Quantencomputer könnten schon bald die Sicherheitsfundamente der heutigen digitalen Welt erschüttern. Mit der potenziellen Fähigkeit, gängige Verschlüsselungsverfahren zu knacken, drängt die Zeit für eine technische und strategische Neuorientierung: Post-Quanten-Kryptografie.
Warum Quantencomputer zur Bedrohung für die IT-Sicherheit werden
Der technologische Fortschritt im Bereich der Quanteninformatik verläuft rasant. Während klassische Computer auf Bits basieren, die nur zwei Zustände kennen (0 oder 1), nutzen Quantencomputer sogenannte Qubits. Diese ermöglichen durch Überlagerung (Superposition) und Verschränkung (Entanglement) gleichzeitig mehrere Zustände – eine Eigenschaft, die exponentielle Rechenleistungen in bestimmten Problemklassen erlaubt.
Besonders problematisch: Viele heute eingesetzte kryptografische Algorithmen wie RSA, ECC (Elliptic Curve Cryptography) oder DH (Diffie-Hellman) basieren auf mathematischen Problemen, die für klassische Computer schwer zu lösen sind – jedoch für Quantencomputer womöglich trivial. Mit dem Shor-Algorithmus, veröffentlicht 1994 vom Mathematiker Peter Shor, existiert bereits ein quantenfähiges Verfahren, das große Primfaktorzerlegungen effizient durchführen kann – damit wäre RSA-Verschlüsselung in Gefahr.
Laut einer Studie des National Institute of Standards and Technology (NIST) aus dem Jahr 2021 sehen 93 % der befragten Experten Quantencomputer als „extreme Bedrohung“ für die heutige Kryptografie innerhalb der nächsten 10–20 Jahre. (Quelle: NIST PQC Roundtable Summary).
Post-Quanten-Kryptografie: Was ist das eigentlich?
Post-Quanten-Kryptografie (engl. Post-Quantum Cryptography, kurz PQC) bezeichnet kryptografische Methoden, die auch gegenüber leistungsfähigen Quantencomputern resistent sind. Anders als bei der Quantenkryptografie, die auf physikalischen Phänomenen basiert, beruht PQC auf mathematischen Problemen, die sowohl klassischen als auch Quantencomputern schwerfallen.
Zu den derzeit erfolgversprechendsten PQC-Ansätzen zählen:
- Gitterbasierte Kryptografie: Nutzt schwer lösbare Probleme in Vektorräumen. Beispiele: Kyber (für Verschlüsselung), Dilithium (für Signaturen).
- Hash-basierte Signaturen: Hier kommen Konstruktionen wie SPHINCS+ zum Einsatz, die auf sicheren Hashfunktionen beruhen.
- Code-basierte Kryptografie: Basierend auf der Schwierigkeit, fehlerkorrigierende Codes zu entschlüsseln – z. B. Classic McEliece.
- Multivariaten Kryptografie: Baut auf dem Lösen komplexer Gleichungssysteme auf.
Das NIST leitete schon 2016 ein umfassendes Standardisierungsverfahren ein, um robuste PQC-Algorithmen zu definieren. Im Juli 2022 wurden erste vier Algorithmen – Kyber, Dilithium, Falcon und SPHINCS+ – für die Standardisierung ausgewählt. Die finale Standardisierung wird laut NIST bis Mitte 2024 abgeschlossen sein.
Wo stehen Unternehmen und Behörden heute?
Viele Organisationen – von Regierungen über Banken bis zu Techkonzernen – beobachten die Entwicklungen genau. Google hat beispielsweise bereits erfolgreich PQC-Testläufe mit Hybridverschlüsselung in Chrome durchgeführt. IBM integriert PQC in seine z13-Mainframes. Die EU fördert mit dem Projekt OpenQKD Forschung zur quantensicheren Kommunikation.
Allerdings zeigen aktuelle Studien auch ein besorgniserregendes Bild: Laut einer Umfrage von Deloitte (Cybersecurity Report 2023) haben lediglich 22 % der Unternehmen eine PQC-Strategie definiert. (Quelle: Deloitte Insights) Viele IT-Teams warten noch auf Standards oder unterschätzen die Bedrohung durch Quantum Readiness.
