ZURICH–(BUSINESS WIRE)–Die Terra Quantum AG, einer der fuhrenden Quantentechnologie-Vorreiter in Europa, verkundete heute Einzelheiten der Untersuchung, die das derzeitige Verstandnis daruber auf den Kopf stellt, was eine unbrechbare und zukunftssichere Datenverschlusselung bedeutet. Der Durchbruch von Terra Quantum sichert kritischste Mitteilungen, wie etwa streng vertrauliche Nachrichten, Online-Banking-Details und geheime Mitteilungen zwischen internationalen Organisationen.
Markus Pflitsch, Grunder und CEO von Terra Quantum, sagte: ,,In einer Informationsgesellschaft, die zunehmend grosse Mengen personlicher Daten uber offentliche Kanale ubermittelt, ist die Informationssicherheit eine sich stellende weltweite Herausforderung. Daher stellt der Schutz vertraulicher Daten eine intensive Debatte dar.
Unsere bahnbrechenden Ergebnisse zeigen die Angreifbarkeit existierender Post-Quanten-Verschlusselungsschemata. Durch den Bedarf inspiriert, den aufgezeigten Schwachpunkt zu beheben, haben wir das superschnelle Schlusselaustauschverfahren durch die Glasfaser entwickelt.”
Was ist Post-Quanten-Kryptographie?
Es besteht die allgemeine Auffassung, dass es bis zum nachsten grossen Fortschritt hinsichtlich der Rechenleistung – des Quantencomputing – nur noch wenige Jahre dauert. Und wenn das Quantencomputing verfugbar wird, werden die vergangenen Techniken zum Schutz von Daten durch Verschlusselung dadurch angreifbar.
Die Post-Quanten-Kryptographie beschreibt eine Reihe von Verfahren, um den Datenschutz auf das Niveau von Standards zu bringen, das fur eine zukunftige Technologieumgebung erforderlich ist, in der Hacker sich dem Quantencomputing bedienen. Einer der beliebtesten ist der Advanced Encryption Standard (AES), der geschaffen wurde, um Angriffen von Quantencomputern standzuhalten. Die Post-Quanten-Kryptographie ist zum Leitbild fur Organisationen geworden, die nach einem langfristigen Schutz fur ihre Daten suchen.
Was hat Terra Quantum herausgefunden?
Terra Quantum hat erkannt, dass der AES gegenuber bereits identifizierten Algorithmen ziemlich sicher ist, jedoch gegenuber aufkommenden Bedrohungen schutzlos dastehen kann. Um eine Verteidigung aufzubauen, hat Terra Quantum begonnen, nach Schwachstellen zu suchen, indem es den AES gegen neue Algorithmen getestet hat. Dabei hat Terra Quantum eine Schwachstelle auf dem Message-Digest Algorithm MD5 entdeckt. Das Team von Terra Quantum hat herausgefunden, dass man einen Algorithmus unter Verwendung eines Quantum Annealers knacken kann, der ungefahr 20.000 Qubits umfasst. So einen Annealer gibt es heute nicht, und wahrend es zwar unmoglich ist, vorauszusagen, wann dieser geschaffen werden kann, ist es denkbar, dass ein solcher Annealer Hackern in der Zukunft zur Verfugung stellen konnte. Daher hat Terra Quantum die zunehmenden Moglichkeiten fur eine Inversion der breiten Klasse von kryptographischen Hashfunktionen, wie etwas MD5 oder AES, aufgezeigt (die Hashfunktion ist die Funktion, die eine lange Kette von Bits irreversibel in eine kleine Zahl wandelt). Hiermit offenbart Terra Quantum die Angreifbarkeit existierender Post-Quanten-Verschlusselungsschemata.
Was ist die Losung?
Das Protokoll heisst ,die superschnelle Boltzmann-Planck-geschutzte sichere Informationsubertragung’ (the superfast Boltzmann-Planck-protected secure information transmission). Die kritische Komponente des vorgeschlagenen Protokolls ist die Veranderung des Sicherheitsparadigmas basierend auf einer Quanten-Unumkehrbarkeit. Die CTOs von Terra Quantum, die Professoren Gordey Lesovik und Valerii Vinokur, erklarten: ,,Es ergibt sich ein neues Protokoll aus dem Gedanken, dass Quantum Demon ein kleines Biest ist. Der Standardansatz verwendet das Konzept, dass der durch einen Lauscher (Eva fur Eavesdropper) angeheuerte Demon ein King-Kong-artiges hundert Kilometer langes Monster ist, das alle Ubertragungsleitungsverluste erfolgreich nutzen kann, um die Mitteilung zu dechiffrieren. Da echte Quantum Demons jedoch klein sind, muss Eva eine Armee aus einer Milliarde rekrutieren, um erfolgreich alle Streuwellen zu sammeln, die aus der Glasfaser austreten, die sie fur eine effiziente Dechiffrierung benotigt. Terra Quantum schlagt eine innovative Technik vor, die von der Tatsache Gebrauch macht, dass eine derartige Armee – gemass dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik – nicht existieren kann.”
