Ein einheitliches Hardware-Design für die USA und den deutschen Post-Quantum-Standard
Die Entwicklung leistungsfähiger Quantencomputer stellt die Sicherheit klassischer Verschlüsselungsverfahren infrage, die heute einen Großteil der globalen Kommunikationsinfrastruktur schützen.
Quantenalgorithmen können bestimmte komplexe mathematische Probleme deutlich schneller lösen als klassische Verfahren und gefährden damit kryptografische Systeme wie RSA oder elliptische Kurvenkryptografie. Dadurch entsteht ein dringender Bedarf an neuen Algorithmen, die auch gegenüber Angriffen mit Quantencomputern widerstandsfähig sind.
Das Projekt „Ein einheitliches Hardware-Design für die USA und den deutschen Post-Quantum-Standard“, gefördert von der National Science Foundation (NSF) und der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), widmet sich genau dieser Herausforderung. Geleitet wird es von Prof. Dr.-Ing. Elif Bilge Kavun vom Barkhausen Institut und Dr. Aydın Aysu von der North Carolina State University (NCSU) in den USA.
Im Mittelpunkt steht die Entwicklung einheitlicher Hardwarebeschleuniger, der verschiedene Post-Quantum-Protokolle zur Schlüsselkapselung (ein kryptografisches Verfahren zur sicheren Vereinbarung eines gemeinsamen geheimen Schlüssels) und digitalen Signatur effizient unterstützen kann. Dazu sind mehrere anspruchsvolle Schritte erforderlich – von algorithmischen Innovationen über eine Neuorganisation von Systemarchitekturen bis hin zu maßgeschneiderten Hardwaredesigns und zusätzlichen Maßnahmen für physische Sicherheit.
Eine solche Lösung ist notwendig, weil sich aktuelle Standardisierungsprozesse international unterscheiden. In den Vereinigten Staaten von Amerika wird dieser Prozess vom National Institute of Standards and Technology (NIST) vorangetrieben. In Deutschland empfiehlt das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) bestimmte Algorithmen für quantensichere Kommunikation. So empfiehlt das BSI beispielsweise den Algorithmus FrodoKEM für die Post-Quantum-Schlüsselkapselung, während NIST für denselben Zweck den Algorithmus CRYSTALS-Kyber ausgewählt hat. Diese Unterschiede erfordern Hardwarelösungen, die mehrere Standards unterstützen können.
Das Projekt soll die sichere und effiziente Implementierung von Post-Quantum-Kryptografie-Algorithmen erleichtern. Damit unterstützt es den Übergang zu quantensicheren Systemen für Anwendungen mit hohen Anforderungen an Leistung und Sicherheit. Gleichzeitig adressiert es aktuelle Sicherheitsherausforderungen und trägt dazu bei, eine robustere und anpassungsfähigere kryptografische Infrastruktur für zukünftige Kommunikationssysteme zu schaffen.
Das Projekt wird durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) – 543352068 gefördert.
Projektlaufzeit: 01.05.2025 - 29.02.2028
Ansprechpartnerin: Elif Bilge Kavun