüsseln, sobald leistungsstarke Quantencomputer verfügbar sind. Solche Angriffe sind vor allem für sehr sensible Informationen relevant, insbesondere für Regierungsdaten oder Staatsgeheimnisse. Echtzeitangriffe wie die Authentifizierung bei einem digitalen Dienst werden erst dann relevant, wenn kryptografisch relevante Quantencomputer verfügbar sind. Um rechtzeitig gegen künftige Bedrohungen durch Quantencomputer gewappnet zu sein, sollten Unternehmen ihre PQC-Migrationsstrategie jetzt festlegen.