Internationale Forschungszusammenarbeit: US NSF-DFG-Projekt „Ein einheitliches Hardware-Design für die USA und den deutschen Post-Quantum-Standard“

Das Aufkommen der Quantencomputing-Technologie stellt eine erhebliche Bedrohung für die Sicherheit klassischer Verschlüsselungsmethoden dar, die in der globalen Kommunikationsinfrastruktur eingesetzt werden. Quantenalgorithmen können komplexe mathematische Probleme exponentiell schneller lösen als klassische Algorithmen und gefährden dadurch die Sicherheit weit verbreiteter kryptographischer Verfahren wie RSA und elliptische Kurven-Kryptographie. Dies erfordert dringend die Entwicklung und Implementierung neuer Post-Quanten-Algorithmen, die gegen Quantenangriffe resistent sind.

Um diese Herausforderung zu bewältigen, arbeiten internationale Standardisierungsgremien an der Entwicklung neuer kryptographischer Standards. In den USA führt das National Institute of Standards and Technology (NIST) diese Bemühungen an, während in Deutschland das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) spezifische Algorithmen für quantensichere Kommunikation empfiehlt. Eine erhebliche Herausforderung entsteht jedoch, wenn verschiedene Länder unterschiedliche Standards übernehmen. So empfiehlt das BSI beispielsweise den FrodoKEM-Algorithmus für die Post-Quanten-Schlüsselkapselung, während das NIST sich für den CRYSTALS-Kyber-Algorithmus entschieden hat. Solche Unterschiede erfordern die Entwicklung von Hardware, die mehrere Standards unterstützen kann.

Das neu finanzierte Projekt der National Science Foundation (NSF) und der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) mit dem Titel „Ein einheitliches Hardware-Design für die USA und den deutschen Post-Quantum-Standard“, geleitet von Prof. Dr.-Ing. Elif Bilge Kavun von der Universität Passau und Dr. Aydın Aysu von der North Carolina State University (NCSU) in den USA, zielt darauf ab, einen einheitlichen Hardware-Beschleuniger zu entwickeln, der beide genannten Post-Quanten-Schlüsselkapselungsprotokolle effizient unterstützt. Dies umfasst mehrere anspruchsvolle Aufgaben, von algorithmischen Innovationen bis hin zur Neugestaltung von Systemarchitekturen, einschließlich der Entwicklung maßgeschneiderter Hardware und physischer Sicherheitsverbesserungen.

Die Entwicklung einer solchen einheitlichen Hardware-Lösung hat weitreichende Auswirkungen. Sie adressiert einen Milliardenmarkt und steht im Einklang mit globalen Standardisierungsbemühungen, wie sie von NIST und europäischen Gremien geleitet werden. Es wird erwartet, dass dieses Projekt die sichere und effiziente Implementierung von Post-Quanten-Kryptographiestandards erleichtert und einen reibungslosen Übergang zu quantensicheren Systemen für Anwendungen mit hohen Leistungs- und Sicherheitsanforderungen ermöglicht. Die Projektergebnisse werden entscheidend dazu beitragen, die globale Kommunikation in der Quantenära zu sichern. Durch den einheitlichen Hardware-Beschleuniger für Post-Quanten-Kryptographiestandards werden die Forschenden nicht nur aktuelle Sicherheitsherausforderungen bewältigen, sondern auch eine robuste und anpassungsfähige kryptographische Infrastruktur für kommende Anforderungen schaffen.

Projektleitung an der Universität Passau	Prof. Dr. Elif Bilge Kavun (Juniorprofessur für Sichere Intelligente Systeme)
Laufzeit	01.10.2024 - 30.09.2027
Mittelgeber	DFG - Deutsche Forschungsgemeinschaft > DFG - Sachbeihilfe