ML-KEM (Module-Lattice-Based Key-Encapsulation Mechanism) ist der Post-Quanten-Standard für den Schlüsselaustausch des US-amerikanischen NIST. Die Norm FIPS 203 wurde am 13. August 2024 finalisiert; ML-KEM ist der Nachfolger des Wettbewerbskandidaten CRYSTALS-Kyber.
Was macht ein KEM?
Ein Schlüsselaustausch erlaubt zwei Parteien, über eine unsichere Leitung ein gemeinsames Geheimnis zu vereinbaren. ML-KEM ist ein Key-Encapsulation Mechanism: Der Empfänger erzeugt ein Schlüsselpaar, der Sender verkapselt ein zufällig gewähltes Geheimnis mit dem öffentlichen Schlüssel und der Empfänger entkapselt es mit dem privaten Schlüssel. Das Verfahren gehört zur asymmetrischen Verschlüsselung, wird aber in der Praxis meist als Baustein einer hybriden Verschlüsselung mit symmetrischen Verfahren kombiniert.
Sicherheit auf Gittern
ML-KEM basiert auf der Härte von Modul-Gitter-Problemen (Module-LWE). Ein Quantencomputer kann mit Shors Algorithmus die Faktorisierung großer Zahlen und den diskreten Logarithmus effizient lösen, die hinter RSA und ECC stehen — Gitterprobleme gelten dagegen auch für Quantencomputer als schwer. NIST definiert drei Parametersätze: ML-KEM-512, ML-KEM-768 und ML-KEM-1024 mit steigender Sicherheit und steigendem Rechenaufwand.
Praxis: Hybrid statt Abschaltung
Um Angriffe nach dem Muster Harvest-now-decrypt-later abzuwehren, setzen moderne Implementierungen auf Hybrid-Verfahren: TLS 1.3, OpenSSH und Signal kombinieren klassische Kurven mit ML-KEM, etwa als X25519MLKEM768. So bleibt die Abwärtskompatibilität erhalten, während bereits heute aufgezeichnete Daten gegen spätere Quantenangriffe geschützt sind.
Verwandte Grundlagen: ML-DSA (Dilithium), SLH-DSA (SPHINCS+).