Quantenverschlüsselung
Die Quantenphysik liefert schon heute Schlüssel zu unknackbaren Verschlüsselungsverfahren. Damit kann absolut zuverlässig unterbunden werden, dass Unbefugte Ihre Kontodaten oder Liebesbriefe lesen.
Sichere Verschlüsselung Nehmen wir Julia und Romeo. Die Geschichte ist schnell erzählt: Beide sind Kinder reicher Familien, die sich nicht gerade lieben. Die Kinder aber schon. Also sollen die Liebesbriefe für andere unlesbar verschickt werden. Eine Möglichkeit ist der Cäsar-Code: Dazu muss man sich auf eine Zahl einigen – sagen wir drei. Wenn man nun einen Text verschlüsseln will, nimmt man von jedem Buchstaben den dritten Nachfolger. Aus einem U wird dann ein X, aus einem V ein Y, aus einem W ein Z und aus einem X ein A, weil man nach dem Z einfach wieder von vorne anfängt. Bei der verschlüsselten Nachricht muss dann einfach nur von jedem Buchstaben der dritte Vorgänger ermittelt werden und die ursprüngliche Nachricht liegt wieder vor. Diese Sache lässt sich spielend leicht knacken. Man muss einfach nur alle 27 Möglichkeiten ausprobieren und bekommt irgendwann einen lesbaren Text. Eine mögliche Verfeinerung sieht wie folgt aus: Man nimmt nicht nur eine Zahl, sondern jedes Zeichen der ursprünglichen Nachricht wird mit einer eigenen Zahl verschlüsselt. Dieses Verfahren kann nicht geknackt werden, vorausgesetzt der Code bleibt geheim und er wird nur einmal verwendet. Romeo und Julia brauchen also eine Menge Zufallszahlen und beide dieselben. Dazu müssen sie sich entweder einmal treffen oder sie brauchen einen Boten, dem sie absolut vertrauen wollen. Und wenn Julia und Romeo sich nicht treffen können oder keinen treuen Boten kennen? Dann weiß ihr Quanten-Professor Rat: Quantenverschlüsselung ist das Stichwort, mit dem absolut sichere Schlüssel ausgetauscht werden können. Die Quantentheorie liefert eine Möglichkeit, an zwei getrennten Orten Zufallszahlen zu erzeugen, bei denen man sicher gehen kann, dass sie kein anderer abgehört hat. Mit diesen Zufallszahlen kann dann eine Nachricht verschlüsselt werden, die auf ganz normalen Weg verschickt werden kann. Entschlüsseln kann sie niemand.
Hier das Rezept, mit dem Julia und Romeo einen sicheren Verschlüsselungsschlüssel erstellen können:
- Julia schickt ein Photon an Romeo. Dazu wählt sie für jedes Photon zufällig eine von vier Polarisations-Einstellungen aus: 0 Grad, 45 Grad, 90 Grad und 135 Grad. Ein Photon nach dem anderen wandert Richtung Romeo.
- Romeo wählt für jedes Photon an seinem Messgerät eine von zwei möglichen Einstellungen: senkrecht oder schräg. Er schreibt die Einstellung auf und ob das Photon durchgekommen ist oder nicht.
- Nach beendeter Messung veröffentlichet Romeo, wann er sein Messgerät wie eingestellt hatte. Er schweigt aber darüber, welches Messergebnis jeweils herauskam. Julia sieht sich die Liste an und nennt alle Messungen, bei denen Romeos Messgerät gleich oder entgegengesetzt zu Julias Photon eingestellt waren.
- Beide verfügen jetzt über denselben Schlüssel, wenn das Photon zwischenzeitlich nicht gestört wurde – beispielsweise durch eine Messung eines Lauschers. Dieser kennt die Messeinstellung von Romeo nicht. Daher muss er irgendeine zufällig nehmen und eine Messung vornehmen. Wenn diese nicht der von Romeo entspricht und es eine gültige Messung war, wird der Code von Julia und Romeo nicht übereinstimmen. Um herauszufinden, ob gelauscht wurde, müssen beiden einen Teil ihres Schlüssel miteinander vergleichen. Wenn Fehler aufgetreten sind, wurde wahrscheinlich gelauscht und es muss ein neuer Schlüssel erzeugt werden.