Kompakte Notebooks Kompakte Notebooks - Wuala

Report | Quantenkryptografie
Position nichtleerer Time Slots
der Laserpulse, da sich Ankunftszeiten
von Signalen leichter
messen lassen als die Polarisation.
Das von Toshiba Research
aus Großbritannien beigesteuerte
„One Way Weak Pulse System“
benutzt dagegen ebenfalls die
Phasenkodierung, allerdings
ohne Rundreise der Photonen.
Hier werden knapp nach jedem
Signal Referenzpulse losgeschickt,
durch deren Auswertung
Störungen ausgeglichen
werden können. „Entangled Photons“,
das einzige System, das
verschränkte Photonenpaare benutzt,
kam von einem Team der
Uni Wien, den ARC und schwedischen
Wissenschaftlern.
Der sechste Ansatz unterscheidet
sich technisch deutlich
von den anderen Verfahren. Die
Forscher vom CNRS, dem Unternehmen
Thales nahe Paris sowie
der Freien Uni Brüssel verfolgen
einen Ansatz mit „kontinuierlichen
Variablen“ (Continuous
Variables). Sie benutzen starke
Laserpulse. Wählt man die Änderungen
der Polarisationen klein
genug, dann führen auch hier
Messungen zu erkennbaren Störungen,
sodass ein Mithörer sicher
erkannt werden kann. Statt
der von der Konkurrenz zumeist
verwendeten Einzelphotonendetektoren
kann man hier homodyne
Detektoren als Empfänger
nutzen, was prinzipiell einfacher
ist. Damit ist dieser relativ
neue Ansatz zwar interessant, er
ist aber technisch noch nicht so
ausgereift wie die anderen Verfahren
und braucht zudem mehr
Rechenaufwand für die Schlüsselerstellung.
Zu guter Letzt installierten
noch Wissenschaftler von der
Ludwig-Maximilians-Universität
80 m
Die freie Sichtverbindung wurde an den Siemens-Gebäuden in Erdberg installiert und
überbrückte von der Sendestation (unten) zur Empfangsstation (oben) rund 80 Meter.
München die Geräte für die direkte
Sichtverbindung an den
Siemens-Gebäuden am Standort
Erdberg. Bei ihnen wird die Information
in die Polarisation von
Einzelphotonen kodiert. Wie die
Vorführung in Wien zeigte, funktioniert
dies inzwischen nicht
mehr nur nachts, sondern auch
bei Tageslicht.
Quantum Back Bone
Nachdem die Sende- und Empfangsgeräte
jedes Paares jeweils
über einen Quantenkanal und
einen Internetlink verbunden
waren, bildeten die fünf per Glasfaserleitung
verbundenen Knoten
zusammen mit den sieben
Verbindungen untereinander
den Quantum Back Bone, kurz
QBB. An jeden der Knoten eines
QBB können über jeweils eine
zweikanalige QKD-Verbindung
die Sende- und Empfangsgeräte
von Nutzern angeschlossen werden,
die mit jedem anderen ins
Netz eingebundenen QKD-Modul
sicher Schlüssel austauschen
können. In Wien wurde so die
Sichtverbindung angeschlossen.
Für die kabelgebundenen
Quantenkanäle nutzte man nicht
beschaltete Glasfasern, da sie
zurzeit noch dedizierte Leitungen
benötigen. Zusätzliche Steuermodule,
die neben den QKD-
Geräten ebenfalls Bestandteil
der QBB-Knoten waren, stellten
die Internetlinks für die Schlüsselerzeugung
her. Gleichzeitig
waren sie für typische Netzwerkmanagementaufgaben
zuständig
wie Transport und Routing
der Datenströme sowie das Austarieren
der Netzbelastung.
Um den speziellen Anforderungen
des Quantum Back Bone
gerecht zu werden, wurde hierfür
Bilder: Martin Fürst/LMU München
zunächst das Quantum-Point-to-
Point-Protokoll entwickelt, das
die klassische Kommunikation
zur Schlüsselerzeugung zwischen
zwei QKD-Modulen über einen
authentifizierten Kanal gewährleistet
und gleichzeitig die Authentifizierung
und Verschlüsselung
für höhere Netzwerkschichten
liefert. Auf diesem kurz Q3P
genannten Protokoll setzen das
von OSPF abgeleitete QKD Routing
Layer Protocol und das als erweiterte
TCP/IP-Variante entwickelte
QKD Transport Layer Protocol
auf. Diese drei neuen Netzwerkprotokolle
ermöglichen über
Standardschnittstellen eine einfache
Anbindung an herkömmliche
Netzwerke, sodass Anwendungen
höherer Schichten nicht angepasst
werden müssen.
