VerschlüsselungWie sicher ist Quantenkryptographie wirklich?

Mithilfe der Quantenmechanik können Daten angeblich sicher verschlüsselt werden. Zwei Forscher bezweifeln das allerdings und glauben an fundamentale Missverständnisse. von 

"Antipodes", eine Skulptur des Künstlers John Sanborn, zeigt kryptografischen Code

"Antipodes", eine Skulptur des Künstlers John Sanborn, zeigt kryptografischen Code  |  CC BY 2.0 WanderingYew2

Der Wunsch, Nachrichten so zu verschlüsseln, dass kein Unbefugter sie lesen kann, ist alt. Oft schon versprachen neue Techniken und Geräte, diesen Wunsch zu erfüllen. Ihre Codes wurden immer geknackt. Derzeit macht dieses Versprechen die sogenannte Quantenkryptographie. Die Übermittlung von Informationen, die durch die Gesetze der Quantenphysik geschützt ist, gilt vielen Forschern auf diesem Feld gemeinhin als absolut sicher .

Daher hat die Quantenkryptographie bei vielen Gruppen Interesse geweckt. Bei Banken, Regierung und nicht zuletzt beim Militär, zum Beispiel bei der US-amerikanischen Defense Advanced Research Projects Agency Darpa , die auch Forschungsprojekte aus dem Bereich der Quantenmechanik für das US-Verteidigungsministerium durchführt. Doch gibt es zwei Wissenschaftler, die der Meinung der Mehrheit widersprechen und überzeugt sind, auch auf Quantenniveau gebe es keine Sicherheit.

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Ausgangspunkt der quantenkryptographischen Verfahren sind zwei besondere Eigenschaften der Quantenwelt. Sie heißen Superposition und Verschränkung . Objekte, die der Quantenmechanik unterliegen – beispielsweise Photonen – können sich in einem inneren Überlagerungszustand befinden, einer Superposition, die in der Alltagswelt keine Entsprechung findet. Ein Photon, das sich in einem solchen Zustand befindet, legt seinen Charakter erst fest, wenn man es misst.

Falsche Interpretation?

Zwei verschränkte Photonen indes sind so miteinander verbunden, dass bei der Messung des Zustands eines der Photonen augenblicklich auch der Zustand des anderen eindeutig feststeht. In beiden Fällen würde sich ein Angreifer bemerkbar machen, spähte er die Photonendaten unerlaubterweise aus. Denn durch die Messung ändert sich der Zustand eines Photons nachhaltig. Der Schutz einer quantenkryptographisch chiffrierten Nachricht besteht also nicht in der Abhörsicherheit, sondern darin, dass ein Spion unweigerlich entdeckt würde.

Derzeit dient eine bestimmte quantenphysikalische Größe als Garant "uneingeschränkter Sicherheit" , die Trace distance . Diese Größe lässt sich als quantenmechanische Abschätzung der Güte eines Verschlüsselungsverfahrens verstehen.

Doch Horace P. Yuen , Professor für Physik und Elektrotechnik an der Northwestern University in Evanston, Illinois , meldet Einspruch an . Er glaubt, dass der Konzeption der Trace distance als Sicherheitskriterium fundamentale Fehler zugrunde liegen. "Diese Größe wird von der Mehrheit der Forschergemeinde falsch interpretiert. Ich habe die richtige Deutung geliefert. Doch die meisten anderen Forscher ignorieren das einfach", sagt Yuen.

Unterstützung erhält er nun von Osamu Hirota, Direktor des Quantum ICT Research Institute an der Tamagawa University nahe Tokio. Er ist ebenfalls von Fehlern in der gegenwärtigen Konzeption überzeugt und hat seine Auffassung des Missverständnisses zu Papier gebracht . Kürzlich trug er sie auf einer Konferenz in San Diego vor .

Die Sicherheit der Datenübertragung mittels Quantenkryptografie gilt aber in weiten Teilen der Forschergemeinde als unumstritten, seit Renato Renner , Professor für Theoretische Physik an der ETH Zürich , das Trace-distance -Kriterium eingeführt hat. "Die Arbeiten von Yuen und die neue Arbeit von Hirota basieren meiner Meinung nach auf einer grundsätzlichen logischen Fehlüberlegung. Diese Meinung teilen übrigens – natürlich mit Ausnahme von Yuen und Hirota selbst – fast alle mir bekannten Forscher im Bereich der Kryptographie", sagt Renner. "Und daran wird auch das neue Papier nichts ändern."

Leserkommentare
    • Nibbla
    • 17. August 2012 16:05 Uhr

    die Sicherheit kommt daher, dass man jedes Experiment durch eine Messung verändert, was wiederrum mit der Unschärferelation zu tun hat.

    Und dies gilt doch immer noch? Bzw wo genau liegt der Fehler?

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    • Nibbla
    • 17. August 2012 16:06 Uhr

    Eve einfach die Nachricht neu versenden kann?

    • Nibbla
    • 17. August 2012 16:06 Uhr

    Eve einfach die Nachricht neu versenden kann?

    Antwort auf "Ich dachte immer..."
    • kdbinf
    • 17. August 2012 18:10 Uhr

    Was bringen solche Artikel? Es wird nicht erklärt, was genau nun die Bedenken der beiden Wissenschaftler sind. Stattdessen wird hier einfach Aussage gegen Aussage gestellt.

