Erste Banküberweisung mit Quantenverschlüsselung
Unter Quantenkryptographie versteht man die Erzeugung eines Datenschlüssels zur Nachrichtenverschlüsselung mittels quantenphysikalischer Methoden. Sie löst gleich zwei Probleme der heute gängigen Verschlüsselungssysteme: die Erzeugung absolut zufälliger Schlüssel und deren Übermittlung. Einerseits beruht in der Quantenkryptographie die Sicherheit der erzeugten Schlüssel auf Naturgesetzen und nicht mehr auf schwer lösbaren mathematischen Problemen, wie bei den heute eingesetzten Verfahren. Andererseits vereinfacht die Quantenkryptographie die Schlüsselverteilung. Sie ermöglicht nämlich die abhörsichere Verteilung der Schlüssel, indem diese beim Sender und beim Empfänger gleichzeitig erzeugt werden.
Die Schlüssel für die Nachrichtencodierung werden mit verschränkten Lichtteilchen erzeugt. Die Verschränkung wurde vom österreichischen Physiker Erwin Schrödinger als das wesentliche Charakteristikum der Quantenphysik beschrieben – Albert Einstein bezeichnete sie als "spukhafte Fernwirkung". Die Grundlage dabei ist, dass die Messung an einem Teilchen die Eigenschaften eines zweiten Teilchens, unabhängig von seiner Entfernung, beeinflusst.
Die neue Sicherheitstechnologie wurde von einer Gruppe um Prof. Anton Zeilinger in Zusammenarbeit mit Seibersdorf research GmbH demonstriert. Dabei erzeugte ein Laser in der Sendestation in der BA-CA-Filiale Schottengasse die beiden verschränkten Lichtteilchen in einem Kristall. Eines der beiden Lichtteilchen wird in das Glasfaser-Datenkabel eingespeist und in Richtung Rathaus geschickt, das andere bleibt in der Bank. Beim Empfänger im Rathaus und beim Sender in der Bank werden die Teilchen dann gemessen.
Ein wesentliches Merkmal der Quantenphysik ist, dass vor der Messung die Teilchen keine Eigenschaften haben. Erst bei der Messung nehmen die Teilchen ihre Eigenschaften an und durch die Verschränkung sind die Eigenschaften beider Teilchen miteinander verbunden. Die Messergebnisse werden anschließend in eine Folge von 0 und 1, den Schlüssel zur Nachrichtencodierung, umgewandelt. Die Reihenfolge der Zahlen 0 und 1 ist auf Grund der Quantenphysik vollkommen zufällig.
Durch die Verschränkung entstehen in der BA-CA-Filiale und im Rathaus identische Folgen von Zufallszahlen, die als Schlüssel für die Nachrichtencodierung verwendet werden. Die Verschlüsselung der Nachricht erfolgt über das so genannte "one time pad"-Verfahren. Hier ist der Schlüssel genauso lang wie die Nachricht selbst. Die Nachricht wird bit für bit mit dem Schlüssel verknüpft und anschließend durch das Glasfaser-Datenkabel übertragen. Die Entschlüsselung erfolgt wieder bit für bit.
Ohne den genauen Schlüssel kann man die Nachricht nicht lesen. Ein möglicher Lauscher kann schon während der Schlüsselerzeugung erkannt werden, also noch bevor mit der Übertragung der verschlüsselten Nachricht begonnen wird, denn jeder Eingriff in die Übertragung der Lichtteilchen beeinflusst die Abfolge der Zahlenfolgen an den Messstationen. Wird abgehört, erhalten beide Partner eine unterschiedliche Folge von Zufallszahlen – also nicht den gleichen Schlüssel.
Durch einen öffentlichen Vergleich eines Teils des Schlüssels kann herausgefunden werden, ob die Quantenleitung abgehört wurde. Wenn ja, erzeugt man einen neuen Schlüssel für die Übertragung der Nachricht. Ein Lauscher kann also höchstens die Übertragung verhindern, nicht aber den Inhalt der Nachricht auslesen.
Das Gerät zur Erzeugung des Schlüssels für die Nachrichtencodierung wurde am Wiener Institut für Experimentalphysik von einer Gruppe um Prof. Anton Zeilinger in enger Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe Quantentechnologien des Bereichs Informationstechnologien von ARC Seibersdorf research GmbH unter der Leitung von Dr. Christian Monyk entwickelt. Die beiden Partner arbeiten seit zwei Jahren zusammen, um einen marktreifen Prototyp für Quantenkryptographie zu entwickeln.