Prof. Dr. Konstantin Knorr über Quantencomputer, Kryptographie und die Zukunft der IT-Sicherheit

Zu Beginn des Vortrags wurde deutlich, dass Quantencomputer eine fundamentale Herausforderung für die heutige Kryptographie darstellen. Viele etablierte Verfahren wie Rivest–Shamir–Adleman (RSA) oder Elliptic-curve Diffie–Hellman (ECDHE), das elliptische Kurven einsetzt, basieren auf mathematischen Problemen, die mit klassischen Computern nur schwer lösbar sind, durch Quantenalgorithmen jedoch deutlich effizienter angegriffen werden können. Prof. Dr. Knorr betonte dabei die Tragweite dieses Wandels:

„Die Kryptologie muss sich wegen des Aufkommens von Quantencomputern grundlegend weiterentwickeln,“ erläuterte Prof. Dr. Knorr.

Als Reaktion darauf wurden 2024 neue Standards (FIPS 203, 204 und 205) veröffentlicht, darunter CRYSTALS-Kyber für den Schlüsselaustausch und CRYSTALS-Dilithium für digitale Signaturen. Diese Verfahren gelten als quantensicher und basieren auf sogenannten Gitterproblemen. Im Vortrag wurde insbesondere Kyber genauer betrachtet und hinsichtlich seiner Unterschiede zu klassischen Verfahren eingeordnet.

Der Übergang zu diesen neuen Verfahren bedeutet auch einen Wechsel in den zugrunde liegenden mathematischen Konzepten. Statt der Faktorisierung großer Zahlen stehen nun Probleme in hochdimensionalen Vektorräumen im Mittelpunkt. Damit gehen auch praktische Herausforderungen einher, etwa bei der Integration in bestehende Systeme. In diesem Zusammenhang hob Knorr die Bedeutung von Kryptoagilität hervor:

„Kryptoagilität ist die zentrale Herausforderung beim Wechsel auf die postquanten Verfahren,“ erklärte Prof. Dr. Knorr. 

Betont wurde dabei ganz besonders auch die Auswirkungen dieser Entwicklungen auf Studium und Forschung. Die behandelten Inhalte finden bereits Eingang in Lehrveranstaltungen des Bachelor- und Masterstudiums, ergänzt durch Forschungsprojekte und studentische Arbeiten. Darüber hinaus wurde angeregt, Quantencomputing und seine Grundlagen stärker im Curriculum zu verankern.

Ein zweiter zentraler Themenblock widmete sich der homomorphen Verschlüsselung. Diese erlaubt es, Berechnungen direkt auf verschlüsselten Daten durchzuführen, ohne dass diese zuvor entschlüsselt werden müssen. Dadurch ergeben sich neue Möglichkeiten für den datenschutzfreundlichen Umgang mit sensiblen Informationen, insbesondere in Bereichen wie Cloud Computing oder Gesundheitswesen. Nach einem kurzen Überblick über die Entwicklung seit Gentrys erstem vollhomomorphen Verfahren im Jahr 2009 wurden aktuelle Ansätze und deren zunehmende Praxistauglichkeit vorgestellt.

Als konkretes Beispiel präsentierte Knorr den „Homomorphic Grader“, bei dem die Berechnung von Abschlussnoten vollständig auf verschlüsselten Daten erfolgt. Dieses Szenario verdeutlicht anschaulich, wie sich theoretische Konzepte bereits heute in praktische Anwendungen übertragen lassen und welchen Mehrwert sie im Hinblick auf Datenschutz bieten können.

„Homomorphe Verschlüsselung eröffnet völlig neue Möglichkeiten im Umgang mit sensiblen Daten,“ unterstrich Prof. Dr. Knorr. 

„Ich bin fasziniert von der neuen Welt, die Quantencomputer eröffnen. Die für einen Informatiker schwer verständliche und teils esoterisch anmutende Physik der Quanten – Einstein sprach z.B. von „spukhafter Fernwirkung“ im Zusammengen mit der Quantenverschränkung – hat ganz konkrete Auswirkungen auf die Kryptologie und das Informatik Curriculum,“ betonte Prof. Dr. Knorr. 

Der Vortrag zeigte insgesamt, dass die Kryptologie vor einem tiefgreifenden Wandel steht. Während Quantencomputer bestehende Verfahren potenziell gefährden, eröffnen neue kryptographische Ansätze gleichzeitig vielfältige Perspektiven für sichere und innovative Anwendungen.