Wie sieht der Weg zur Quantenresilienz in der Praxis aus?
Ein Übergang zur quantensicheren Infrastruktur erfordert mehr als bloße Algorithmusersetzung. Vielmehr sind ganzheitliche Strategien gefragt. Diese drei Maßnahmen gelten laut ENISA, NIST und führenden Sicherheitsberatern als extrem wichtig:
- Inventarisierung bestehender Kryptografie: IT-Verantwortliche sollten zunächst systematisch erfassen, wo heute kryptografische Verfahren eingesetzt werden – vom VPN bis zur Schatten-IT.
- „Crypto Agility“ ermöglichen: Systeme müssen so konzipiert sein, dass sich Kryptoverfahren flexibel austauschen lassen – ohne Kernarchitekturen zu brechen.
- Hybridverfahren früh einführen: Kombinationen bestehender Algorithmen mit PQC sorgen für rückwärtskompatible Sicherheit und erleichtern die Migration.
Auch das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) empfiehlt in seinem Grundschutz-Kompendium die Entwicklung quantensicherer Strategien bis spätestens 2027 – als Vorbereitung auf mögliche Angriffe mit sogenannten Harvest-now-decrypt-later-Strategien.
Aktueller Forschungsstand und offene Fragen
Während die Standardisierung voranschreitet, läuft parallel intensive akademische und industrielle Forschung. Zu den Forschungsfragen gehören u. a.:
- Wie performant sind PQC-Algorithmen unter realen Netzwerk- oder Cloudbedingungen?
- Sind die Verfahren auch sicher gegen Side-Channel-Angriffe oder Implementierungsschwächen?
- Wie gelingt der Einsatz auf ressourcenschwachen Geräten, etwa im IoT-Umfeld?
Antworten liefern Pilotprojekte wie das NIST PQC Migration Project oder das European Quantum Flagship. Beispielsweise testet Intel Anwendungen von Kyber-Dilithium auf Edge-Geräten, während Start-ups wie PQShield und CryptoNext Lösungen für mobile Kommunikation entwickeln. Die Zusammenarbeit zwischen Hardware-, Software- und Netzwerksicherheit ist dabei essenziel.
Praktische Tipps für Unternehmen
Der Einstieg in die Post-Quanten-Kryptografie mag komplex erscheinen – lässt sich aber mit strukturiertem Vorgehen beherrschen. Drei praxisnahe Empfehlungen für den Start:
- Jetzt Ressourcen schaffen: Bestimmen Sie Verantwortliche für Quantenresilienz und beginnen Sie mit internen Workshops zur Sensibilisierung.
- Kontakt zu Herstellern suchen: Fragen Sie nach PQC-Roadmaps bei Ihren Software-, Netzwerk- und Cloudprovidern.
- Pilotumgebungen aufsetzen: Testen Sie Hybridverfahren oder NIST-Kandidaten in VM- oder Testumgebungen mit dokumentierten Metriken.
Auch Security-Informationssysteme (SIEMs) und IAM-Lösungen (Identity & Access Management) sollten auf PQC-kompatible Schnittstellen geprüft werden.
Fazit: Die Krypto-Ära der Zukunft beginnt jetzt
Die Post-Quanten-Kryptografie ist nicht Zukunftsmusik, sondern strategische Notwendigkeit. Wer heute handelt, gewinnt langfristige Resilienz – nicht nur vor der Quantenbedrohung, sondern durch modernisierte Krypto-Infrastrukturen generell. Mit standardisierten Verfahren, wachsenden Open-Source-Ökosystemen und klaren Handlungsempfehlungen steht der Einstieg jedem Unternehmen offen.
Welche Maßnahmen ergreift Ihr Unternehmen bereits im Hinblick auf quantensichere Verschlüsselung? Teilen Sie Ihre Erfahrungen in unserer Community unter #PostQuantenSicherheit und gestalten Sie den Wandel mit.
