Was ist Post-Quanten-Kryptografie?
Wir erklären verständlich, welche neuen Verschlüsselungsstandards gegen Quantencomputer bestehen, wie sie heutige HTTPS-Verbindungen betreffen und wie Sie Ihre Daten auf den Übergang vorbereiten.
Aurora YazılımRedaktionsteam
6 Min. Lesezeit
Post-Quanten-Kryptografie (PQC) bezeichnet neue Verschlüsselungsverfahren, die auf mathematischen Problemen beruhen, die selbst leistungsstarke Quantencomputer vermutlich nicht knacken können. Weil die heute bei HTTPS, digitalen Signaturen und VPNs eingesetzten Algorithmen RSA und elliptische Kurven künftig für Quantenangriffe anfällig sein könnten, wurden Standards für quantensichere Verschlüsselung entwickelt und werden schrittweise eingeführt.
Warum bedrohen Quantencomputer die Verschlüsselung?
Der Großteil der sicheren Kommunikation im Internet beruht auf Public-Key-Kryptografie. Wenn Sie sich per HTTPS mit einer Website verbinden, einigen sich Browser und Server mit RSA- oder auf elliptischen Kurven basierenden Algorithmen auf einen geheimen Schlüssel. Die Sicherheit dieser Algorithmen beruht darauf, dass es für klassische Computer praktisch unmöglich ist, große Zahlen in ihre Faktoren zu zerlegen oder ähnliche mathematische Probleme zu lösen.
Quantencomputer arbeiten dagegen nach einer anderen Rechenlogik. Der 1994 beschriebene Shor-Algorithmus zeigt, dass ein ausreichend großer und stabiler Quantencomputer diese Probleme effizient lösen könnte. Eine solche Maschine gibt es noch nicht, und wann sie kommt, ist unklar; sobald es sie gibt, verlieren die heutigen Public-Key-Systeme jedoch zu einem erheblichen Teil ihre Sicherheit.
Wenn Sie wissen möchten, wie Quantencomputer funktionieren und wie weit sie heute sind, beginnen Sie mit unserem Beitrag Was ist ein Quantencomputer?.
Das Risiko »Jetzt speichern, später entschlüsseln«
Warum sollten wir uns schon jetzt Sorgen machen, wenn es noch keinen Quantencomputer gibt? Die Antwort liegt im Szenario jetzt speichern, später entschlüsseln (Harvest now, decrypt later). Ein Angreifer kann heute verschlüsselten Datenverkehr aufzeichnen und aufbewahren und später entschlüsseln, sobald er Zugang zu einem ausreichend starken Quantencomputer hat.
Dieses Risiko hängt davon ab, wie lange Daten geheim bleiben müssen. Eine Aktionsankündigung verliert nach wenigen Wochen ihren Wert; Gesundheitsdaten, Verträge, Geschäftsgeheimnisse oder Identitätsdaten müssen dagegen über Jahre vertraulich bleiben. Für Organisationen, die solche Daten verarbeiten, ist die Planung des Übergangs ein Thema von heute.
Eine einfache Rechnung hilft: Übersteigt die Summe aus der Zeit, die Daten geheim bleiben müssen, und der Zeit, die die Umstellung Ihrer Systeme auf neue Algorithmen braucht, den geschätzten Zeitpunkt, zu dem ein starker Quantencomputer auftauchen könnte, sollten Sie schon jetzt mit der Vorbereitung beginnen. Solche Infrastrukturumstellungen dauern in großen Organisationen oft Jahre.
Welche Algorithmen sind betroffen?
