Post-Quanten-Kryptografie

Wenn du eine Nachricht verschickst oder online bezahlst, werden die Daten verschlüsselt. Das heißt: Sie werden nach einem festen Rechenverfahren so verändert, dass Fremde sie nicht lesen können. Die heute üblichen Verfahren beruhen auf Rechenaufgaben, die für normale Computer viel zu lange dauern. Ein Beispiel ist das Zerlegen einer riesigen Zahl in ihre Teiler. Es gibt aber eine neue Art von Rechner, den Quantencomputer, der bestimmte solche Aufgaben grundsätzlich anders angeht und dabei sehr viel schneller sein könnte. Post-Quanten-Kryptografie ist der Sammelbegriff für Verschlüsselungsverfahren, die auch gegen solche Rechner halten sollen.

Warum man heute schon umstellt, obwohl der Quantencomputer fehlt

Große, praktisch nutzbare Quantencomputer gibt es noch nicht. Fachleute rechnen mit Jahren oder Jahrzehnten, niemand kennt das Datum. Trotzdem laufen die Umstellungen schon jetzt. Der Grund ist ein Angriff, der Fachleute besonders beunruhigt: « jetzt abgreifen, später entschlüsseln ».

Dabei speichert ein Angreifer heute verschlüsselte Daten einfach ab, ohne sie lesen zu können. Er wartet, bis die passende Technik existiert, und entschlüsselt dann. Für Chatnachrichten von letzter Woche ist das egal. Für Krankenakten, Bauplände, Staatsgeheimnisse oder Bankdaten ist es ein echtes Problem, denn die sind auch in zwanzig Jahren noch brisant.

Dazu kommt: Verschlüsselung austauschen dauert lange. Sie steckt in Browsern, Bankkarten, Autos, Industrieanlagen und Millionen von Servern. Solche Umstellungen ziehen sich über ein Jahrzehnt. Wer erst anfängt, wenn der Quantencomputer da ist, ist zu spät dran.

Gitter, Codes und andere harte Aufgaben

Post-Quanten-Verfahren setzen auf Rechenaufgaben, für die auch Quantencomputer keinen bekannten Trick haben. Am wichtigsten sind gitterbasierte Verfahren. Vereinfacht geht es dort darum, in einem regelmäßigen Punktegitter mit vielen hundert Dimensionen den Punkt zu finden, der einer gegebenen Stelle am nächsten liegt. Das klingt harmlos, ist bei hoher Dimensionszahl aber extrem aufwendig.

Daneben gibt es weitere Familien, etwa Verfahren auf Basis fehlerkorrigierender Codes oder auf Basis sogenannter Hashfunktionen. Dass man mehrere unterschiedliche Ansätze verfolgt, ist Absicht. Fällt eine Familie durch einen neuen Angriff aus, bleiben die anderen. Genau das ist schon passiert: Ein Kandidat namens SIKE wurde 2022 mit einem normalen Rechner in wenigen Stunden gebrochen.

Die US-Behörde NIST hat mehrere Jahre lang Vorschläge aus der ganzen Welt öffentlich prüfen lassen. 2024 wurden die ersten Standards veröffentlicht, darunter ein Verfahren zum Schlüsselaustausch und zwei für digitale Signaturen. Ein häufiger Irrtum: Post-Quanten-Kryptografie hat nichts mit Quantencomputern im eigenen Gerät zu tun. Sie läuft auf ganz normalen Prozessoren. Verwechseln darf man sie auch nicht mit Quantenkryptografie, die Daten über spezielle Lichtleitungen physikalisch absichert.

Wo die neuen Verfahren schon laufen

Ein Teil deines Datenverkehrs ist wahrscheinlich schon quantensicher. Chrome und Firefox verschlüsseln Verbindungen zu vielen großen Websites mit einem Verfahren, das ein klassisches und ein gitterbasiertes Verfahren kombiniert. Auch Messenger wie Signal und Apples iMessage haben ihre Schlüsselverfahren umgestellt. Der Nutzer merkt davon nichts, außer dass die Schlüssel deutlich größer sind und minimal mehr Daten fließen.

In den Wirtschaftsnachrichten tauchen die Begriffe oft zusammen mit « Krypto-Agilität » auf. Damit ist gemeint, dass Software so gebaut sein soll, dass man ihre Verschlüsselung später leicht austauschen kann. Banken, Versicherungen und Behörden legen dafür Inventarlisten an: Wo genau steckt bei uns welches Verfahren? Diese Bestandsaufnahme gilt als der eigentlich mühsame Teil.

Für Anbieter von Sicherheitssoftware, Chipkarten und Netzwerktechnik ist das ein wachsender Markt. Behörden wie das deutsche BSI geben Fristen und Empfehlungen heraus, an denen sich Unternehmen orientieren müssen. Wenn du also liest, ein Konzern werde « quantensicher », geht es meist nicht um neue Hardware, sondern um den Austausch von Mathematik in bestehender Software.