Die QuNET-Initiative
Hochsichere Kommunikation durch Quantenphysik
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 bereits 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.
Die fünf Kerninstitute der QuNET-Initiative
Im Rahmen der BMBF-geförderten QuNET-Initiative entwickeln die Fraunhofer-Gesellschaft, die Max-Planck-Gesellschaft und das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt Technologien für ein Pilotnetz zur Quantenkommunikation in Deutschland.
An ihr beteiligen sich in Forschung und Entwicklung die folgenden fünf Kerninstitute:
- Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF, Jena
- Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut HHI, Berlin
- Institut für Kommunikation und Navigation des Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR-IKN, Oberpfaffenhofen-Weßling
- Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts MPL, Erlangen
- Friedrich-Alexander-Universität FAU, Erlangen-Nürnberg
QuNET auf einen Blick
Sichere Kommunikationssysteme sind der Kern einer digitalen Gesellschaft. Ob beim Austausch vertraulicher Mitteilungen zwischen Behörden oder bei der Langzeitspeicherung sensibler (Unternehmens-)Daten: Privatsphäre und Sicherheit sind das Rückgrat der Digitalgesellschaft und bilden das Fundament einer auf Innovationen basierenden Wirtschaft.
Die Sicherheit gegenwärtiger IT-Kommunikationsnetze beruht wesentlich auf mathematischen Annahmen. Diese können bei neuen Technologien der Zukunft, beispielsweise einem Quantencomputer, keinen ausreichenden Schutz bieten.
Bereits heutzutage werden vertrauliche Daten von Hacker*innen abgespeichert und später mit Hilfe neu entwickelter Methoden entschlüsselt. Diese Art des Cyberangriffs bezeichnet man als »store now, decrypt later«-Attacke. Folglich sind insbesondere sensible Daten mit langen Geheimhaltungsfristen gefährdet. Zu diesen gehören unter anderem Gesundheitsinformationen von Bürger*innen sowie Geheimnisse der Industrie.
Vor diesem Hintergrund erforscht die vom BMBF geförderte Initiative QuNET seit Herbst 2019 die Potentiale der hochsicheren Quantenkommunikation für Gesellschaft, Industrie und Wirtschaft. Das Ziel ist es, Deutschlands technologische Souveränität sowie die Sicherheit und Vertraulichkeit unserer Daten auch mit dem Aufkommen neuer Möglichkeiten und Verfahren zu erhalten.
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 Bedürfnisse des Marktes und der Sicherheitsbehörden genommen. Darüber hinaus werden Anforderungen von Nutzer*innen und Expert*innen mit einbezogen.
Anforderungen an ein sicheres Gesamtnetz
QuNET entwickelt Gesamtnetzarchitekturen, welche sowohl Quantenschlüssel übertragen als auch deren Verwendung in klassischen Kommunikationsnetzen ermöglichen. Zur Realisierung dieser müssen relevante IT-Infrastrukturen und Sicherheitsaspekte umfassend analysiert werden. Die Betrachtungen erstrecken sich über den Austausch der Quantenzustände zwischen QKD-Systemen bis hin zur Verschlüsselung in Kommunikationsnetzen, um einen langzeitsicheren Austausch zu gewährleisten.
Neue Schlüsseltechnologien für die Quantenkommunikation
QuNET entwickelt innovative Technologien für die Quantenkommunikation. Dazu gehören beispielsweise Technologien im Bereich der Faser- & Freistrahllinks sowie die Entwicklung von Einzelphotonenquellen und -detektoren. Das Ziel ist es, die verschiedenen Systeme zu einem Gesamtkonzept zu verknüpfen, um neue Schlüsseltechnologien zu konstruieren.
Deutschland als Standort für sichere Quantentechnologien
QuNET trägt dazu bei, Deutschlands nationale technologische Souveränität bei der Einführung und Verbreitung quantenbasierter Kommunikationssysteme zu stärken. Ziel ist es, 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 gestellt, welches Anbindungspotenzial auf europäischer Ebene besitzt.
Standardisierung und Zertifizierung von QKD-Gesamtsystemen
QuNET befasst sich mit Standardisierungsanforderungen für gesellschaftlich und wirtschaftlich relevante Anwendungsfälle. Dabei müssen sowohl die technologischen Komponenten als auch die Algorithmen berücksichtigt werden. Durch eine enge Zusammenarbeit mit dem BSI werden entsprechende Standardisierungen aus Deutschland heraus vorangetrieben. Aus diesem Grund ist es wichtig, diese Prozesse aktiv mitzugestalten, damit Anforderungen hinsichtlich Zertifizierungen, Zulassungen und Akkreditierungen von Anfang an berücksichtigt werden können.