Es bleibt die Moglichkeit des lokalen Reroutings des Teils des gesendeten Signals bestehen. Diese lokalen Verluste konnen jedoch kontrolliert und mit hoher Genauigkeit kleingehalten werden. Daruber hinaus schrankt die Quantenbeschaffenheit des Lichts die fur einen Lauscher verfugbaren Informationen zusatzlich ein. Somit ist das gesendete Signal von Terra Quantum sicher.
Wissenschaftlicher Anhang
Das Hindernis der Glasfaserverluste
Signalausbreitung in der Glasfaser
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Das Protokoll im Detail
Die Geschichte des steten Kampfes zwischen Kryptographen und Dechiffrierern geht auf das Hohlenzeitalter zuruck und umfasst viele Triumphe auf beiden Seiten. Terra Quantum stutzt seine Losung auf die Vernam-Chiffre, dem sogenannten ,One-Time-Pad’, das durch Claude Shannon nachgewiesenermassen nicht gebrochen werden kann. Terra Quantum fuhrt den superschnellen Quantenschlusselaustausch ein und schafft dabei eine praktische Realisierung dieses Verfahrens im Kontext des modernen superschnellen Informationskommunikationsdienstes. Das innovative Protokoll von Terra Quantum, die superschnelle Boltzmann-Planck-geschutzte sichere Informationsubertragung, macht die elektronisch ubertragene Mitteilung praktisch unbrechbar. Die kritische Komponente des vorgeschlagenen Protokolls ist die Anderung des Sicherheitsmodells basierend auf einer Quantenunumkehrbarkeit. Der Standardansatz verwendet das Konzept, dass ein Lauscher (Eva fur Eavesdropper) alle Ubertragungsleitungsverluste erfolgreich nutzen kann, um die Kommunikation zu dechiffrieren. Der Lowenanteil der Verluste findet jedoch aufgrund einer Streuung der kleinen Imperfektionen (die wahrend der Herstellung unvermeidlich entstehen) eines Signals statt, das sich durch die Glasfaser ausbreitet. Die Umkehr der Streuwellen, die fur die effiziente Dechiffrierung erforderlich ist, ahnelt dem beruhmten Zeit-Umkehr-Problem und kann durch die erweiterte Faser, die Milliarden von Streuern pro Kilometer umfasst, nicht erzielt werden. Unser Modell bietet einen universellen Ansatz, um die Effizienz eines jeglichen existierenden Quantenprotokolls entscheidend zu verbessern. Die innovative vorgeschlagene Technik ermoglicht uns, ein vor Quantenrauschen geschutztes Protokoll zu entwickeln, um verschlusselte Informationen schnellstens sicher auszusenden.
Das Hindernis der Glasfaserverluste
Die Glasfaserverluste bleiben das Haupthindernis fur den weiteren Fortschritt in der Informationsubertragungseffizienz in sowohl klassischen als auch Quantenfallen. Terra Quantum stosst hier vor, indem es erkennt, dass der herkommliche Ansatz der Quantenkommunikation doppelt leidet. Zum einen verringern die Verluste selbst die Effizienz und zum anderen erscheint die landlaufige Meinung, dass ein Lauscher das verlorene Signal effizient dechiffrieren kann, nicht ganz zutreffend zu sein.
Um dies zu demonstrieren, untersuchen wir eine einen Kilometer lange Ubertragungsleitung. Durch Ableitung aus der Leckage-Rate nehmen wird den Anfangsimpuls, der hundert Millionen Photonen fur die eine Sekunde pro Langeneinheit der Ubertragungsleitung enthalt, und finden heraus, dass der tatsachliche Verlust entlang der Leitung etwa 4% betragt. Wenn Eva in der Lage ware, diesen Betrag von Informationen aus der lokalen Quelle zu verwenden, so ware ein beachtlicher Umfang zusammengekommen. Die Sammlung der resultierenden Wellen, welche in etwa eine Millionen Photonen enthalten, die von den Milliarden Streuern gestreut werden, erfordert jedoch eine unrealistische Mawell-Demon-artige Vorrichtung von einem Kilometer Lange. Selbst die Sammlung resultierender Wellen mit 10.000 Photonen, die von den 100.000 Streuern durch eine Maxwell-Demon-artige Vorrichtung von einem Meter Lange gestreut werden, erscheint ausserst schwierig, wenn uberhaupt moglich. Der Gewinn von Informationen wurde dennoch 0,04% betragen. Dieser Betrag verlorener Informationen kann einfach kompensiert werden, indem eine Nachbearbeitung durch Alice und Bob durchgefuhrt wird.
