Starke Kryptografie schützt das digitale Nervensystem weltweit vernetzter Rechner. Mit der technischen Überlegenheit leistungsstarker Quantencomputer droht jetzt, dass die bisherigen Sicherheitsverfahren schon in naher Zukunft ausgehebelt werden.

Die Sicherheit digitaler Infrastrukturen basiert zu einem Großteil auf Public-Key-Kryptografie. Sichere Verschlüsselung ist grundlegende Voraussetzung für vertrauenswürdige Prozesse, die über das Internet laufen. Die globale Infrastruktur der Informationsgesellschaften baut auf Technologien und Verfahren auf, die Transaktionen und persönliche Daten vor unbefugten Zugriffen schützen.

Mit der rasanten Weiterentwicklung von Quantenrechnern geraten nicht nur asymmetrische Verschlüsselungsverfahren unter Druck. Der Schutz vertraulicher Informationen wackelt, weil exponentiell wachsende Rechenleistungen die bestehenden Kryptografie-Verfahren durch Brute-Force-Angriffe brechen können.

Noch halten die Schutzmauern der eingesetzten Verfahren gegen Attacken stand, die systematisch beliebige Nutzer-Passwort-Kombinationen ausprobieren. Beim Verschlüsselungsalgorithmus RSA beispielsweise benötigt die aktuelle Rechnergeneration statistisch gesehen Millionen Jahre, um einen 2048-Bit-RSA-Schlüssel per Brute-Force-Angriff ermitteln zu können. Quantencomputer dagegen werden nur wenige Stunden brauchen, um die gängigen Kryptografie-Schlüssel durch bloßes Ausprobieren zu knacken.

Eine Zäsur für den Gesamtmarkt. Expertenmeinungen und -prognosen zufolge werden die ersten Quantencomputer schon in naher Zukunft kommerziell verfügbar sein. Die Beratungsgesellschaft McKinsey beispielsweise schätzt, dass es bis 2030 bis zu 5.000 funktionsfähige Quantencomputer geben könnte. Die Vorbereitungen auf diesen »Tag X« (oder besser Tag Q) laufen und werden eine Zäsur für den gesamten Markt sein.

Der kryptografische Schutz bröckelt im Quantenzeitalter. Das US-amerikanische National Institute of Standards and Technologies (NIST) stuft die weit verbreiteten kryptografischen Algorithmen RSA-2048 und ECC-256 nur noch bis 2030 als sicher ein. Nach dem Jahr 2035 soll NIST-Empfehlungen zufolge ihr Einsatz vollständig verboten werden.

Das bevorstehende Quantenzeitalter sorgt damit für eine grundlegende Neujustierung der kryptografischen Sicherheit. Organisationen müssen detailliert analysieren, welche Verschlüsselungsverfahren sie zukünftig noch einsetzen können. Im nächsten Schritt werden sie passende Post-Quanten-Kryptografie-Algorithmen (PQC) benötigen, die über die erforderliche Krypto-Agilität in modernen Netzumgebungen verfügen.

Durch eine gründliche Bestandsaufnahme kryptografischer Verfahren und die Prüfung von alternativen PQC-Verschlüsselungsverfahren soll eine quantensichere Zukunft gewährleistet werden. Ziel ist es, zwischen verschiedenen Kryptosystemen schnell wechseln zu können. Das ist schon bei klassischen Rechnernetzen eine aufwendige Arbeit. In IoT-Umgebungen gestaltet sich diese Aufgabe noch weitaus komplexer.

Das Quanten-Internet der Dinge. Das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) zählt zu den prägenden, technologischen Veränderungen der letzten Jahre. IoT-Geräte sind mittlerweile Alltagsgegenstände in privaten Häusern, Geschäftsräumen oder Regierungsbehörden. Schwachstellen in kritischen Produktionsbereichen dokumentieren allerdings, dass es bei der IoT-Sicherheit — wie bei vielen technologischen Innovationen — einen erheblichen Nachholbedarf gibt.

Die wachsende Popularität von IoT-Netzen steigert Risiken und Gefahren durch Cyberkriminelle. Aktuellen Studien zufolge ist die Anzahl von Angriffen auf IoT-Geräte als neuem Angriffsvektor innerhalb eines Jahres um 400 Prozent gestiegen. Durch Quantum Computing steigern sich die Herausforderungen an die Sicherheit weiter. Schon bei der Aktualisierung von IoT-Geräten handelt es sich dabei um eine Herkulesaufgabe.

Krypto-Agilität und PQC-Algorithmen. Zur Einführung von Krypto-Agilität und PQC-Algorithmen auf IoT-Geräten gibt es im Vorfeld einiges zu tun. Post-Quanten-Kryptografie zum Beispiel wird nur in TLS 1.3 unterstützt. Geräte und Systeme, auf denen noch TLS 1.2 ausgeführt wird, können diese Algorithmen nicht verwenden. Folge: Es ist ein gewaltiger Aufwand erforderlich, um Geräte, Web-Apps, APIs und mobile Apps auf den aktuellen Stand zu bringen.

