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PQK

PQK (Post-Quantum-Kryptografie) umfasst kryptografische Verfahren, die selbst gegen Angriffe durch Quantencomputer sicher bleiben sollen.

Was ist PQK?

PQK (Post-Quantum-Kryptografie) bezeichnet kryptografische Algorithmen, die entwickelt wurden, um auch dann noch sicher zu funktionieren, wenn leistungsfähige Quantencomputer existieren. Klassische Verschlüsselungsverfahren wie RSA, DSA oder elliptische Kurvenkryptografie (ECC) beruhen auf mathematischen Problemen, die für herkömmliche Computer schwer, für Quantencomputer jedoch relativ leicht zu lösen sind. Der bekannte Shor-Algorithmus könnte etwa RSA-Schlüssel in kurzer Zeit knacken – eine Bedrohung für die derzeitige IT-Sicherheit. PQK verfolgt daher das Ziel, Verschlüsselungsverfahren zu schaffen, die selbst unter Einsatz dieser neuen Technologie nicht angreifbar sind. Dabei wird nicht auf Quantencomputer selbst gesetzt, sondern auf klassische Hardware mit neuartigen, quantenresistenten Algorithmen.

Funktionsweise und mathematische Grundlagen

Post-Quantum-Kryptografie nutzt mathematische Probleme, die auch mit Quantencomputern nicht effizient gelöst werden können. Dazu gehören unter anderem:

GITTERBASIERTE KRYPTOGRAFIE
Nutzt mathematische Gitterstrukturen, in denen es extrem schwierig ist, bestimmte kürzeste Vektoren zu berechnen. Gilt als einer der vielversprechendsten Ansätze.
CODE-BASIERTE VERFAHREN
Basieren auf der Korrektur von Fehlern in übertragenen Nachrichten – etwa der McEliece-Kryptosystem. Diese Verfahren sind seit Jahrzehnten erforscht und bislang resistent gegen bekannte Quantenangriffe.
MULTIVARIANTE KRYPTOGRAFIE
Arbeitet mit Gleichungssystemen über mehreren Variablen. Diese sind schwer zu lösen – sowohl für klassische als auch für Quantencomputer.
HASH-BASIERTE SIGNATUREN
Setzen auf die Sicherheit kryptografischer Hashfunktionen, die auch in der Blockchain verwendet werden. Besonders geeignet für digitale Signaturen.

Im Gegensatz zur Quantenkryptografie, die auf den physikalischen Eigenschaften von Quantenmechanik basiert, bleiben PQK-Verfahren vollständig klassisch – sie können mit heutiger Hardware umgesetzt werden.

Die 4 wichtigsten Vorteile und Potenziale

1. Langfristige Sicherheit für digitale Kommunikation

Post-Quantum-Kryptografie ermöglicht es, Daten bereits heute so zu verschlüsseln, dass sie auch in Zukunft nicht rückwirkend entschlüsselt werden können, wenn leistungsstarke Quantencomputer Realität werden.

2. Kompatibilität mit bestehender Infrastruktur

Viele PQK-Verfahren lassen sich in bestehende Systeme integrieren, ohne dass neue physikalische Geräte oder komplett neue Protokolle nötig wären.

3. Standardisierung durch internationale Gremien

Organisationen wie das US-amerikanische NIST (National Institute of Standards and Technology) arbeiten aktiv an der Auswahl und Standardisierung quantensicherer Algorithmen, um globale Sicherheitsstandards zu etablieren.

4. Vertrauensgewinn für sensible Datenbereiche

Unternehmen, Regierungen und Organisationen, die besonders hohe Anforderungen an Vertraulichkeit haben, profitieren frühzeitig von der Implementierung quantenresistenter Systeme.

Die 4 Nachteile der Technologie

1. Größere Schlüssel und längere Rechenzeiten

Viele PQK-Verfahren benötigen größere Schlüssel oder verursachen höhere Rechenlasten – was besonders bei mobilen Geräten oder eingebetteten Systemen zu Problemen führen kann.

2. Unklarheit über zukünftige Quantenfähigkeiten

Noch ist nicht genau bekannt, wann und in welchem Ausmaß leistungsfähige Quantencomputer verfügbar sein werden. Die Gefahr besteht, dass aktuelle Maßnahmen zu früh oder zu spät getroffen werden.

3. Komplexität bei der Integration

Die Umstellung auf Post-Quantum-Kryptografie erfordert umfassende Tests, Anpassung bestehender Protokolle und neues Know-how. Fehler in der Implementierung könnten neue Sicherheitslücken schaffen.

4. Wechselkosten und Migrationsaufwand

Unternehmen und Organisationen müssen in neue Software, Hardware oder Zertifikatsinfrastrukturen investieren, um quantensichere Verfahren produktiv einsetzen zu können.

Aktueller Stand und Entwicklung

Die Forschung an PQK hat durch die Fortschritte in der Quantencomputing-Technologie stark an Dynamik gewonnen. Das NIST hat im Rahmen eines mehrjährigen Auswahlprozesses mehrere Kandidaten für zukünftige Standards identifiziert – darunter „Kyber“ für Verschlüsselung und „Dilithium“ für digitale Signaturen. Erste Produkte mit PQK-Unterstützung sind bereits auf dem Markt oder in der Entwicklung. Dennoch befinden sich viele Anwendungen noch in der Testphase. Wichtig ist daher ein frühzeitiger Einstieg in die Planung und Analyse, um rechtzeitig auf quantensichere Technologien umstellen zu können.

Fazit

Post-Quantum-Kryptografie stellt einen entscheidenden Baustein zur Absicherung künftiger digitaler Kommunikation dar. Sie schützt Daten gegen potenzielle Bedrohungen durch Quantencomputer, ohne auf deren Technologie angewiesen zu sein. Obwohl viele Verfahren noch jung sind, ist der Einstieg in Planung, Tests und Migration bereits jetzt wichtig, um langfristig Sicherheit und Vertraulichkeit gewährleisten zu können. PQK steht für einen evolutionären Wandel in der Kryptografie, der klassische Systeme durch robuste, zukunftssichere Algorithmen ergänzt – mit zentraler Bedeutung für Datenschutz, Infrastruktur und globale IT-Sicherheit.

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