Projektbeschreibung

Die Digitalisierung durchdringt alle Lebensbereiche, doch mit der zunehmenden Vernetzung wächst auch die Bedrohung durch Cyber-Kriminalität. Herkömmliche Verschlüsselungsverfahren wie der Diffie-Hellman-Schlüsselaustausch gelten angesichts neuer technologischer Möglichkeiten (z.B. Quantencomputer) nicht mehr als zukunftssicher. Besonders im Bereich kritischer Infrastrukturen (KRITIS), wie der Energieversorgung oder bei Rechenzentren, sind die Folgen von erfolgreichen Angriffen gravierend.

Das Verbundvorhaben AKRIT setzt hier an: Ziel ist die Entwicklung und Erprobung eines auf verschränkten Photonen basierenden Langstrecken-QKD-Systems, das speziell auf die Bedürfnisse von KRITIS-Anwendungen zugeschnitten ist. Im Gegensatz zu mathematischen Ansätzen der Post-Quantum-Kryptographie (PQC), die potenziell angreifbar bleiben, nutzt QKD die Gesetze der Quantenphysik, um einen fundamental sicheren Schlüsselaustausch zu garantieren.

Das Projekt adressiert zentrale Herausforderungen aktueller QKD-Systeme, wie die Erhöhung der Reichweite auf über 100 km und die Entwicklung von Multi-User-Fähigkeiten. In einem realen Feldtest wird die Technologie in Kooperation mit der enviaTEL GmbH im Rechenzentrumsumfeld in Leipzig erprobt. Mit dem Ziel „IT-Sicherheit – Made in Thüringen“ leistet AKRIT einen entscheidenden Beitrag zur technologischen Reife und zukünftigen kommerziellen Verbreitung von Quantentechnologien.

Ziele und Forschungsfragen

Wissenschaftlich-technische Arbeitsziele

1. Entwicklung eines Langstrecken-QKD-Systems: Erhöhung der Reichweite auf über 100 km bei gleichzeitig praxistauglichen Schlüsselraten.
2. Entwicklung eines QKD-gesicherten VPN-Systems: Schaffung einer sicheren VPN-Lösung auf Basis von Embedded-Linux-Systemen, die QKD-Schlüssel nutzt.
3. Multi-User-Fähigkeit: Erforschung, wie mehrere Anwender ressourcenschonend in ein QKD-Netzwerk eingebunden werden können.
4. Generierung echter Zufallszahlen (QRNG): Bereitstellung von physikalisch erzeugten Zufallszahlen für kryptografische Anwendungen.
5. Validierung im Feldtest: Erprobung des Gesamtsystems unter realen Bedingungen in einer kritischen Infrastruktur.

Zentrale Forschungsfragen

• Kann das System zukünftig nach Common Criteria (EAL4+) zertifiziert werden?
• Wie kann die QKD-Technologie unter Beachtung von ITU-T-Standards auf KRITIS-Bereiche übertragen werden?
• Welche hard- und softwareseitigen Schnittstellen sind für die Integration notwendig?
• Wie können mehrere Nutzer ressourcenschonend in einem Quanten-Netzwerk implementiert werden?
• Bleibt die Leistungsfähigkeit von KRITIS-Anwendungen (z.B. die Steuerung von Energienetzen) bei Nutzung der Quantenverschlüsselung erhalten?

Projektpartner

AKRIT bündelt die Kompetenzen von führenden Industrieunternehmen und der angewandten Forschung:

Partner	Rolle im Projekt
Quantum Optics Jena GmbH	Koordinator; Entwicklung des Langstrecken- und Multi-User-QKD-Systems, Embedded OS, QRNG-Features.
Hochschule Nordhausen	Akademischer Partner; Forschung und Entwicklung der QKD-gesicherten VPN-Systeme auf Basis von Embedded Linux für Multi-User-Szenarien.
Ilmotronics GmbH	Industriepartner; Forschung und Entwicklung der hocheffizienten Einzelphotonendetektoren für die Telekommunikations-Wellenlängen.
enviaTEL GmbH	Assoziierter Partner; Bereitstellung der Glasfaserinfrastruktur für den Feldtest im Rechenzentrumsumfeld in Leipzig.
Thüringer Energienetze GmbH & Co. KG	Assoziierter Partner; Bedarfsträger und Anwender aus dem KRITIS-Sektor Energieversorgung.

Förderung

• Förderprogramm: FTI-Thüringen TECHNOLOGIE
• Fördergegenstand: Thüringen Verbund (VFE)

EFRE – FTI-Thüringen Technologie

Das vom Freistaat Thüringen geförderte Vorhaben wurde durch Mittel der Europäischen Union im Rahmen des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) kofinanziert.“