Die großflächige Aktualisierung von IoT-Geräten erweist sich dabei als das Hauptproblem. Der DigiCert Post Quantum Cryptography Report offenbarte, dass die meisten Unternehmen keinen vollständigen Überblick über ihre kryptografischen Assets haben. Es wird erwartet, dass bis Ende 2025 weltweit 75 Milliarden IoT-Geräte miteinander verbunden sind. Für die geforderte Krypto-Agilität und Post-Quanten-Resilienz muss jedes Gerät individuell aktualisiert und neu konfiguriert werden.

Eine einfache Möglichkeit zur Konfiguration zahlreicher IoT-Geräte gibt es nicht. Software-Updates lassen sich nicht aus der Ferne installieren. Darüber hinaus befinden sich viele IoT-Geräte in Lagern, Schiffscontainern oder industriellen Netzwerken — ohne Internetanbindung. Diese Geräte müssen physisch aktualisiert werden. Bei unzähligen Geräten sind daher aufwendige und teure Rückrufaktionen erwartbar.

Hinzu kommt, dass viele IoT-Geräte mit Lebenszyklen von mehreren Jahrzehnten lange in Verwendung bleiben. Weit nach einem besagten »Tag Q« könnten IoT-Geräte immer noch an gleicher Stelle eingesetzt werden. Betroffene Unternehmen riskieren damit quantenbezogene Cybersicherheitsgefahren und Systemprobleme.

IoT-Compliance am Tag Q. Auf Unternehmensseite gibt es also viel zu tun, und die Aufarbeitung bisheriger Versäumnisse ist dabei nur der erste Schritt. Neben der Erfassung, Inventarisierung und zentralen Sicht auf kryptographische Assets muss auch der Einsatz skalierbarer und automatisierter Verwaltungstools für den Lebenszyklus von Zertifikaten geprüft werden. Das schafft eine solide Grundlage für Krypto-Agilität und Akzeptanz von PQC-Algorithmen, um auf breiter Basis den Schutz vor aktuellen und zukünftigen Quantenbedrohungen durchsetzen zu können.

Neben quantenspezifischen IoT-Vorschriften — wie die oben genannten NIST-Empfehlungen zur Vermeidung nicht quantensicherer Algorithmen — werden weitere Compliance-Verpflichtungen zur Umsetzung von PQC-Anforderungen unvermeidlich und regelmäßig zu aktualisieren sein. Die Datenschutzgrundverordnung (DSGVO) der EU muss dementsprechend weiterentwickelt werden, um EU-Bürger zuverlässig schützen zu können.

In ähnlicher Form betrifft das auch den EU Cyber Resilience Act, der Gerätehersteller zur Verschlüsselung sensibler Daten und regelmäßigen Aktualisierung ihrer Produkte verpflichtet. Weltweit ist mit der Einführung von IoT-Kennzeichnungsvorschriften zu rechnen, die Verbrauchern eine Überprüfung des Sicherheitsniveaus unterschiedlicher Geräte ermöglicht.

Unternehmensziel Quantensicherheit. Das Quantenzeitalter beginnt in kürze und wirkt sich jetzt schon enorm auf die eingesetzten Verschlüsselungsverfahren und alle datengestützten Abläufe aus. Computertechnologien kommen im Alltag mittlerweile überall zum Einsatz — von smarten Videokameras und Türklingeln bis zu digitalen Sensoren und Fahrzeugdiensten. Nicht nur für IoT-Hersteller ist die sorgfältige Abwägung entscheidend, wie sich Quantenbedrohungen auf ihr Geschäftsmodell auswirken werden. Quantensicherheit stellt ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal im marktwirtschaftlichen Wettbewerb dar.

Deepika Chauhan,
Chief Product Officer
bei DigiCert

Illustration: © Imam Bukhori, Lstrizzi GenAI | Dreamstime.com

163 Artikel zu „Quantum Computing“

News | Whitepaper

Die Zukunft des Quantum Computings

22. Januar 2021

Die zweite Quantenrevolution. Die Studie »Die Zukunft des Quantum Computings« von 2bAHEAD soll Aufschluss über die immaterielle Zukunft des Quantum Computings im Jahr 2030 geben. Fast hundert Jahre nach der Entdeckung darüber, dass die Quantenmechanik das Innenleben der Welt regiert, steht die Menschheit nun kurz vor der praktischen Nutzung dieser Macht. Während der ersten…

Deepika Chauhan, Chief Product Officer bei DigiCert

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Chief Product Officer
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