Cybersichere Kommunikation Post-Quanten-Kryptographie: Quantenresistente VPNs in Reichweite

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IT-Security-Spezialist Genua präsentiert Ergebnisse aus BMBF-gefördertem Forschungsprojekt zu Post-Quanten-Algorithmen für das sichere Internet. Im Fokus sind dabei Verbindungen über Virtual Private Networks.

Nach dreijähriger Laufzeit ist das vom BMBF geförderte Forschungsprojekt „Quantensichere VPN-Module und -Operationsmodi” (QuaSiModO) erfolgreich abgeschlossen. Ziel der Forschenden war es, neuartige quantenresistente – das heißt nicht durch einen Quantencomputer angreifbare – kryptografische Algorithmen zu untersuchen, zu testen und für eine Verwendung in VPN-Standards und VPN-Implementationen vorzubereiten.

Die Ergebnisse und ihre praktische Bedeutung für die IT-Sicherheit werden derzeit im Rahmen einer Veranstaltung zur Post-Quanten-Kryptografie des Fraunhofer AISEC vorgestellt. Der IT-Security-Spezialist genua GmbH (Genua) arbeitet bereits an ersten Implementierungen der Projektergebnisse und strebt eine möglichst zeitnahe Post-Quanten-Migration seiner Netzwerksicherheitslösungen an.

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Quantencomputer fordern die Kryptografie heraus

Kryptografie ist eine Voraussetzung, um die Vertraulichkeit und Authentizität von Kommunikation und Daten sicherzustellen. In virtuellen privaten Netzwerken (VPNs) dient sie unter anderem zum Austausch von kryptografischen Schlüsseln sowie zur Verschlüsselung selbst, um über ein unsicheres Netz wie dem Internet sicher mit einem entfernten Gerät zu kommunizieren.

Die etablierten Verschlüsselungsalgorithmen sind jedoch gefährdet: Quantencomputer könnten innerhalb weniger Jahrzehnte leistungsfähig genug werden, um die Algorithmen zu knacken. Diese Bedrohung betrifft auch bereits heute gespeicherte sensible Daten, da diese nachträglich entschlüsselt werden könnten. Darüber hinaus stellt die Post-Quanten-Kryptografie neue Herausforderungen an das Design von Netzwerkprotokollen, da PQK-Algorithmen oft langsamer sind oder größere Schlüsselgrößen haben als klassische Verfahren.

Praxistaugliche Kryptoalgorithmen für das Quantenzeitalter

Um diesen Herausforderungen zu begegnen, arbeiten Forschende weltweit an neuen kryptografischen Methoden. Im Forschungsprojekt QuaSiModO sollten praxistaugliche vertrauenswürdige und sichere Algorithmen ermittelt werden, mit denen bereits in naher Zukunft quantensichere VPNs betrieben werden können. Die gängigen IPsec- und MACsec-Schlüsselaustausch- und -Schlüsselvereinbarungsprotokolle, Internet Key Exchange Version 2 (IKEv2) und MKA/PACE, sollten dazu quantensicher gemacht werden, unter anderem durch die Anwendung hybrider, kryptoagiler und mehrschichtiger Verschlüsselungsverfahren.

Laut Stefan-Lukas Gazdag, Kryptoforscher beim Verbundkoordinator Genua wurden alle Projektziele erreicht: der quantenresistente Schlüsselaustausch für IPsec und MACsec, die Implementierung quantenresistenter Lösungen auf Layer 2 und Layer 3 des TCP/IP-Referenzmodells sowie die Entwicklung und Prüfung VPN-geeigneter hybrider und kryptoagiler Mechanismen – in Abstimmung mit den zuständigen Standardisierungsgremien. Außerdem wurden erste Versuche einer Post-Quanten-Authentifizierung unternommen.

Der Forschungsschwerpunkt von Genua hatte dabei auf den IPsec-Protokollen gelegen. Mit den Ergebnissen ist Gazdag mehr als zufrieden: „Wir haben mehrere Mechanismen gefunden, um den klassischen Internet Key Exchange IKEv2 sowie IPsec erfolgreich quantensicher zu machen.“

Der nächste Schritt: Vollständig quantenresistente Netzwerke

Die Genua ist schon lange in der Forschung für quantenresistente IT aktiv. Bereits 2014 engagierte sich das Unternehmen bei QuaSiModOs Vorgänger ‚Quantencomputer-resistente Signaturverfahren für die Praxis‘ (squareUP). Und auch ein Folgeprojekt für QuaSiModO ist bereits in Planung – mit erweitertem Fokus auf kompletten quantenresistenten Netzwerken.

„In nicht allzu ferner Zukunft werden quantensichere Verschlüsselungsverfahren für IT-Lösungen Made in Europe ein Muss sein“, sagt Gazdag. „Dank der Ergebnisse von QuaSiModO sind wir dann ganz vorne mit dabei und implementieren frühzeitig geeignete Verfahren, mit denen unsere Kunden auch in Zukunft sicher sind.“

Gemeinsame Forschung für quantenresistente Algorithmen

Die Projektpartner von QuaSiModO sind, neben genua als Projektkoordinator, die ADVA Optical Networking SE, das Fraunhofer-Institut für Angewandte und Integrierte Sicherheit (AISEC) und die Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU). Als assoziierte Partner waren zudem das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) und das Hessen CyberCompetenceCenter (Hessen3C) beteiligt. (me)

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