Post-Quanten-Kryptografie

PQC bezeichnet kryptografische Algorithmen, die so konzipiert sind, dass sie Angriffen sowohl durch klassische Computer als auch durch Quantencomputer standhalten. Diese Algorithmen beheben die Anfälligkeit aktueller kryptografischer Standards gegenüber Fortschritten im Bereich des Quantencomputings, insbesondere gegenüber dem Shor-Algorithmus, der weit verbreitete Public-Key-Kryptographiesysteme wie RSA und ECC effizient knacken kann.

Unternehmen, die in Hybrid- oder Multi-Cloud-Umgebungen tätig sind, stehen vor besonderen Herausforderungen: Ihre Daten durchlaufen mehrere Plattformen und Speicherorte, was komplexe Sicherheitsanforderungen mit sich bringt. Die Umsetzung von PQC-Protokollen variiert erheblich je nach Unternehmensgröße, branchenspezifischen Vorschriften und spezifischen Sicherheitsanforderungen.

• FIPS 203, Standard für einen auf Modulgittern basierenden Schlüsselkapselungsmechanismus
• FIPS 204, Standard für digitale Signaturen auf Basis von Modulgittern
• FIPS 205, Standard für zustandslose, auf Hash-Funktionen basierende digitale Signaturen

Ein vierter und ein fünfter Standard sind zur weiteren Erhöhung der Widerstandsfähigkeit in Arbeit. Die NIST-Standards prägen die weltweite Einführung und die Anforderungen an die Einhaltung der Vorschriften.

• Gitterbasierte Kryptografie: Nutzt hochdimensionale mathematische Gitter zur Erstellung von Verschlüsselungsschemata. Diese Algorithmen bieten starke Sicherheitsgarantien und eine relativ effiziente Leistung, was sie zu führenden Kandidaten für die Standardisierung macht.
• Codebasierte Kryptografie: Stützt sich auf Fehlerkorrekturcodes, wobei die Sicherheit auf der Schwierigkeit der Dekodierung allgemeiner linearer Codes beruht. Diese Algorithmen haben jahrzehntelanger Kryptoanalyse standgehalten, erfordern jedoch in der Regel größere Schlüsselgrößen.
• Multivariate Kryptografie: Basiert auf der Schwierigkeit, Systeme multivariater Polynomgleichungen über endlichen Körpern zu lösen. Diese Algorithmen zeichnen sich oft durch eine sehr schnelle Signaturverifizierung aus, weisen jedoch größere Signaturgrößen auf.
• Hash-basierte Kryptografie: Erstellt digitale Signaturen mithilfe von Hash-Funktionen. Diese Algorithmen bieten starke Sicherheitsnachweise, können jedoch Einschränkungen hinsichtlich der Signaturkapazität aufweisen.
• Isogenie-basierte Kryptografie: Nutzt mathematische Beziehungen zwischen elliptischen Kurven, um kryptografische Systeme zu schaffen, die gegen Quantenangriffe resistent sind.

• Unsicherheit hinsichtlich des Zeitrahmens der Bedrohung: Auch wenn groß angelegte Quantencomputer noch Jahre entfernt sein mögen, nimmt die ordnungsgemäße Umsetzung kryptografischer Umstellungen erhebliche Zeit in Anspruch.
• Überlegungen zur Langlebigkeit von Daten: Informationen, die langfristig geschützt werden müssen, benötigen bereits jetzt quantenresistente Verschlüsselung.
• Fortschritte bei der Entwicklung von Standards: Der Standardisierungsprozess des NIST ist bereits in vollem Gange und bietet praktikable Algorithmusoptionen.
• Komplexität der Infrastruktur: Moderne kryptografische Ökosysteme erfordern viel Zeit, um alle Komponenten zu aktualisieren.
• Wettbewerbsvorteil: Frühanwender verschaffen sich Sicherheitsvorteile gegenüber weniger gut vorbereiteten Wettbewerbern.

