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Forscher ermöglichen abhörsichere Kommunikation

24.08.2017 11:32

Schon in zehn bis 15 Jahren könnten Quantencomputer Experten zufolge womöglich entschlüsseln, was heute gesichert ist: Bank- und Gesundheitsdaten im Privatbereich, aber auch hochsensible Informationen von Regierungen und Militärs. Experten für Verschlüsselung suchen deshalb nach Alternativen. Eine davon macht sich Satelliten im All zunutze.

Erste Quantenrechner gibt es schon. Bis wann einer mit ernstzunehmender Größe entwickelt sein wird, sei schwer abzuschätzen, sagt der Bereichsleiter Software beim deutschen Digitalverband Bitkom, Frank Termer. Die neuen Computer sind kleine Wunderwerke. "Rechenvorgänge können so dramatisch beschleunigt werden", erläuterte Termer. "Statt Jahre dauern sie vielleicht nur noch Stunden oder weniger." Das mache aktuelle Sicherheits- und Verschlüsselungsverfahren angreifbar.

"Um von dieser Entwicklung nicht irgendwann überholt zu werden, muss bereits heute mit den Vorbereitungen für die Post-Quanten-Zeit begonnen werden", mahnt deshalb das deutsche Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik. Die Herausforderung nehmen Forscher des Max-Planck-Instituts für die Physik des Lichts in Erlangen an. "Unser Ziel ist es, dass wir schneller sind als die Entwicklungen, die uns bedrohen", so Christoph Marquardt. Mit Kollegen forscht er deshalb an der sogenannten Quantenkryptografie.

Dieses Verfahren basiert auf den Gesetzen der Quantenphysik. Demnach kann ein Photon - auch Lichtquant genannt - nur ein einziges Mal vollständig vermessen werden. Der Grund: Die Messung selbst verändert den Zustand des Teilchens, eine zweite Messung würde ein anderes Ergebnis liefern. Diesen Umstand kann man für die Verschlüsselung von Informationen nutzen.

Dabei schickt ein Sender Photonen an einen Empfänger. Gemeinsam können sie dann einen geheimen Code erzeugen, mit dem verschlüsselte Informationen gelesen werden können. Diese Technik gilt als sicher gegen Lauschangriffe, weil jeder Versuch, den Code heimlich abzulesen, Spuren in den Signalen hinterlassen und somit sofort auffliegen würde.

Distanz stellt Problem dar
Das Problem war bisher die Distanz, über die mit der Quantenkryptografie Informationen übermittelt werden können, wie Marquardt erklärt. Es gibt zwar schon Firmen, die Quantenkommunikation über Glasfaserkabel anbieten. Doch nach rund 100 Kilometern wird das Signal so schlecht, dass es verstärkt werden müsste. Nur funktioniert das bei Quanten nicht. Aber man kann einen Umweg durch möglichst störfreien Raum machen, dem All.

"Da gibt es zwar auch Absorption in der Atmosphäre", erläutert Physiker Marquardt. "Aber die ist nur zehn Kilometer dick. Danach kommt ein Vakuum." Das machten sich die Forscher zunutze: Sie haben den Kommunikationssatelliten Alphasat I-XL Laserstrahlen im Infrarotbereich zu einer 38.000 Kilometer entfernten Messstation auf der Kanaren-Insel Teneriffa schicken lassen. Mit der Firma Tesat-Spacecom bei Stuttgart und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt analysierten Marquardt und sein Team dann die Lichtquanten des Laserstrahls - und erzeugten damit den Code, mit dem man eine verschlüsselte Nachricht lesen kann.

Nun gehe es den Forschern zufolge darum, Quantenkryptografie mit Satelliten bezahlbar zu machen. In fünf bis zehn Jahren könnte ein ganzer Schwarm an Satelliten auf Quantenbasis kommunizieren - sowohl untereinander als auch mit Basisstationen. Eine wichtige Grundlage dafür bei all den heiklen Fragen rund um den Datenschutz: "Dem Betreiber des Satelliten muss man vertrauen."