Wenn Quantencomputer Realität werden

Quantencomputer und ihre Auswirkungen auf die Cyber-Sicherheit wurden lange als Zukunftsmusik betrachtet. Doch diese Sichtweise verändert sich zunehmend. Für viele Unternehmen kommt es jetzt darauf an, die Chancen des Quantenzeitalters frühzeitig zu ergreifen und die Weichen für eine sichere und zukunftsfähige Kryptografie zu stellen.

Quantencomputer gelten als eine der bedeutendsten Zukunftstechnologien. Da sie komplexe Berechnungen deutlich schneller durchführen können als heutige Computersysteme, eröffnen sie große Chancen, etwa in der Medizin, der Materialforschung und der Logistik oder bei der Entwicklung neuer KI-Anwendungen. Gleichzeitig stellt diese Technologie aber auch ein erhebliches Risiko dar.

Denn Quantencomputer könnten Verschlüsselungsverfahren, die heute weit verbreitet sind, künftig brechen. Das ist insbesondere für kritische digitale Infrastrukturen wie den Zahlungsverkehr, digitale Identitäten, Mobilfunknetze, IoT-Anwendungen und staatliche Infrastrukturen eine große Herausforderung. Werden bestehende Verschlüsselungen angreifbar, könnten Zahlungen manipuliert, vertrauliche Kommunikation entschlüsselt oder digitale Identitäten kompromittiert werden.

Deshalb ist die Entwicklung sogenannter Post-Quantum Cryptography (PQC) von großer Bedeutung: kryptografische Verfahren, die auch gegen Angriffe mit Quantencomputern sicher bleiben sollen. Da Quantencomputing lange als ferne Zukunftstechnologie galt, wurde auch sein Einfluss auf die Cyber-Sicherheit bislang eher als Thema von übermorgen wahrgenommen. Doch inzwischen mehren sich die Anzeichen, dass wir PQC schon in einer näheren Zukunft benötigen werden. Zu den wichtigsten davon gehören:

• Fortschritte der Quantenforschung. Neue wissenschaftliche Untersuchungen zeigen, dass für das Brechen heutiger Verschlüsselungsverfahren möglicherweise deutlich weniger leistungsfähige Quantencomputer erforderlich sind als bislang angenommen. Der Grund dafür sind Fortschritte in der Quantenforschung, die die technischen Anforderungen an die Systeme senken könnten.
• Massive Investitionen in Quantencomputing. Weltweit werden inzwischen Milliardenbeträge in die Entwicklung von Quantencomputing-Technologien investiert. Laut McKinsey haben sich die globalen Investitionen innerhalb nur eines Jahres versechsfacht. Dadurch schreitet die Entwicklung leistungsfähiger Quantencomputer rasant voran, marktfähige, innovative Teillösungen nehmen systematisch zu.
• Ambitionierte Zeitpläne von Technologiekonzernen. Unternehmen wie Google und Cloudflare haben ihre Migrationspläne konkretisiert und streben nun eine vollständige Umstellung auf PQC bis 2029 an. Damit orientieren sie sich deutlich früher als viele bisherige Branchen-Roadmaps, die eine breite Migration eher in der Mitte der 2030er Jahre verorteten.
• Fahrpläne staatlicher Organe. Immer mehr Regierungen und Sicherheitsbehörden veröffentlichen offizielle Strategien und Roadmaps für die PQC-Migration. Auch die Europäische Union hat im Juni 2024 eine koordinierte Roadmap veröffentlicht. Diese fordert die Mitgliedstaaten auf, für hochkritische Anwendungsfälle bis spätestens Ende 2030 auf quantensichere Verfahren umzustellen.
• Anpassungen von Standardisierungsgremien. Auch internationale Organisationen wie GSMA, 3GPP, ICAO und die IETF sind bereits aktiv. Sie arbeiten daran, bestehende Standards und Sicherheitsprotokolle um PQC zu erweitern, um ein hohes Maß an Sicherheit und Interoperabilität zu gewährleisten.

Diese Entwicklungen zeigen: Wir können das Thema PQC nicht mehr auf die lange Bank schieben. Zumal Cyber-Kriminelle schon damit begonnen haben, sich auf die nicht mehr ferne Zukunft vorzubereiten und sogenannte „Harvest now, decrypt later“-Angriffe durchzuführen: Sie erbeuten verschlüsselte Daten in der Erwartung, sie schon bald mit Quantencomputern entschlüsseln zu können.

Die Umstellung auf Post-Quanten-Kryptografie ist ein hochkomplexer und mehrjähriger Prozess, weil kryptografische Verfahren tief in verschiedenste Systeme, Netzwerke und Anwendungen eingebettet sind. Viele Komponenten müssen angepasst oder ausgetauscht werden, wobei insbesondere langlebige Systeme einen frühzeitigen Umstieg erfordern. Da sich komplette Ökosysteme etwa für das Identitätsmanagement oder die Telekommunikation nicht auf einmal umstellen lassen, ist eine schrittweise Migration erforderlich.

Dabei stehen zunächst Hochrisiko-Anwendungsfälle im Fokus: So können etwa in Ausweisdokumenten quantensichere Signaturen zum langfristigen Schutz von Integrität und Authentizität der Daten implementiert werden. Im eSIM-Management gilt es, den Profile-Download – also die Übertragung und Installation von eSIM-Profilen auf Endgeräten – abzusichern.

Diese risikobasierte Priorisierung spiegelt sich auch in internationalen Standardisierungsgremien wider. Sie entwickeln und priorisieren derzeit Protokolle und Standards für Systeme, bei denen lange Datenlebensdauer, hohe Kritikalität und große potenzielle Schadensauswirkungen zusammentreffen – ICAO beispielsweise für Ausweisdokumente und GSMA/3GPP für eSIM und Mobilfunk.

Die Entwicklung hin zu einer quantensicheren Zukunft erfordert ein frühzeitiges und koordiniertes Handeln in der gesamten Branche. Unternehmen arbeiten bereits intensiv daran, kryptografische Verfahren und Sicherheitslösungen so weiterzuentwickeln, dass digitale Infrastrukturen, Kommunikationssysteme und sensible Daten auch gegenüber zukünftigen Cyber-Angriffen geschützt bleiben und sich dadurch neue Chancen eröffnen, das digitale Zeitalter sicherer denn je zu gestalten.

Ein Beispiel dafür ist die in diesem Jahr von G+D und der Bundesdruckerei erfolgreich umgesetzte Machbarkeitsstudie – eine der weltweit ersten funktionalen Umsetzungen eines Personalausweises mit klassischer und Post-Quantum-Kryptografie gemäß den aktuellen Empfehlungen für quantensichere Algorithmen. Die Vorbereitung auf das Quantenzeitalter ist also keine Option für morgen, sondern hat bereits begonnen.

Gabriel von Mitschke-Collande ist Chief Digital Officer bei Giesecke+Devrient.

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