Der Perso mit QKD-Chip Ausweisdokumente im Zeitalter der Quantencomputer

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Die Bundesdruckerei hat nach eigenen Angaben die Vorarbeiten für die Post-Quantum-Kryptography abgeschlossen; die kommende Generation der Personalausweise soll als erste weltweit mit Chips ausgestattet werden, die gegen Angriffe durch Quantencomputer gesichert sind. Die technische Basis stammt von der Bundesdruckerei, Giesecke+Devrient (G+D), dem Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) und Infineon.

Seit seiner Einführung 2010 gilt er als eines der sichersten hoheitlichen Dokumente der Welt: der deutsche Personalausweis samt integrierter Online-Ausweisfunktion. Damit er auch zukünftig sicher bleibt, müssen neue Ausweise gegen Angriffe von Quantencomputern geschützt werden. Das das gilt für Hardware und Software aller Ausweise, die in den kommenden Jahren ausgegeben werden.

Die hoheitlichen Dokumente sind zehn Jahre gültig. Eine weltweit bislang einzigartige technische Basis dafür haben die Bundesdruckerei GmbH und G+D in den vergangenen Monaten erarbeitet. Das Technologie-Unternehmen des Bundes und das internationale Sicherheitstechnologie-Unternehmen haben die Entwicklung des Demonstrators gemeinsam mit dem BSI initiiert und auf speziellen Chips des Halbleiterherstellers Infineon umgesetzt.

Die Migration des deutschen Personalausweises erfolgt dann in zwei Phasen: Zunächst werden die Ausweisdaten mit einem quantenresistenten Signaturverfahren gegen Fälschungen geschützt. Danach folgt die vollständige Umstellung auf quantensichere Technologie.

Die Machbarkeitsstudie (Proof-of-Concept) ist eine der weltweit ersten funktionalen Umsetzungen eines Personalausweises mit klassischer Kryptografie und Post-Quantum-Kryptografie, welche den aktuellen Empfehlungen für quantensichere Algorithmen entspricht. Kim Nguyen, Senior Vice President Innovations bei der Bundesdruckerei, erläutert: „Bundesdruckerei und G+D haben als erste in Deutschland nachgewiesen, dass hochsichere, quantenresistente Kryptografie, etwa Verschlüsselung und Authentisierung, auf Ausweis-Chips möglich ist. Das ist ein entscheidender Schritt für die Zukunftssicherheit digitaler Identitäten.“

Die Frage sei schon längst nicht mehr, ob es Quantencomputer geben wird, welche die aktuellen kryptografischen Verfahren brechen, sondern wann dieser so genannte Q-Day kommt, setzt Gabriel von Mitschke-Collande, Mitglied der Geschäftsführung und Group CDO bei G+D, hinzu. „Schon heute testen Unternehmen den Einsatz von Quantencomputern etwa bei der Material- und Medikamentenforschung. Wir müssen jetzt handeln, um unsere digitale Infrastruktur zu schützen.“

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Die Technologie der Quantencomputer hat in den vergangenen Jahren große Fortschritte in vielen Details gemacht, allerdings ist eine echte Skalierung weiterhin nicht erreicht und mit großen Herausforderungen verbunden. Leistungsfähige und fehlerkorrigierende Quantencomputer könnten bestimmte mathematische Probleme, wie beispielsweise die Berechnung von diskreten Logarithmen oder Primfaktorzerlegungen, deutlich schneller lösen als klassische Computer.

Diese Leistungsfähigkeit hat auch eine Schattenseite: Quantencomputer haben das Potential etablierte Kryptoverfahren zu knacken, genauer gesagt: einige Schlüsselaushandlungs- und Signaturverfahren. Damit sind sie eine zunehmend reale Bedrohung für die Sicherheit von IT-Systemen und Daten.

Vor allem die sensiblen persönlichen Daten in hoheitlichen ID-Dokumenten müssen zukünftig vor möglichen Quantenangriffen geschützt werden – und zwar mit Post-Quanten-Kryptografie (PQC). Eine EU-Roadmap sieht die Umsetzung für kritische Anwendungsfälle mit hohem Risiko bis 2030 vor.

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BSI-Präsidentin Claudia Plattner lässt ebenfalls an der Dringlichkeit der Umsetzung keine Zweifel aufkommen: „Eine Ausstattung des Personalausweis-Chips mit Post-Quantum-Kryptografie ist äußerst relevant, denn wir müssen ab 2030 mit leistungsfähigen Quantencomputern rechnen, die aktuelle kryptografische Verfahren brechen können. Spätestens dann müssen quantensichere Ausweise ausgegeben werden können.“

Sie setzt in Bezug auf den Entwicklungsstand in Deutschland hinzu: „Wir können stolz sein, dass Deutschland eine Vorreiterrolle bei der zukunftsfähigen Absicherung hoheitlicher Dokumente einnimmt”, betont. Das BSI erforscht und dokumentiert den Entwicklungsstand von Quantencomputern in einer regelmäßig aktualisierten Studie.

G+D hat langjährige Erfahrung mit PQC auf Hardwaresicherheitselementen durch seine Teilnahme an den Förderprojekten „Aquorypt“ und „Quoryptan“ des Bundesministeriums für Forschung, Technologie und Raumfahrt. Technologisch anspruchsvoll bei der Implementierung von PQC auf dem Ausweis-Chip war die Erfüllung der neuen Sicherheitsanforderungen und eine Minimierung des Footprints der ressourcenintensiven PQC-Algorithmen.

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Mit dem Proof-of-Concept zum quantensicheren Personalausweis haben die Unternehmen den Weg bereitet, die PQC-Verfahren sicher in den Ausweis zu bringen. Die im Proof-of-Concept genutzten Infineon-Chips bieten ein neues Chip-Design, das eine schnelle und seitenkanalresistente Software-Implementierung von PQC-Algorithmen erleichtert.

Auch die Bundesdruckerei beschäftigt sich seit Jahren mit der Post-Quantum-Kryptografie und Quantencomputing. Gemeinsam mit Infineon und dem Fraunhofer-Institut für Angewandte und integrierte Sicherheit (AISEC) hat die Bundesdruckerei 2022 den weltweit ersten Demonstrator für einen elektronischen Pass entwickelt, der auch die hohen Sicherheitsanforderungen für die Ära des Quantencomputing erfüllt.

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