Mit Rauschen hin zu sicherer Kommunikation

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Schema des Sicherheitsprotokolls: Ein Gerät (Mitte) erzeugt den Kryptoschlüssel,

Schema des Sicherheitsprotokolls: Ein Gerät (Mitte) erzeugt den Kryptoschlüssel, codiert in Form von verschränkten Paaren von Lichtteilchen, die dann an die beiden kommunizierenden Geräte (Alice und Bob) übertragen werden. Die Verschlüsselung in Teilchenpaaren gewährleistet Sicherheit, da es kein drittes Teilchen gibt, das von einem «Lauschangreifer» abgefangen werden kann. (Illustration: Departement Physik, Universität Basel)

Wie lässt sich Kommunikation vor «Lauschangriffen» schützen, auch wenn die kommunizierenden Geräte selbst nicht vertrauenswürdig sind? Das ist eine der Hauptfragen der Quantenkryptographie-Forschung. Forschende der Universität Basel und der ETH Zürich haben die theoretischen Grundlagen für ein Kommunikationsprotokoll geschaffen, das die Privatsphäre hundertprozentig garantiert.

Hacker im Besitz eines Quantencomputers stellen eine ernsthafte Bedrohung für heutige Kryptosysteme dar. Deshalb arbeiten Forschende an neuen Verschlüsselungsmöglichkeiten auf Basis von Prinzipien der Quantenmechanik. Bisherige Verschlüsselungsprotokolle gehen jedoch davon aus, dass die kommunizierenden Geräte gut charakterisiert und vertrauenswürdig sind. Was aber, wenn das nicht der Fall ist und die Geräte allenfalls eine Hintertür für Lauschangriffe offenlassen?

Ein Team von Physikern unter der Leitung von Nicolas Sangouard von der Universität Basel und Renato Renner von der ETH Zürich hat die theoretischen Grundlagen für ein Kommunikationsprotokoll entwickelt, das einen ultimativen Schutz der Privatsphäre bietet und sich experimentell verwirklichen lässt. Dieses Protokoll garantiert die Sicherheit nicht nur gegenüber einem Gegner mit einem Quantencomputer, sondern auch in Fällen, in denen die zur Kommunikation verwendeten Geräte ’Blackboxes’ sind, über deren Vertrauenswürdigkeit nichts bekannt ist. Die Forschenden veröffentlichten ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift ’Physical Review Letters’ und haben ein Patent angemeldet.

Originalbeitrag

M. Ho, P. Sekatski, E.Y.-Z. Tan, R. Renner, J.-D. Bancal und N. Sangouard
Noisy pre-processing facilitating a photonic realisation of device-independent quantum key distribution
Physical Review Letters (2020), doi: 10.1103/PhysRevLett.124.230502


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