Signalausbreitung in der Glasfaser
Die Signalausbreitung in der Glasfaser ahnelt nicht gerade wenig der Entwicklung des Partikelensembles, das eine Streuung auf dem eingefrorenen Unordnungspotential erfahrt, das durch die kinetische Gleichung beschrieben wird, wobei die klassische Boltzmann-Gleichung verallgemeinert wird. Dies impliziert, dass die Dynamik der Partikel von dem Entropiewachstum begleitet wird und daher irreversibel ist, wie durch den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik ausgedruckt. Eine wichtige Auswirkung der Unumkehrbarkeit ist, dass Eva keine nutzlichen Informationen aus der Streuung sammeln kann. Es bleibt jedoch die Moglichkeit des lokalen Reroutings des Teils des gesendeten Signals bestehen. Physisch kann dies zum Beispiel umgesetzt werden, indem die Faser lokal gebunden wird, was zu einem Mischen des primaren Ausbreitungsmodus mit den ubergeordneten Leaking-Modi fuhrt. Dies ermoglicht wiederum ein Lauschen der Informationen, die durch den Hauptmodus getragen werden. Ware das Signal klassisch gewesen, wurde dieses ,,Binden” fur Eva einen uneingeschrankten Zugriff auf den vollen Inhalt der Nachricht bedeuten. Gemass dem Prinzip von Planck wird eine elektromagnetische Strahlung jedoch quantisiert. Das elektromagnetische Signal ist daher eine Sequenz von Partikeln, die Photonen. Wenn das Anfangssignal durchschnittlich N Photonen umfasst und die lokale Leckage durch Transparenz quantifiziert wird, erreicht Eva somit nur ein kleiner Bruchteil des Signals, TN (T steht fur die Transparenz der lokalen Leckage). Daruber hinaus unterliegt dieser Bruchteil unvermeidbaren grundlegenden Quantenfluktuationen in Verbindung mit einer alternativen Quantenwahl, die proportional zu TN ist. Folglich nimmt der relative Teil der Fluktuationen als 1/TN mit einer abnehmenden Zahl von Photonen und Transparenz zu. Dies impliziert, dass, wenn Eva nur einen kleinen Abschnitt des Signals erhalt, dieser effektiv dechiffrierbar wird. Diese Eigenschaft nennen wird ,,Planck-Schutz” der Informationsubertragung. Die sogenannte vor Quantenrauschen geschutzte Kryptographie verwendet eine ahnliche Eigenschaft.
Planck-Schutz
Das allgemeine Prinzip des Planck-Schutzes ermoglicht uns, die gesamte Ubertragungsleitungseffizienz uber die lokale Leckage-Transparenz zu steuern. Die Implementierung dieser Steuerung erfordert eine sorgfaltige Studie des Zustands der Glasfaser und der entstehenden Streumatrix, welche durch Standard-Telekommunikationstechnologieverfahren durchgefuhrt werden kann, insbesondere unter Verwendung der optischen Zeitbereichsreflektometrie. Wir schlagen ein neues Glasfaser-Steuerverfahren basierend auf der direkten Messung der Signalausbreitung von Alice zu Bob vor. Die Genauigkeit der effektiven Steuerung der Leckage-Transparenz ist so hoch wie wenige Prozent fur eine ns Messdauer. Fur erweiterte Messungen wird sie sogar noch hoher. Der innovative Durchbruch besteht darin, dass uns das vorgeschlagene Schema ermoglicht, das Signal, das durch die unbrechbaren One-Time-Pads verschlusselt wurde, mit einer enormen Geschwindigkeit im Vergleich zu den durch die Telekommunikation erzielten besten Raten zu ubertragen.
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Uber Terra Quantum
TERRA QUANTUM ist ein innovatives Deep-Tech-Unternehmen mit Sitz in der Schweiz, das sich auf Anwendungen der Quantentechnologie konzentriert. Es wurde 2019 gegrundet, wird durch den Senior Finance Executive und ehemaligen CERN-Quantenphysiker Markus Pflitsch gefuhrt und durch Europas fuhrendes VC-Unternehmen Lakestar gestutzt. Das Unternehmen entwickelt ein Portfolio fuhrender Quantenanwendungen einschliesslich Hardwarekomponenten fur Quantencomputer sowie Quantenkommunikations- und Kryptographielosungen und ist extrem aktiv beim Entwurf von Quantenalgorithmen fur alle Arten von verfugbaren Quantenmaschinen, die in verschiedenen Industrien einsetzbar sind. Besuchen Sie uns auf LinkedIn und unserer Website.
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