Sichere Kommunikation durch Quantenkryptografie

Den Versuch, wichtige Botschaften zu verschlüsseln, sodass nur der richtige Empfänger sie entschlüsseln und lesen kann, gab es schon in der Antike. In der digitalen Welt ist in vielen Bereichen eine sichere Verschlüsselung sensibler Daten wichtiger denn je. Die Quantenmechanik bietet einen neuen Ansatzpunkt für die Kryptografie.

Die Quantenkryptografie nutzt die Polarisation des Lichtes, also seine Schwingung in der Ebene senkrecht zu seiner Ausbreitung. Für die Quantenkryptografie werden die Photonen horizontal, vertikal, linksschräg oder rechtsschräg polarisiert.

Verständigung über die Polarisationsrichtung

Sender und Empfänger definieren die Abfolge der Basen, also der Polarisation, in denen die Photonen verschickt und empfangen werden. Nur wenn der Empfänger das Lichtteilchen in der vom Sender gewählten Polarisation misst, erhalten beide aus der Messung eine Information.

Begrenzte Reichweite

Quantenkryptografische Verfahren lassen sich nur über eine begrenzte Entfernung anwenden. Die bisherigen Höchstweiten lagen bei 40 und 144 Kilometern. Die Übertragung über Glasfaserkabel oder durch die Luft stören die Lichtquanten. Eine Verstärkung der Signale wiederum würde die in den Teilchen codierte Information verändern. Forscher arbeiten daran, auf Satelliten auszuweichen, um die Quanten im störungsfreien Vakuum zu versenden. Aber auch eine Übertragung auf Kurzstrecken wäre für sicherheitsrelevante Anwendungen bei Behörden, Ministerien, Institutionen oder Unternehmen interessant.

Lauscher verändern die Botschaft

Aufgrund der Quantenmechanik ist jede Messung immer auch ein Eingriff in das System, das es verändert. Die Messung mit einer horizontalen/vertikalen Basis kodiert das Teilchen also entsprechend. Ungebetene „Zuhörer“ lassen sich deswegen leicht bemerken. Wenn jemand die polarisierten Lichtteilchen bei der Übertragung abfängt und misst, verändert er ihre Polarisation, wenn er eine „falsche“ Basis verwendet. Das bemerken Sender und Empfänger, wenn sie vorher Testsequenzen verschicken. Allerdings bietet auch die Quantenkryptografie keine vollständige Sicherheit. Denn die Geräte von Empfänger und Sender bilden einen Angriffspunkt.

 

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