Das SECOQC-Projekt ist nicht
der erste Versuch, ein Quantennetzwerk
aufzubauen. Bereits
2004 hatte ein von der Defense
Advanced Research Projects
Agency (DARPA) gefördertes Projekt
erstmals ein Quantennetzwerk
zwischen BBN Technologies,
der Harvard University und
der Boston University getestet [5].
Damals übernahmen die Sendeund
Empfangsstationen der an
das Netz angeschlossenen Endbenutzer
die Kontrolle für alle benutzten
Verbindungen. Beim SE-
COQC-Konzept bleibt dagegen
die Kontrolle über jede Verbindung
bei den beiden diese Strecke
verbindenden Knotenpunkten.
Dies hat den Vorteil, dass die
Netzwerkdienste unabhängig
von den QKD-Modulen funktionieren.
Diese müssen lediglich
die Anforderungen der Standardschnittstellen
erfüllen, sodass sich
ganz unterschiedliche quantentechnische
Lösungen zu einem
Netzwerk verbinden lassen.
Zu den zentralen Aufgaben
der Steuermodule gehört damit
auch, die ständig an den Knotenpunkten
erzeugten Schlüssel zu
speichern und die synchrone
Lieferung geheimer netzübergreifender
Schlüsselpaare an die
Schlüssel benötigenden Kommunikationsanwendungen
quer
durch das Netzwerk zu gewährleisten.
Dazu muss in jedem Knoten
die Lücke von einer Quantenverbindung
zur nächsten sicher
überbrückt werden. Gäbe
es ideale Quanten-Repeater,
könnten diese die Quantenkanäle
der Einzelverbindungen bruchlos
verknüpfen und so die Signale
weitergeben, ohne sie zu
lesen. Sender und Empfänger
könnten dann wie bei einer
Punkt-zu-Punkt-Verbindung auch
über das Netzwerk hinweg an
ihren Signalen sehen, dass die
Quanten-Repeater nicht mithören.
Damit könnten Service-Provider
in ihrem Netzwerk auch
eine Quantenschlüsselverteilung
anbieten, da ihnen der Kunde
dann ebenso wenig vertrauen
muss wie heute bei einem Virtual
Private Network (VPN).
Trusted Repeater
Technisch sind solche Quanten-
Repeater bislang aber noch nicht
realisiert. Die SECOQC-Entwickler
haben deshalb noch kein global
taugliches Quantennetzwerk entwickelt,
sondern eines, das sich
nur in Netzen eignet, bei denen
Benutzer und Betreiber – wie im
Prinzip bei dem benutzten Siemens-Netzwerk
– identisch sind.
Diese Einschränkung folgt aus
dem von SECOQC verwendeten
Trusted-Repeater-Konzept, das
bereits beim DARPA-Netzwerk
untersucht worden war. Da man
den Steuermodulen eine begrenzte
Kenntnis über die Erzeugung
der netzübergreifenden
Schlüssel anvertrauen muss,
braucht man vertrauenswürdige
Repeater-Stationen – „trusted repeaters“.
Dies wiederum kann
man am ehesten sicherstellen,
wenn einem das Netz und die
Knotenstandorte gehören.
Bei dem Trusted-Repeater-
Konzept erzeugt man zunächst
auf jedem Quantenkanal ständig
so viel geheime Schlüssel wie
möglich – bei einer Strecke A-B-
C werden laufend Schlüsselpaare
K AB für die Verbindung AB und
K BC für BC neu erzeugt und auf
Vorrat in den Steuermodulen
von A und B beziehungsweise B
c’t 2009, Heft 2
©
Copyright by Heise Zeitschriften Verlag GmbH & Co. KG. Veröffentlichung und Vervielfältigung nur mit Genehmigung des Heise Zeitschriften Verlags.
69