Leistungsfähige Übertragungskomponenten für quantensichere Glasfaserkommunikation im urbanen Raum
Sicherheit in der Kommunikation wird durch kryptographische Verfahren ermöglicht. Aktuell eingesetzte, vom Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik empfohlene Verschlüsselungsmethoden gewährleisten heute zwar ausreichende Sicherheit, in der Zukunft werden sie jedoch wahrscheinlich von leistungsstarken Quantencomputern entschlüsselt werden können. Insbesondere Behörden und Firmen sind durch eine mögliche Speicherung und Entschlüsselung zu einem späteren Zeitpunkt gefährdet (store now – decrypt later). Deswegen wird bereits heute versucht, die gebräuchlichen Verfahren durch Ansätze der Quantenkryptographie zu ergänzen. Die Verteilung von Kryptoschlüsselpaaren erfolgt dabei über einen abhörsicheren Quantenkanal. Bei dieser sogenannten Quantum Key Distribution (QKD) basiert die Übertragung der Schlüssel auf physikalischen Verfahren, die ein Abhören vom Prinzip her unmöglich machen soll. Von hohem Interesse ist hierbei ein zertifiziertes System aus deutscher Hand. Die aktuellen technischen Hürden liegen in der beschränkten Reichweite, insbesondere beim Einsatz auf Glasfaserstrecken, der Integration der Komponenten zu kompakten und robusten Systemen sowie den hohen finanziellen Kosten.
Ziel des Projektes „Entwicklung hochperformanter Übertragungskomponenten für quantensichere Kommunikation über Glasfaserleitungen in Metro- und Weitverkehrsnetzen“ (DE-QOR) ist die Weiterentwicklung bestehender QKD-Ansätze basierend auf kohärenter optischer Übertragungstechnik (continuous variable QKD, CV-QKD). Vorteil ist hierbei, dass bereits bestehende Infrastruktur verwendet werden kann. Es sollen zentrale Komponenten auf Sender- und Empfängerseite entwickelt und zu kompakten Systemen integriert werden. Hierzu zählen sowohl optische Module als auch die dazugehörige Elektronik, deren Firmware durch Fernwartung stetig aktualisierbar und optimierbar sein soll. Es werden damit Übertragungsstrecken im urbanen Raum mit einer Länge von mehr als 80 Kilometern angestrebt. Dabei wollen die Forschenden möglichst hohe Übertragungsgeschwindigkeiten ermöglichen. Dies soll durch Analyse und Optimierung der analogen und digitalen Subsysteme gelingen, um dadurch eine Rate der Schlüsselerzeugung zu erzielen, mit der sich eine Vielzahl von Kanälen verschlüsseln lässt. Zudem werden die Komponenten auf sicherheitstechnische Aspekte geprüft, zum Beispiel hinsichtlich der Angriffsmöglichkeiten. Darüber hinaus leisten die Projektbeteiligten Vorarbeiten, um eine Standardisierung und Zertifizierung nach Projektende zu erleichtern und so einen möglichst großen Anwenderkreis zu erschließen. Innovationen und Perspektiven
Mit der Entwicklung von zertifizierbaren und standardisierten Komponenten für CV-QKD soll im Rahmen des Projekts die sichere Kommunikation im städtischen Bereich sowie im Umland langfristig sichergestellt werden. Dabei wird ein vergleichbar kompaktes System mit geringen Abmessungen und niedrigem Marktpreis angestrebt. Die Nachrüstung eines solchen Systems soll ohne Anpassungen der bestehenden Übertragungsstrecke möglich werden.