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Quantenbasierte Sicherheit Echte Zufallszahlen mit dem kleinsten Quanten-Zufallsgenerator

Von Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter 2 min Lesedauer

Anbieter zum Thema

ELMOS Semiconductor SE
CSA Group Bayern GmbH
Heitec AG
ROHM Semiconductor GmbH

Im Zeitalter wachsender Bedrohungen durch Quantencomputer und künstliche Intelligenz setzen Elmos Semiconductor und ID Quantique neue Maßstäbe in der Cybersicherheit. Mit der Entwicklung des weltweit kleinsten monolithisch integrierten Quanten-Zufallszahlengenerators (QRNG) eröffnen sie neue Möglichkeiten für sichere Verschlüsselung und robuste elektronische Systeme.

Echte Zufallszahlen sind mit dem integrierten Quanten-Zufallszahlengenerator (QRNG) von Elmos Semiconductor und ID Quantique möglich. Das Besondere: Erste Prototypen des QRNG-Moduls messen 2 mm x 2 mm. (Bild: Elmos)
Echte Zufallszahlen sind mit dem integrierten Quanten-Zufallszahlengenerator (QRNG) von Elmos Semiconductor und ID Quantique möglich. Das Besondere: Erste Prototypen des QRNG-Moduls messen 2 mm x 2 mm.
(Bild: Elmos)

Das Jahr 2025 markiert den Beginn des „Internationalen Jahres der Quantenwissenschaft und -technologie“. Eine spannende Entwicklung in diesem Zusammenhang ist die strategische Partnerschaft zwischen Elmos Semiconductor, einem Anbieter von Mixed-Signal-Halbleitern für die Automobilindustrie, und ID Quantique, einem Pionier der Quanten-Cybersicherheit. Beide Unternehmen haben sich zusammengetan, um einen weltweit einzigartigen Quanten-Zufallszahlengenerator (QRNG) zu entwickeln – und das im kleinstmöglichen Maßstab.

In einer Ära, in dem Quantencomputer und künstlicher Intelligenz sowohl Chancen als auch Bedrohungen für die digitale Infrastruktur darstellen, ist Cybersicherheit eines der drängendsten Themen. Das Herzstück der Kryptographie sind Zufallszahlen. Sie allerdings stehen zunehmend unter Druck: Herkömmliche Verfahren zur Generierung von Zufallszahlen – wie Pseudo-Zufallszahlengeneratoren (PRNGs) – sind nicht mehr ausreichend sicher gegen die Rechenmacht moderner Angriffe.

Eine sichere Methode für Zufallszahlen

Die Lösung? Quantenprinzipien. Mit der neuen QRNG-Technologie von Elmos und ID Quantique werden Zufallszahlen mithilfe von In-Chip-Photoemission erzeugt – ein Verfahren, das auf den fundamentalen Eigenschaften der Quantenmechanik basiert. Das Ergebnis: unübertroffene kryptografische Sicherheit, stabil gegenüber äußeren Störungen wie Temperaturschwankungen oder elektromagnetischen Einflüssen.

Details des QRNG auf einem Blick

QRNG nutzt die inhärente Zufälligkeit quantenmechanischer Prozesse, insbesondere der In-Chip-Photoemission, um echte Zufallszahlen zu erzeugen. Dies gewährleistet eine hohe Entropie und Unvorhersagbarkeit, die für kryptographische Anwendungen unerlässlich sind.

Durch die monolithische Integration ist der QRNG unempfindlich gegenüber äußeren Einflüssen wie Temperaturschwankungen, Schwankungen der Versorgungsspannung, Lichteinfall, physikalischem Druck oder elektromagnetischen Störungen. Dies minimiert das Risiko von Cyber-Angriffen, die auf solche Variablen abzielen.

Erste Prototypen des 2 mm x 2 mm großen QRNG-Moduls zeigen einen sehr geringen Stromverbrauch und extrem kurze Startzeiten. Dies prädestiniert die Technologie für den Einsatz in energieeffizienten und schnell reagierenden Systemen.

Die QRNG-Technologie kann als eigenständiger Halbleiter eingesetzt oder über IP-Lizenzen in verschiedene CMOS-Technologien integriert werden. Dies ermöglicht eine flexible Anpassung an unterschiedliche industrielle Anforderungen und Anwendungen.

Die Integration von QRNGs in elektronische Systeme bietet die Möglichkeit, die Sicherheit erheblich zu erhöhen. Durch die Bereitstellung echter Zufallszahlen können kryptographische Schlüssel generiert werden, die gegen aktuelle und zukünftige Bedrohungen, einschließlich Quantencomputer, resistent sind. Darüber hinaus eröffnen die geringe Größe und der niedrige Stromverbrauch von QRNGs neue Perspektiven für den Einsatz in mobilen Geräten, IoT-Anwendungen und sicherheitskritischen Bereichen wie der Automobilindustrie. Die Möglichkeit der einfachen Integration in bestehende Systeme durch IP-Lizenzierung vereinfacht den Entwicklungsprozess und verkürzt die Time-to-Market. (heh)

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