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Report | Quantenkryptografie
zeugt und verteilt. Praktisch wird
diese Möglichkeit aber kaum genutzt.
Das liegt nicht nur an den
noch stolzen Preisen von rund
100ˇ000 Euro für die komplexen
Systeme. Mit den anfänglichen
Schlüsselerzeugungsraten von
etwa einem Kilobit pro Sekunde
bei Schlüssellängen von etwa 50
kBit und einer Höchstreichweite
von etwa 100 Kilometern schienen
zunächst auch die technischen
Möglichkeiten nur für
einen sehr beschränkten Anwenderkreis
interessant, zumal es
noch keine herstellerübergreifende
Standardisierung gibt, um
eine Integration in bestehende
Systeme zu erleichtern. Und
nicht zuletzt sind die bisher noch
üblichen Punkt- zu-Punktverbindungen
zwischen Sender und
Empfänger nur abhörsicher, aber
nicht ausfallsicher, denn auch sie
kann man ganz einfach mittels
Denial-of-Service(DoS)-Attacken
unbenutzbar machen.
Nur vernetzt
wirklich stark
Die Forscher des SECOQC-Projektes installierten das Quantennetzwerk
in einem Glasfasernetz, das vier Siemens-Standorte in
Wien und einen in St. Pölten miteinander verbindet.
Diese und weitere Mankos wollten
Forschergruppen aus ganz
Europa mit der Entwicklung
eines Quantennetzwerks beheben,
um so die Technik markttauglicher
zu machen. Das von
der EU mit insgesamt 11,4 Millionen
Euro geförderte Projekt
„Development of a Global Network
for Secure Communication
Based on Quantum Cryptography“
(SECOQC) startete im April
2004 mit 41 Forschungs- und Industriepartnern
aus zwölf Ländern
[3]. Sie arbeiteten in acht
Subprojekten zusammen, die
sich mit der Netzwerkimplementierung,
der Quanteninformationstheorie,
den Quantenkryptografiesystemen,
der Entwicklung
von Komponenten, der
Netzwerkarchitektur, der Zertifizierung
und Standardisierung,
der Systemintegration und der
Gesamtprojektleitung beschäftigten.
Letztere lag bei Christian
Monyk von Austrian Research
Centers (ARC), dem größten
außeruniversitären Forschungsunternehmen
Österreichs.
Zum vorläufigen Abschluss
des Projekts präsentierten die
Wissenschaftler im Oktober in
Wien erstmals den Einsatz ihres
Netzwerks und stellten ihre Ergebnisse
bei einer anschließenden
Fachkonferenz vor. Bei der
auch per Streaming im Internet
gezeigten Live-Demonstration
sicherte das Projekt Voice-over-
IP-Telefonate und eine Videokonferenz
mit Quantenschlüsseln
ab, die im Quantennetzwerk
über eine maximale Entfernung
von 85 Kilometern erzeugt und
verteilt worden waren.
Die VoIP-Telefonate wurden
für die Internetübertragung per
One-Time-Pad verschlüsselt. Bei
diesem Verfahren ist allerdings
der Schlüssel genauso lang wie
die zu verschlüsselnde Botschaft,
was seinem Einsatz in der Praxis
Grenzen setzt: Für eine fortlaufende
One-Time-Pad-Verschlüsselung
einer Videokonferenz zwischen
mehreren Knotenpunkten
des Netzwerks reichen die Schlüsselerzeugungsraten
der verwendeten
QKD-Verfahren von einigen
Kilobit pro Sekunde nicht
aus. Bei der SECOQC-Demonstration
wurde die Videoübertragung
daher über das symmetrische
Blockchiffre-Verfahren AES verschlüsselt,
dessen Sicherheit man
mit einem sehr häufigen Wechsel
der vom Quantennetzwerk gelieferten
Schlüssel noch erhöhte. Da
QKD eine höhere Sicherheit bietet
als AES, Diffie-Hellman aber
als schwächer gilt als AES, ist die
für die Videokonferenz gewählte
Kombination zwar nicht absolut
sicher, erreicht aber eine noch
höhere Sicherheit als die verbreitete
Kombination von AES und
Diffie-Hellman.
Verwirklicht wurde das mittlerweile
wieder abgebaute SE-
COQC-Quantennetz in einem von
Bild: SECOQC-Projekt/ARC
Siemens zur Verfügung gestellten
firmeninternen Glasfaserring, der
fünf Standorte in Wien und St.
Pölten verbindet. Sechs Knotenpunkte
und acht Links wies
dieses Netz auf, wobei es sich
um sieben Glasfaserverbindungen
mit Längen zwischen 6 und
85 Kilometern Länge sowie eine
rund 80 Meter messende direkte
Sichtverbindung („free space
link“) zwischen zwei Teleskopen
handelte. Über standardisierte
Schnittstellen wurden in das
Netzwerk acht Paare von Sendeund
Empfangsgeräten zur Erzeugung
und Verteilung geheimer
Schlüssel integriert, die auf insgesamt
sechs verschiedenen quantentechnischen
Ansätzen fußen.
Sechs Systeme
unter einem Hut
Fünf der QKD-Module arbeiten
mit stark abgeschwächten Laserpulsen,
die in der Regel nur ein
einzelnes Photon enthalten. So
schickte das Schweizer Unternehmen
id Quantique ein System
namens „Plug and Play“
nach Wien, eine verbesserte Version
des bei den Genfer Wahlen
im Herbst 2007 eingesetzten
Vectis-Systems [4]. Die versendeten
Bits werden hier in Phasenverschiebungen
aufeinanderfolgender
Einzelphotonen kodiert.
Eine Rundreise der Photonen
von Alice zu Bob und zurück
macht das Verfahren gegen
Temperaturschwankungen und
andere Störungen unempfindlich.
Zusammen mit der Uni Genf
und den Austrian Research Centers
(ARC) war id Quantique auch
noch mit einem Ansatz namens
„Coherent One Way System“,
kurz COW, vertreten. Die Bitwerte
überträgt man hier über die
Sendegerät (Alice)
speziell angefertigte
Elektronik
Einzelphotonen-Detektoren
Glasfaserspule (25 km)
Empfangsgerät (Bob)
speziell angefertigte
Elektronik
Prozessor
Polarisationssteuerung
Prozessor
Quelle für verschränkte Photonen
Quantenkanal
(1550 nm)
öffentlicher Kanal
Verbindungen zu
Einzelphotonen-
Detektoren
Quantenkanal (1550 nm)
öffentlicher Kanal
Bilder: Uni Wien / ARC
Rack-taugliche Quantentechnik: Bei diesen von österreichischen und schwedischen Forschern entwickelten
Modulen übertragen verschränkte Photonenpaare die Informationen.
68 c’t 2009, Heft 2
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