Quantenkryptographie nutzt Gesetze der Quantenmechanik, um kryptografische Schlüssel abhörsicher auszutauschen. Anders als bei der Post-Quanten-Kryptographie, die klassische Verfahren quantenfest macht, verlagert die Quantenkryptographie die Sicherheit in die Physik der Übertragung selbst.
Grundprinzip: QKD
Das wichtigste Verfahren ist die Quantenschlüsselverteilung (Quantum Key Distribution, QKD). Der Sender kodiert die Bits eines Schlüssels in den Zustand einzelner Photonen – etwa in deren Polarisationsrichtung. Empfängt der Partner die Photonen und vergleicht einen Teil der Messergebnisse über einen klassischen Kanal, können beide einen geheimen Schlüssel ableiten.
Der entscheidende Vorteil: Jede Messung stört ein unbekanntes Quantensystem. Ein Lauscher, der die Photonen abfängt, hinterlässt nachweisbare Fehler in der Übertragung. Abhörversuche werden also nicht nur erschwert, sondern physikalisch detektierbar.
BB84-Protokoll
Das erste und bekannteste QKD-Protokoll ist BB84 (Bennett und Brassard, 1984). Es verwendet zwei komplementäre Polarisationsbasen; durch die Quantenmechanik lässt sich beweisen, dass Informationen über die verwendeten Basen erst nach der Übertragung ausgetauscht werden dürfen. Neuere Protokolle wie E91 (Ekert, 1991) nutzen zusätzlich die Quantenverschränkung. In der Praxis erreichen Glasfaser-Verbindungen mit QKD Distanzen von über 100 Kilometern; Satellitenexperimente wie Micius (2017) übertrugen Schlüssel über 1000 Kilometer.
Einordnung
QKD löst nur die Schlüsselaustausch-Frage, nicht die eigentliche symmetrische Verschlüsselung der Daten – diese übernimmt danach ein klassisches Verfahren. Der Bedarf wächst, weil Shors Algorithmus auf einem Quantencomputer heutige asymmetrische Verfahren brechen könnte. Als Ergänzung zu gitterbasierter Kryptographie schützt sie besonders langlebige Daten vor Harvest-Now-Decrypt-Later-Angriffen.
Verwandte Grundlagen: Kryptographie, RSA, Zertifikat.