Grundlagen der Quantenschlüsselverteilung

Informationen sind eine wichtige Ressource für jedes Unternehmen weltweit. Die Investitionen in die IT-Sicherheit nehmen zu, da immer mehr Unternehmen Cloud-Lösungen für den täglichen Betrieb einsetzen, von der Datenspeicherung bis zum Betrieb virtueller Desktops. Zu den wichtigsten Prioritäten von Unternehmen gehören der Schutz von geistigem Eigentum, kritischer Infrastruktur, Kundeninformationen und Kapitalmanagement. Mit der Ausweitung von Computernetzwerken wird die Wahrscheinlichkeit von Cyberangriffen und Datenschutzverletzungen voraussichtlich zunehmen. Eine der am schwierigsten zu entdeckenden Verletzungen der Datensicherheit ist das Abhören, auch Sniffing- oder Snooping-Angriffe genannt. Ein Lauschangriff liegt vor, wenn ein Angreifer eine unzureichend gesicherte Verbindung zwischen einem Client und einem Server abfängt und auf den sicheren Datenverkehr zwischen ihnen zugreift.

Quantum Key Distribution (QKD) ist ein innovativer Ansatz zur Sicherung von Verschlüsselung und Authentifizierung durch Nutzung des Quantenphänomens der "Verschränkung". QKD ermöglicht die Übermittlung geheimer symmetrischer kryptografischer Schlüssel, die selbst gegen Abhörversuche sicher sind und durch Quantencomputer verbessert werden. Ein Quantenphänomen, das als "Verschränkung" bekannt ist. QKD ermöglicht den sicheren Austausch von symmetrischen kryptografischen Schlüsseln, die selbst gegen Abhörversuche resistent sind, selbst wenn diese mit Hilfe von Quantencomputern durchgeführt werden.

Da sich das Ökosystem für QKD, Quantencomputer und Quantenmessung rasch weiterentwickelt, besteht ein dringender Bedarf an internationalen Normen, die die Bedingungen für Quantennetze festlegen. Die ITU hat damit begonnen, die strengen Anforderungen zukünftiger Quantennetzwerke mit einem neuen Standard, "ITU Y.3800 - Overview on networks supporting quantum key distribution", in Angriff zu nehmen, der die grundlegenden konzeptionellen Rahmenbedingungen von QKD-Netzwerken umreißt. Diese Norm ist die erste in einer Reihe von ITU-Normen, die sich auf Netz- und Sicherheitsaspekte von Quanteninformationstechnologien konzentrieren.

Prinzipien der Quantenüberlagerung und Verschränkung

Teilchen wie Photonen oder Elektronen haben Eigenschaften wie Position, Spin, Polarisation und Impuls, die durch eine "Wellenfunktion" beschrieben werden. In der Quantenmechanik kann ein Teilchen in mehreren Zuständen gleichzeitig existieren (Superposition), bis es beobachtet wird, wodurch die Wellenfunktion in einen Zustand kollabiert. Ein unbeobachtetes Teilchen kann sich mit einer Wahrscheinlichkeit von 50% in einem der beiden Zustände befinden, aber sobald es gemessen wird, bleibt es in diesem Zustand.

Teilchen werden "verschränkt", wenn sich ihre Quantenzustände verbinden. Wenn beispielsweise zwei verschränkte Teilchen mit einem Gesamtspin von Null erzeugt werden und gemessen wird, dass sich eines im Uhrzeigersinn dreht, dreht sich das andere immer gegen den Uhrzeigersinn, unabhängig von der Entfernung zwischen ihnen. Diese Verschränkung gewährleistet eine sichere Kommunikation und unterstützt Quantencomputer oder Messnetze.

Quantenschlüsselverteilung (QKD)

Die Quantenschlüsselverteilung (Quantum Key Distribution, QKD) erzeugt und verteilt symmetrische kryptografische Schlüssel unter Verwendung der Quanteneigenschaften von Photonen. Sie ergänzt die bestehenden Sicherheitsmerkmale in Kommunikationsnetzen. Schlüssel aus QKD können für One Time Pad (OTP), Hash Based Message Authentication Mode (HMAC) und Advanced Encryption Standard (AES) verwendet werden.

QKD verwendet das BB84-Protokoll mit Einzelphotonenmessungen oder das E91-Protokoll mit verschränkten Photonenpaaren zur Erstellung eines sicheren Schlüssels. Die statistischen Ergebnisse zeigen, ob das Photon abgefangen wurde. Die Einführung von QKD in aktuelle Netze erfordert Änderungen an der Infrastruktur und den kryptografischen Protokollen, da Punkt-zu-Punkt-Verbindungen und Quantenkanäle mit extrem geringem Verlust erforderlich sind.

Zu den grundlegenden Komponenten eines Quantenschlüsselverteilungssystems (Quantum Key Distribution, QKD) gehören Sender und Empfänger (QKD-Module) sowie eine QKD-Verbindung zwischen ihnen, die aus einem klassischen Kanal und einem Quantenkanal besteht. Der klassische Kanal ermöglicht den Datenaustausch zwischen den QKD-Modulen, während der Quantenkanal Quantensignale wie einzelne oder verschränkte Photonen überträgt, aus denen kryptografische Schlüssel abgeleitet werden.

 

Quantenschlüsselverteilungssysteme (QKD) beruhen auf der präzisen Übertragung einzelner Photonen oder verschränkter Photonenpaare, um eine sichere Kommunikation zu gewährleisten. Verlustarme optische Steckverbinder sind für diese Systeme von entscheidender Bedeutung, da selbst geringe Verluste die Quantensignale beeinträchtigen und die Übertragungsdistanz und -zuverlässigkeit verringern können. Leistungsstarke Steckverbinder minimieren den Einfügeverlust und erhalten die Signalintegrität, um die Wirksamkeit von QKD-Protokollen zu gewährleisten, bei denen jedes Photon für einen sicheren Schlüsselaustausch zählt.

SENKOs Quantum Grade Steckverbinder
Die Quantum Grade-Steckverbinder von SENKO wurden speziell zur Unterstützung von QKD-Netzwerken entwickelt. Sie bieten eine extrem niedrige Einfügedämpfung und eine hochpräzise Ausrichtung, die eine minimale Signalverschlechterung gewährleistet. Diese Steckverbinder sind für die strengen Anforderungen der Quantenkommunikation optimiert und bieten eine robuste und zuverlässige Leistung bei der Aufrechterhaltung der Integrität von Quantensignalen über lange Strecken. SENKOs Quantum Grade Steckverbinder: Ein Brückenschlag zwischen der Quantenwelt und der realen Welt.