    Ich hab das Paper mal überflogen, kenne mich mit Kryptographie aber nicht aus. So wie ich das verstehe geht es wohl darum, dass man mit Quantenkryptographie nur kleine Datenmengen über kurze Entfernungen übertragen kann. Wenn man anfängt und nur kleine Schlüssel überträgt, kann man sich zwar gegen das Abhören der Schlüssel absichern, aber die verschlüsselte Nachricht ist dann trotzdem nicht absolut sicher. Für absolute Sicherheit bräuchte man einen Schlüssel in der selben Länge wie die Nachricht. Das ist aber nicht möglich, da man per Quantenkryptographie nur sehr kurze Nachrichten verschicken kann.
    Fazit (so wie ich als Laie das verstehe): Quantenkryptographie ist in der Praxis nicht so anwendbar, wie die Physiker das in der Theorie gerne darstellen. Die Begrenzungen der Machbarkeit scheinen nicht nur technischer, sondern auch physikalischer Natur zu sein. Es liegt also nicht nur daran, dass unsere heutigen Geräte nicht genau genug sind.

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    Vielen Dank, kdbinf, Ihre Ausführungen ersparen mir wohl das Lesen des Papers! Das, was Sie schreiben, riecht nach einem Streit "Theoretiker gegen Praktiker". Der eine sagt: "Prinzpiell geht's", und der andere: "Na aber, es ist so lahm, dass keiner einen Nutzen davon hat".

    *grins*

    Jag

  1. So viel ich von den Erkenntnissen der Physiker weiß, haben Photonen die Quanteneigenschaft - 0 - in Worten - Null -

    Sie haben weder Spin noch sonst was (mal abgesehen von dem was Planck und Einstein dazu feststellten).

    Wie sollte man sowas in dem Zusammenhang nutzen können ?

    Das ist das praktische - Nichts - so wie eine Glatze genau keine Möglichkeit zur Frisur bietet. Zu gar keiner. Also nicht das da ein physikalisch beschreibbares - Nichts - entdeckt wurde, aber sich Lockenwickler ins Ohr stecken macht auch keine richtige Frisur, wenn grundsätzlich an Haaren fehlt.

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    Erstens haben sie Spin =1, damit drei Einstellungen
    +1, 0, -1.
    Ferner haben sie eine Frequenz (kontinuierliches Spektrum, also unendlich viele mögliche verschiedene Energielevel.
    Im Übrigen teile ich Ihre Skepsis.

  2. Parasympatikus schreibt: "Sie [Photonen] haben weder Spin noch sonst was".

    Da haben Sie leider nicht ganz aufgepasst: Photonen haben Spin 1, nicht Spin 0. Das können Sie übrigens ganz einfach überprüfen, indem Sie in einen 3D-Kinofilm gehen: Das linke Glas von der 3D-Brille lässt linkszirkular polarisiertes Licht durch, das rechts Glas rechtszirkular polarisiertes Licht (oder genau vertauscht). Solches zirkular polarisiertes Licht trägt Drehimpuls!

    Auch für die Quantenkryptographie wird die Polarisation genutzt.

    Jag

  3. Was nützt totale technische Sicherheit gegen den Faktor Mensch?
    Ob die Technik funktioniert? Wer von uns kann das beurteilen?
    Ob sie etwas wert ist?
    Wenn all die bereits etablierten Verschlüsselungsverfahren nichts taugen, woher dann die vollmundigen Versprechungen?

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    • Nibbla
    • 18. August 2012 10:50 Uhr

    noch. Aber man glaubt, dass mithilfe von Quantenrechnern man blitzschnell eine Primzahlenzerlegung durchführen könnte und dann wär die Verschlüsselung geknackt und die nächste Hoffnung wär Quantenverschlüsslung.

  4. Vielen Dank, kdbinf, Ihre Ausführungen ersparen mir wohl das Lesen des Papers! Das, was Sie schreiben, riecht nach einem Streit "Theoretiker gegen Praktiker". Der eine sagt: "Prinzpiell geht's", und der andere: "Na aber, es ist so lahm, dass keiner einen Nutzen davon hat".

    *grins*

    Jag

  5. Erstens haben sie Spin =1, damit drei Einstellungen
    +1, 0, -1.
    Ferner haben sie eine Frequenz (kontinuierliches Spektrum, also unendlich viele mögliche verschiedene Energielevel.
    Im Übrigen teile ich Ihre Skepsis.

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    Meinen Sie Photonen könnten auch Ruhemasse haben, und sogar negative Herzfrequenz, und das evtl. auch Antiphotonen existieren ?

    Aber was hat's denn mit dem "Photonenspin" auf sich, aber nicht im Kino, sondern beim normalen Fernseher. Könnte es sein das Gelb und Blau auch mal was anderes als Grün ergeben wenn der Spin nicht passt ?

    Nicht das es die HD-Verschwörung gibt und bis ans Ende aller Tage nur HD-Ready verkauft wird ohen Aussicht auf echtes - high definition TV Bild - wegen irgend welcher Ausschlußkriterien von Photonenpaaren.

    Wie heißt denn der "Pauli der el. Welle" der das herausfand ?

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