Sobald man "Kryptografie" hört, denkt man an das verschlüsselte Übermitteln von Nachrichten von z.B. Alice an Bob. Quanten-Kryptografie kann das heute noch nicht leisten. Sie beschäftigt sich ausschließlich mit dem Entwickeln sicherer Schlüssel, die gegen potentielle Angriffe standhalten.

Klassische Kryptographie-Methoden unterscheiden zwischen einem Public- und einem Private-Key. Nur der Private-Key kann mit dem Public-Key verschlüsselte Nachrichten wieder entschlüsseln und mit einem generischen Computer dauert es theoretisch Jahrhundert, den Private-Key zu ermitteln. Problematisch ist natürlich, dass die Sicherheit nur so hoch ist, wie die physische Sicherheit des Private-Keys + dessen einzusetzender Passphrase.

Quantencomputer können theoretisch dieses Reverse-Engineering des Private-Keys innerhalb von Sekunden lesiten, da Quanten gleichzeitg mehr als einen Zustand annehmen können und damit über das klassische Binärpattern hinaus gehen. Bildhaft gesprochen können Quantencomputer also nicht nur "Ja" und "Nein", sondern auch gleichzeitig "vielleicht".

Wenn man nun Quanten (Photonen) zur Kryptographie einsetzt, gewinnt man einen hohen Sicherheitsfaktor hinzu: Ein Photon, das gemessen wird, verliert seinen ursprünglichen Zustand durch die Messung. D.h. dass eine verschlüsselte Nachricht nur ein Mal entschlüsselt werden kann. Nach dieser Messung der Polarisierung der Photonen haben diese nicht mehr ihren ursprünglichen Zustand und tragen damit nicht mehr die sensible Nachricht. Man kann sich dies in etwa so vorstellen, wie eine mit einem Einmal-Block codierte Nachricht, die sich nach der Dechiffrierung selbst zerstört.

Photonen nehmen bei der Messung tatsächlich zufällig einen Zustand an - Dannach behalten sie diesen Zustand jedoch. Das Annehmer des Zustands ist - soweit die Physik und Mathematik das bis heute nachvollziehen können - wirklich zufällig. Die viel beschworenen "Random Numbers" die unsere Krypto-Software heutzutage ermöglichen, sind nämlich leider nicht so zufällig wie sie behaupten. Rein physikalisch ist es ein Ding der Unmöglichkeit, mathematisch wirklich zufällige Zahlen in einem Prozessor zu erzeugen. Photonen ermöglichen diese echte Zufälligkeit.

Das Praktische an Quantentechnologie ist, dass ein transportiertes Quanten-Paar (Entangled Pair), das mit Überlichtgeschwindigkeit transportiert werden kann, an Verschlüsselungs- sowie am Entschlüsselungsort gleichzeitig den gleichen messbarne Zustand hat. Wird es gmessen, hat es den beschriebenen wirklich zufällig an beiden Orten. Wird es mehrmals gemessen, hat es immer den selben Zustand. Wird also eine Nachricht entschlüsselt, verändert die Entschlüsselung die Nachricht und gibt somit preis, dass die sensible Nachricht gelesen wurde. Der Verschlüsseler kann dies quasi in Echtzeit überwachen.

Geschrieben am 28.12.2007