Die Wirkung von Quantencomputern ist nicht bei allen Verschlüsselungsarten gleich. Während Public-Key-Algorithmen ernsthaft gefährdet sind, sind symmetrische Verschlüsselung und Hashfunktionen widerstandsfähiger.
| Algorithmustyp | Beispiel | Quanteneffekt | Empfohlene Richtung |
|---|---|---|---|
| Public-Key-Verschlüsselung und Schlüsselaustausch | RSA, ECDH | Mit dem Shor-Algorithmus knackbar | Neue Standards wie ML-KEM |
| Digitale Signatur | RSA, ECDSA | Mit dem Shor-Algorithmus knackbar | Neue Standards wie ML-DSA, SLH-DSA |
| Symmetrische Verschlüsselung | AES | Der Grover-Algorithmus verringert die Sicherheitsreserve | Lange Schlüssel (AES-256) |
| Hashfunktionen | SHA-2, SHA-3 | Begrenzte Wirkung | Ausreichende Ausgabelänge |
Die neuen PQC-Standards
Das US-amerikanische National Institute of Standards and Technology (NIST) hat Kandidatenalgorithmen aus aller Welt in einem jahrelangen offenen Bewertungsverfahren geprüft und 2024 die ersten Standards für quantensichere Verschlüsselung veröffentlicht. Verfahren und Dokumente sind auf der PQC-Projektseite des NIST öffentlich zugänglich.
- ML-KEM (FIPS 203): für den Schlüsselaustausch; basiert auf dem Algorithmus CRYSTALS-Kyber
- ML-DSA (FIPS 204): für digitale Signaturen; basiert auf dem Algorithmus CRYSTALS-Dilithium
- SLH-DSA (FIPS 205): hashbasierte digitale Signatur als Reserve; basiert auf dem Algorithmus SPHINCS+
Was PQC ist und was nicht
Ein Begriff, der bei der Frage Was ist PQC? oft verwechselt wird, ist die Quantenschlüsselverteilung (QKD). QKD ist ein physikalisches Verfahren, das spezielle Hardware und Glasfaserleitungen braucht. Post-Quanten-Kryptografie besteht dagegen aus rein softwarebasierten Algorithmen, die auf heutigen Computern und der bestehenden Internetinfrastruktur laufen und sich deshalb breit einsetzen lassen.
Wie wirkt sich das auf HTTPS und SSL aus?
Bei einer HTTPS-Verbindung gibt es zwei getrennte Vorgänge: die Einigung der Parteien auf einen Sitzungsschlüssel (Schlüsselaustausch) und den Identitätsnachweis des Servers (Zertifikatssignatur). Das Risiko »Jetzt speichern, später entschlüsseln« betrifft vor allem den Schlüsselaustausch; deshalb hat der Übergang zuerst auf dieser Seite begonnen.
Große Browser und einige Infrastrukturanbieter unterstützen inzwischen den hybriden Schlüsselaustausch, der klassische elliptische Kurven zusammen mit ML-KEM nutzt. Der hybride Ansatz behält den Schutz des klassischen Algorithmus bei, selbst wenn im neuen Algorithmus eine unerwartete Schwäche auftaucht. Der Übergang der Zertifikatssignaturen zu quantensicheren Algorithmen wird als längerer Prozess geplant.
Wie Zertifikate und HTTPS heute funktionieren, haben wir in unserem Beitrag Was ist ein SSL-Zertifikat? erklärt. Für Website-Betreiber gibt es eine gute Nachricht: Aktuell gehaltene Serversoftware, Browser und CDN-Dienste übernehmen einen Großteil dieses Übergangs im Hintergrund.
openssl s_client -connect www.ornek.com:443 -groups X25519MLKEM768 < /dev/nullVorbereitung auf Verschlüsselung nach der Quantenzeit
Der Übergang zur Verschlüsselung nach der Quantenzeit ist keine Aufgabe für eine Nacht, sondern ein Wandel über Jahre. Das Wertvollste, was Organisationen heute tun können, ist zu wissen, wo sie welche Verschlüsselung einsetzen, und ihre Systeme änderungsbereit zu halten.
- Erstellen Sie ein Kryptografie-Inventar: Zertifikate, VPN, E-Mail, Datenbankverschlüsselung, API-Verbindungen
- Priorisieren Sie Daten, die lange geheim bleiben müssen, und die Systeme, die sie transportieren
- Halten Sie Server, Betriebssystem und Bibliotheken aktuell; der Übergang kommt zum großen Teil über Updates
- Bevorzugen Sie bei symmetrischer Verschlüsselung lange Schlüssel (zum Beispiel AES-256)
- Fragen Sie Ihre Softwareanbieter und Lieferanten nach ihren PQC-Fahrplänen
- Wenden Sie bei neu entwickelten Systemen das Prinzip der Krypto-Agilität an, das den Austausch von Algorithmen erleichtert
Warum ist Krypto-Agilität wichtig?
