Neues Projekt zum Schutz kritischer Infrastruktur gegen Cyberattacken
Gasleitnetzwerke, Stromtrassen und Kommunikationsnetzwerke sind aus dem Alltag nicht wegzudenken – umso problematischer ist ihre Bedrohung durch Cyberangriffe. Vor diesem Hintergrund startet nun das Forschungsprojekt „MANTIS“. Ziel ist es, diese kritischen Infrastrukturen mithilfe moderner Quantentechnologie vor Hackerangriffen zu schützen. An dem Verbundprojekt, das vom Fraunhofer-Institut für angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena geleitet wird, ist die Arbeitsgruppe von Quantenphysiker Prof. Dr. Carsten Schuck an der Universität Münster beteiligt. MANTIS wird mit einem Budget von gut fünf Millionen Euro umgesetzt. Davon fließen rund 1,1 Millionen Euro an die Arbeitsgruppe von Carsten Schuck. Das Forschungs- und Entwicklungsvorhaben ist bis 2027 angelegt und wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit einem Förderanteil von 86 Prozent unterstützt.
Die Technologie, die im Mittelpunkt der Forschungs- und Entwicklungsarbeit steht, ist die Quantenkommunikation, insbesondere die sogenannte Quantenschlüsselverteilung (QKD). Diese nutzt Prinzipien der Quantenphysik, um sichere Kommunikationswege zu schaffen. Gegenüber vorherigen QKD-Verfahren will das MANTIS-Team einen wichtigen Schritt weitergehen: Das Projekt zielt auf die Entwicklung einer messgeräteunabhängigen und chipbasierten Quantenschlüsselverteilung (MDI-QKD) ab. Als spezifischer Anwendungsfall wird der Einsatz für Gasleitsysteme untersucht. Die Abkürzung MANTIS steht daher für: „Messgerätunabhängige QKD und sichere Systemsynchronisation für ANwendungen in GasleiTsystemen und kritischer InfraStruktur“.
Dabei senden zwei Teilnehmer, die einen sicheren kryptographischen Schlüssel zur Verschlüsselung sensitiver Daten erzeugen wollen, einzelne Photonen an eine Empfängereinheit. Dort werden diese mit einem Verfahren gemessen, das es in jedem Fall ermöglicht, abhörsichere Schlüssel zu erzeugen – selbst wenn das Empfängersystem in falsche Hände gerät. „Jeder Abhörversuch würde sofort auffallen, wodurch das Schlüsselerzeugungssystem unabhängig von den Messgeräten wird“, erläutert Carsten Schuck.
Das münstersche Team baut dieses System mit einer speziellen Technologie, die es selbst entwickelt hat. Dabei kommen supraleitende Einzelphotonendetektoren zum Einsatz, die die Physiker in fortschrittliche photonisch integrierte Schaltungen einbetten. Die Schaltungen sind auf Chips realisiert, die auf etwa zwei Kelvin abgekühlt werden, um die supraleitenden Eigenschaften bestmöglich auszunutzen. Die Physiker bauen und testen die Chips an der Münster Nanofabrication Facility und dem Center for NanoTechnology (CeNTech) der Universität Münster.