Die traditionelle Kryptografie stützt sich stark auf mathematische Probleme, deren Lösung für klassische Computer schwierig ist. Die RSA-Verschlüsselung beispielsweise basiert auf der Schwierigkeit, große Zahlen in Primfaktoren zu zerlegen, während die Kryptografie auf elliptischen Kurven auf dem Problem des diskreten Logarithmus beruht. Quantencomputer können diese Probleme mithilfe des Shor-Algorithmus potenziell effizient lösen und machen diese Schutzmaßnahmen damit überflüssig.

PQC unterscheidet sich grundlegend von der Quantenkryptografie (Quanten-Schlüsselverteilung). Während die Quantenkryptografie quantenmechanische Eigenschaften für eine sichere Kommunikation nutzt, verwendet PQC mathematische Algorithmen, die für die Ausführung auf herkömmlichen Computern ausgelegt sind, aber gegen Quantenangriffe resistent sind.

Die folgende Tabelle verdeutlicht die wesentlichen Unterschiede zwischen traditionellen kryptografischen Ansätzen und postquantenkryptografischen Alternativen:

Viele Unternehmen gehen fälschlicherweise davon aus, dass ihre aktuellen Verschlüsselungsstandards auf unbestimmte Zeit sicher bleiben oder dass Quantenbedrohungen noch zu weit entfernt sind, um sich damit zu befassen. Dieses Missverständnis führt zu gefährlichen Sicherheitslücken. Der Übergang zu quantensicheren Lösungen erfordert erheblichen Planungs- und Umsetzungsaufwand; Unternehmen, die abwarten, bis Quantencomputer die bestehende Verschlüsselung knacken, werden mit unmöglichen Zeitvorgaben für einen sicheren Übergang konfrontiert sein.

• Verbesserte langfristige Sicherheit: PQC bietet Schutz vor zukünftigen Quantencomputing-Fähigkeiten und schützt Daten, die ein erhöhtes Maß an Vertraulichkeit erfordern.
• Compliance-Readiness: Vorausschauende regulatorische Rahmenbedingungen berücksichtigen zunehmend Quantenbedrohungen, sodass Unternehmen, die quantensichere Verschlüsselung implementieren, gut aufgestellt sind, um neue Compliance-Anforderungen zu erfüllen.
• Schutz vor Datenerfassung: Quantenresistente Verschlüsselung verhindert, dass Angreifer bereits heute verschlüsselte Daten sammeln, um sie später zu entschlüsseln, sobald Quantencomputer verfügbar sind.
• Vereinfachte zukünftige Umstellungen: Unternehmen, die frühzeitig mit der Implementierung quantensicherer Lösungen beginnen, entwickeln Fachwissen und Prozesse, die reibungslosere kryptografische Aktualisierungen ermöglichen.
• Gesteigertes Vertrauen der Interessengruppen: Der Nachweis proaktiver Quantensicherheitsmaßnahmen schafft Vertrauen bei Kunden, Partnern und Investoren, denen der Datenschutz am Herzen liegt.

Diese Vorteile tragen gemeinsam zur Geschäftskontinuität und zum Risikomanagement angesichts sich weiterentwickelnder kryptografischer Bedrohungen bei.

Die Plattform von Commvault ermöglicht es Unternehmen, PQC durch umfassende Sicherheitsfunktionen in ihre Datensicherungsstrategien zu integrieren. Die Lösung unterstützt die Implementierung quantensicherer Verschlüsselung in bestehende Workflows für Backup and Recovery und ermöglicht so die Einführung ohne Betriebsunterbrechungen.

Die Plattform verfügt über Features für automatisiertes Schlüsselmanagement, die sich an sich weiterentwickelnde kryptografische Standards anpassen, einschließlich quantenresistenter Algorithmen. Diese Automatisierung reduziert die Komplexität der Verschlüsselungsverwaltung in unterschiedlichen Umgebungen und gewährleistet gleichzeitig robuste Sicherheitskontrollen.

Zentralisierte Datenverwaltungsfunktionen bieten Transparenz und Kontrolle über kryptografische Implementierungen im gesamten Unternehmen. Diese Zentralisierung trägt dazu bei, das operative Risiko während des Übergangs zu quantensicheren Methoden zu verringern, und unterstützt die konsequente Durchsetzung von Richtlinien.