Krypto-Agilität (Crypto Agility) bedeutet, dass ein System den verwendeten Verschlüsselungsalgorithmus auf Konfigurationsebene ändern kann, ohne ihn tief im Code zu verankern. Bei einem Algorithmus, der heute als sicher gilt, kann morgen eine Schwäche entdeckt werden; agile Systeme passen sich dann schnell an.
Bei individuellen Softwarelösungen für Ihr Unternehmen wird dieses Prinzip umgesetzt, indem Verschlüsselung und Signaturen über aktuelle, gepflegte Bibliotheken in einer zentralen Schicht erfolgen. Auch in einem Shopsystem, das Zahlungs- und Kundendaten verarbeitet, bedeutet derselbe Ansatz eine nahtlose Anpassung an künftige Standardänderungen.
Auch bei der Authentifizierung vollzieht sich ein ähnlicher Wandel. Die auf Public-Key-Kryptografie beruhende Passkey-Technologie hat eine Struktur, die sich mit demselben agilen Ansatz aktualisieren lässt, sobald sich die Standards in Richtung quantensicherer Signaturalgorithmen entwickeln.
Ein realistischer Blick für Unternehmen
Ein kleines oder mittleres Unternehmen muss heute keine eigene Kryptografie-Forschung betreiben. Wichtig ist, dass die genutzten Server, Zertifikate und Software aktuell gehalten werden und die Anbieter diesen Übergang verfolgen. Serversoftware, TLS-Einstellungen und Zertifikatserneuerungen einer laufenden Website gehören ganz natürlich zur regelmäßigen Wartung im Rahmen der Speed- & Performance-Optimierung.
Organisationen, die Daten mit langfristigem Geheimhaltungsbedarf verarbeiten, etwa im Gesundheitswesen, in der Rechtsberatung oder im Finanzbereich, sollten früher mit der Übergangsplanung beginnen und die nationalen und internationalen Leitlinien zum Thema verfolgen. Auch bei der Planung einer neuen Unternehmenswebsite oder eines Kundenportals ist es richtig, von Anfang an eine aktuelle TLS-Konfiguration zu verlangen.
Häufig gestellte Fragen
01Können Quantencomputer heute schon Verschlüsselung knacken?
Nein. Heutige Quantencomputer haben nicht die Größe und Stabilität, um gängige RSA- oder Elliptische-Kurven-Schlüssel zu knacken. Wann dieses Niveau erreicht wird, ist ungewiss; der Grund für die Vorbereitung schon jetzt sind die lange Dauer des Übergangs und das Risiko, dass aufgezeichnete Daten später entschlüsselt werden können.
02Muss ich für meine Website jetzt etwas tun?
Für die meisten Websites ist der wichtigste Schritt, Serversoftware, TLS-Bibliotheken und CDN-Einstellungen aktuell zu halten; der quantensichere Schlüsselaustausch kommt mit diesen Updates. Verarbeiten Sie Daten, die lange geheim bleiben müssen, sprechen Sie mit Ihrem Anbieter über den PQC-Fahrplan.
03Wird auch die AES-Verschlüsselung geknackt?
Symmetrische Algorithmen sind von Quantenangriffen viel weniger betroffen. Zwar verringert der Grover-Algorithmus die Sicherheitsreserve, doch lange Schlüssel wie AES-256 gelten in absehbarer Zukunft als sicher.
Die Post-Quanten-Kryptografie ist ein über Jahre laufender Wandel, der die Public-Key-Systeme als Fundament der Internetsicherheit gegen die künftige Quantenbedrohung erneuert; die solideste Vorbereitung für Unternehmen ist eine aktuelle und agile Infrastruktur. Aurora Yazılım entwickelt Softwarelösungen für Ihr Unternehmen mit aktuellen Verschlüsselungsbibliotheken und übernimmt die Server- und TLS-Wartung Ihrer laufenden Website im Rahmen der Speed- & Performance-Optimierung. Bei Fragen kontaktieren Sie uns.
