QuNET

Die QuNET-Initiative

Mit Quantenphysik hochsicher kommunizieren

Die QuNET-Initiative entwickelt hochsichere Kommunikationssysteme basierend auf modernster Quantentechnologie. Als eine vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Forschungsinitiative schafft QuNET die Grundlage für sichere und robuste IT-Netze, die schon heute gegen Cyberangriffe von morgen gewappnet sind. An der Initiative beteiligt sind die Fraunhofer- und Max-Planck-Gesellschaft sowie das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt.
Im Zentrum der Initiative steht die Forschung zur sogenannten »Quantenschlüsselverteilung« (engl.: Quantum Key Distribution, kurz: QKD). Gemeint sind damit Verfahren zum Erzeugen von kryptographischen Schlüsseln, die auf der Nutzung von Licht und Quantenphysik beruhen. Mit diesen Quantenschlüsseln können Nachrichten in der digitalen Welt kodiert werden.
In den Laboren der an der Initiative beteiligten Forschungsgesellschaften arbeiten die Wissenschaftler:innen an einer praxisnahen und anwendungsorientierten Weiterentwicklung der QKD-Technologie. Damit liefert QuNET einen elementaren Beitrag zur Bereitstellung hoch- bzw. quantensicherer Kommunikationssysteme für den deutschen und europäischen Raum.

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Warum?

Daten von heute vor Angriffen von morgen schützen

Sichere Kommunikationssysteme sind das A und O einer digitalen Gesellschaft. Ob beim Austausch vertraulicher Informationen zwischen Behörden oder bei der Langzeitspeicherung sensibler (Unternehmens-)Daten: Digitale Privatsphäre und Sicherheit sind das Rückgrat der Informationsgesellschaft. Die Vertraulichkeit unserer Informationen ist nicht nur ein Grundrecht, sondern bildet ebenso das Fundament einer auf Innovationen basierenden Wirtschaft.
Dabei ist es kritisch zu betrachten, dass die Sicherheit gegenwärtiger IT-Kommunikationsnetze wesentlich auf mathematischen Annahmen fußt. Sie werden gegenüber neuen Technologien der Zukunft wie einem Quantencomputer zum Teil keinen ausreichenden Schutz bieten. Schon heute werfen diese Bedrohungen ihre Schatten voraus:
Bereits jetzt können vertrauliche Daten von Hacker:innen abgespeichert und später mit Hilfe neuester Technologie missbraucht werden. Diese Art des Cyberangriffs nennt sich »store now, decrypt later«-Attacke. Sie bedroht insbesondere sensible Daten mit langen Geheimhaltungsfristen – zum Beispiel Gesundheitsdaten von Bürger:innen, aber auch Wirtschaftsgeheimnisse.
Vor diesem Hintergrund erforscht die vom BMBF geförderte Initiative QuNET seit Herbst 2019 die Potentiale der hochsicheren Quantenkommunikation für Gesellschaft, Industrie und Wirtschaft. Ziel ist es, Deutschlands nationale technologische Souveränität sowie die Sicherheit und Vertraulichkeit unserer Daten auch im Angesicht neuer technologischer Möglichkeiten und Verfahren zu wahren.

Wozu?

Anwendungsgebiete der Quantenkommunikation

Im Rahmen der QuNET-Initiative sollen quantenbasierte Technologien für die folgenden Anwendungsgebiete entwickelt werden:

  • Sichere Kommunikation zwischen Behörden
  • Sichere Kommunikation für Bankennetze
  • Sichere Kommunikation zwischen (Hoch-)Sicherheitsbereichen
  • Sichere Kommunikation in kritischer Infrastruktur (z. B. im Bereich Energie oder Gesundheit)
Hierbei wird besondere Rücksicht auf die Anforderungen des Marktes und der Sicherheitsbehörden genommen. Darüber hinaus werden Anforderungen von Nutzer:innen und Expert:innen miteinbezogen.

Was?

Ziele und Schwerpunkte der QuNET-Initiative

Um quantensichere Kommunikation für die oben genannten Anwendungsgebiete zu entwickeln sowie eine Markteinführung  vorzubereiten und zu unterstützen, hat die QuNET-Initiative für ihre Forschung die folgenden vier Ziele und Schwerpunkte definiert:
Entwicklung von Konzepten eines Gesamtnetzes und der dafür notwendigen Systemarchitektur
QuNET entwickelt Gesamtnetzarchitekturen. Diese sollen sowohl Quantenschlüssel übertragen als auch die Verwendung jener Schlüssel in klassischen Kommunikationsnetzen ermöglichen. Dafür müssen relevante IT-Infrastrukturen und Sicherheitsaspekte umfassend betrachtet werden – vom Austausch der Quantenzustände zwischen QKD-Systemen bis hin zur Verschlüsselung in Kommunikationsnetzen. Auf diese Weise wird eine langzeitsichere Kommunikation gewährleistet.
Neue Schlüsseltechnologien für die Quantenkommunikation
QuNET entwickelt neue Schlüsseltechnologien und Systemdesigns für die Quantenkommunikation. Zu diesem Zweck werden neue Technologiekonzepte, -designs sowie -demonstratoren zu Gesamt- und Subsystemen entworfen.
Deutschlands technologische Souveränität in quantensicheren Systemen wahren
QuNET trägt dazu bei, Deutschlands nationale technologische Souveränität bei der Einführung und Verbreitung quantenbasierter Kommunikationssysteme zu wahren. Es wird angestrebt, ein stabiles, wirtschaftliches Innovationsökosystem zu schaffen, das es ermöglicht, alle notwendigen kritischen Komponenten und Schnittstellen für QKD-Anwendungen in Deutschland und Europa zu produzieren. Auf diese Weise werden einzelne Bausteine für ein Gesamtnetz zur Verfügung stehen.
Standardisierung und Zertifizierung von QKD-Gesamtsystemen
QuNET befasst sich umfassend mit Standardisierungsanforderungen für gesellschaftlich und wirtschaftlich relevante Anwendungsfälle. Dabei müssen sowohl die technologischen Komponenten als auch die Algorithmen berücksichtigt werden. Um zu gewährleisten, dass entsprechende Standardisierungen im deutschen Interesse geschehen, ist es wichtig, diese Prozesse aktiv mitzugestalten. Darüber hinaus müssen die Anforderungen hinsichtlich Zertifizierungen, Zulassungen und Akkreditierungen von Anfang an mitberücksichtigt werden.

Wer?

Die vier Kerninstitute der QuNET-Initiative

Im Rahmen der BMBF-geförderten QuNET-Initiative werden die Fraunhofer-Gesellschaft, die Max-Planck-Gesellschaft und das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt Technologien für ein Pilotnetz zur Quantenkommunikation in Deutschland entwickeln. An ihr beteiligen sich in Forschung und Entwicklung die folgenden vier Kerninstitute:

  • das Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik, IOF (Jena)
  • das Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut, HHI (Berlin)
  • das Institut für Kommunikation und Navigation des Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt, DLR-IKN (Oberpfaffenhofen-Weßling)
  • das Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts, MPL (Erlangen)

Die QuNET-Initiative zusammengefasst: