Quantentoken für eine sichere Authentifizierung in Theorie und Praxis
In der Zukunft wird die Quantenkommunikation ein wichtiger Baustein für die Sicherheit digitaler Infrastrukturen in unserer Gesellschaft sein. In der Quantenkommunikation basiert der Austausch kryptografischer Schlüssel auf grundlegenden physikalischen Gesetzen, wodurch die Sicherheit auch bei Angriffen durch Quantencomputer gewährleistet bleibt. Neben einer sicheren Datenübertragung bietet die Quantenkommunikation auch neue Möglichkeiten, um Nutzende digitaler Systeme sicher zu authentifizieren und private Daten in einem Netzwerk sicher zu speichern. Sogenannte Quantentoken könnten in Zukunft all dies gewährleisten. Analog zu heute gängigen Security Token wie Bankkarten, Transpondern oder Transaktionsnummern sind Quantentoken als Authentifizierungslösung unter Nutzung quantenphysikalischer Eigenschaften denkbar. Auf dem Weg zur ihrer Realisierung gilt es für die Forschung, wichtige Schlüsselparameter quantenphysikalischer Systeme, beispielsweise Quantenspeicher, weiter zu verbessern und effiziente Einsatzmöglichkeiten zu finden.
Im Vorhaben „Q.TOK – Quantentoken: Theorie und Anwendungen“ werden Protokolle für die auf Quantentoken basierende Authentifizierung und sichere Datenspeicherung erforscht und entwickelt. Das Vorhaben begleitet die teilnehmenden Projekte im Forschungswettbewerb „Grand Challenge der Quantenkommunikation“. Gemeinsam mit den Teilnehmenden des Wettbewerbs erforscht das Q.TOK-Projektteam neue Anwendungsszenarien für Quantentoken, die auf Basis verschiedener zugrundeliegender Materialsysteme, Speicher- und Übertragungstechnologien umgesetzt werden können. Ein Fokus der Entwicklungen liegt auf informationstheoretischen Modellen für die Kodierung, automatische Verifikation und Korrektur von Übertragungs- und Speicherfehlern in Quantensystemen. Zusätzlich ist die Entwicklung von Simulationsumgebungen zur Evaluation der unterschiedlichen experimentellen Ansätze geplant, welche den am Wettbewerb teilnehmenden Projekten für Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zur Verfügung gestellt werden sollen.
Die Ergebnisse des Projekts stellen sowohl eine Grundlage für die weitere Entwicklung von Quantentoken als auch für die Sicherheit und Effizienz von Quantenkommunikation im Allgemeinen dar. Die geplanten Simulationsumgebungen können entscheidende Impulse für die Entwicklung verschiedener Hardwaregrundlagen von Quantentoken geben. Das Projektteam verbindet Ansätze der klassischen Informationstheorie mit der Quantenkommunikation und legt damit den Grundstein für eine Zertifizierung und Standardisierung. Mit der Erforschung neuer Anwendungsmöglichkeiten trägt das Vorhaben dazu bei, die Bedeutung von Quantentoken weiter zu erhöhen und die Erschließung möglicher zukünftiger Märkte vorzubereiten.