Paradox: Mehr Sicherheit durch Quantencomputer

Quantencomputer können zwar heute noch keine großen Schäden anrichten, dennoch sind die Berichte zu ihren Fähigkeiten noch überwiegend negativ. Die Sorge ist, dass Quantencomputer die heutigen Verschlüsselungsstandard überflüssig machen werden, dass es beispielsweise Hacker und Cyberkriminelle leichter haben werden sensible Daten zu entschlüsseln.

Während eine Vorbereitung auf Worst-Case Szenarien wichtig ist, sollte ebenfalls das positive Potenzial, die Quantencomputer bieten betrachtet werden.

RSA-Verschlüsselung und Quantentechnologie

Aktuell werden private Daten durch die RSA-Verschlüsselung gesichert. Sie erstellt mithilfe einer mathematischen Operation ein kryptografisches Schlüsselpaar: einen öffentlichen Schüssel, der einen Datensatz verschlüsselt und einen privaten Schlüssel, der zum Entschlüsseln der Daten dient. Dabei sind beide Schlüssel kryptografisch miteinander verknüpft. Seit Jahrzehnten wird der RSA-Verschlüsselungsalgorithmus genutzt, um Daten sicher auf dem Weg vom Sender bis zum Empfänger zu schützen. Während klassische Computer Jahrzehnte brauchen würden, um RSA Kryptosysteme zu entschlüsseln, wäre das für Quantencomputer fast ein Kinderspiel. In nur wenigen Minuten, sogar Sekunden könnte ein Quantencomputer große Datensätze entschlüsseln.

Bereits im Jahr 1994 entwickelte Peter Shor einen Quantenalgorithmus, der die RSA-Verschlüsselung wesentlich schneller knacken konnte. Der einzige Haken ist, dass derzeitige Quantencomputer nicht leistungsfähig genug sind, um seinen Algorithmus durchzuführen. Mit der rasanten Entwicklung der Technologie könnte jedoch ein Quantencomputer, der dazu fähig ist, bereits in 10 Jahren fertig sein – oder sogar früher.
Die meisten Formen von Daten und Kommunikation sind mit der heutigen RSA-Verschlüsselung immer noch sicher. Kritisch wird es für Daten aus dem medizinischen, finanziellen oder öffentlichen Bereich. Denn Cyberkriminelle könnten verschlüsselte Dateien heute schon auslesen und herunterladen, um sie zu entschlüsseln, sobald die Technologie bereit ist.

Dieses Zukunftsszenario ruft besonders für Finanzinstitute, großen Organisationen sowie Regierungen Risiken ins Bewusstsein. Viele von ihnen haben daher bereits Schritte unternommen, um dieses Problem zu lösen, un dem sie ihre Verschlüsselungsprotokolle prüfen und entsprechend anpassen. Die US-Regierung wies beispielswiese Behörden dazu an ihre Systeme genau zu überprüfen, um festzustellen, welche RSA verwenden. Ziel ist es, einen Zeitplan für die Umstellung auf quantenresistente Kryptografie zu erstellen.

Aufgrund der möglichen Risiken, die Quantencomputer hin Zukunft hervorrufen können, wird bereits intensiv an der Entwicklung quantensicherer Verschlüsselungsstandards geforscht und gearbeitet. So, hat das US-amerikanische National Institute of Standards and Technology die ersten vier kryptografischen Algorithmen bekanntgegeben und plant weitere Algorithmen in für die Zukunft zu teilen.

Es ist wichtig, beide Seiten der Quantentechnologie zu erkennen: Einerseits kann sie die RSA-basierte Sicherheit untergraben, andererseits spielt sie eine bedeutende Rolle bei der Erschaffung neuer Sicherheitsstandards, die unser tägliches Leben in puncto Sicherheit deutlich verbessern werden.

Quantencomputer: Eine neue Ära der Sicherheit

Neue Quantenkommunikations-Protokolle werden den digitalen Informationsaustausch zwischen zwei Parteien in Zukunft sicherer machen und für Cyberkriminelle wird es zudem auch schwieriger unbemerkt Daten abzufangen. Insgesamt ist das Sicherheitslevel bei einem Datenaustausch mit Quantenschlüsseln höher, da es beide Parteien frühzeitig vor ungewünschten Beobachtern vorwarnt und sie die laufende Kommunikation umgehend unterbrechen können. Dieser Vorgang wird durch die Quantenmechanik ermöglicht, denn sobald eine Partei versucht eine Datenübertragung zu untersuchen, wird das System gestört und alarmiert sofort die zuständigen Austauschpartner.

Quanten-Zufallsgeneratoren werden für Sicherheitsprotokolle eingesetzt, um Ver- und Entschlüsselungskeys sowie Einmal-Passwörter zu erzeugen. Die Random-Numbers-Generatoren (RNGs) folgen heute noch einem bestimmten Code, dadurch kann bei einem großen Datensatz noch ein Zahlenmuster erkannt werden. Diese Muster wiederum erleichtern die Datenauslesung für Cyberkriminelle und bietet ihnen ein Hintertürchen, das ihnen Zugang zu Dateien und Konten ermöglicht. Bei Quanten-RNGs wird ein Muster nicht mehr erkennbar sein, da sie keinem Code folgen, sondern rein zufällig gewählt werden. Für Unternehmen, die Quanten-RNG einsetzen werden Datenübertragungen und Kommunikation in Zukunft deutlich sicherer.

KI und ML auf die nächste Entwicklungsstufe bringen

Ein besonders großes Potenzial birgt die Kombination zwischen Quantencomputern, künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen. Allein die Möglichkeiten, die durch den Einsatz von KI und ML für den Sicherheitsbereich entstehen, sind enorm. Durch die Datenverarbeitung mithilfe von ML kann eine KI geschaffen werden, die potenzielle Bedrohungen identifiziert und einordnet. Das Problem ist dabei nur, dass die wachsende Anzahl der Daten, klassische Computer überwältigt und Daten nicht schnell genug verarbeitet werden können. Hierbei besteht der große Vorteil bei Quantencomputern – sie können innerhalb kurzer Zeit Daten verarbeiten und mögliche Zusammenhänge schnell erkennen. Ein Quantencomputer beschleunigt den Sortiervorgang und kann Daten für KI/ML Modelle auf eine Weise aufbereiten, dass auch ein klassischer Computer mit den Informationen arbeiten kann. Eine Alternative wäre, dass KI/ML Modelle vollständig auf Quantencomputern laufen, das wiederum würde Klassifizierungs- und Regressionsfähigkeiten erweitern.

Neben der Cybersicherheit sind die Einsatzbereiche von Quantencomputing vielfältig. Vor allem, wenn es um die Verbesserung von KI/ML Modellen geht. So, können beispielsweise Algorithmen zur Objekterkennung verbessert werden, die für autonome Fahrsysteme benötigt werden. Auch für große Mengen an zahlreichen Aufnahmen der Polizei können Quantencomputer eingesetzt werden, um kriminelle Aktivitäten aus den Aufzeichnungen aufzudecken. Die Möglichkeiten, die durch die Quantentechnologie geschaffen werden kann scheinen unendlich. Fest steht, dass der Einsatz von Quantencomputern die Geschwindigkeit für die Verarbeitung von großen Datenmengen beschleunigt. Dabei handelt es sich um eine verkürzte Verarbeitungszeit von beispielsweise mehreren tausenden Jahren zu wenigen Minuten. Die Zeit, die durch Quantentechnologie gewonnen werden kann, ist für Unternehmen ein entscheidender Faktor.