Der Sicherheitschip auf unseren Personalausweisen und Reisepässen ist durch Quantencomputer bedroht. Das Fraunhofer-Institut für Angewandte und Integrierte Sicherheit AISEC hat im Forschungsprojekt PoQuID jetzt Krypto-Protokolle entwickelt, die auch Angriffen durch Quantencomputer standhalten. Partner waren dabei Infineon und die Bundesdruckerei.

Seit 2005 sichert ein elektronischer Chip die deutschen EU-Reisepässe und seit 2010 die deutschen Personalausweise, mit denen sich Bürgerinnen und Bürger auch online authentisieren können (die Online-Ausweisfunktion). Im Chip sind die personenbezogenen Daten und biometrische Merkmale wie das Passbild und zwei Fingerabdrücke gespeichert. Der Chip ist zudem mit einem Echtheitsnachweis versehen. Angriffen durch ausreichend leistungsstarke Quantencomputer, die in den kommenden zehn bis 15 Jahren erwartet werden, hält die dort eingesetzte Kryptografie jedoch nicht stand: Es wird davon ausgegangen, dass diese die dahinterliegenden mathematischen Problemstellungen in viel kürzerer Zeit lösen können als heutige Computer. Der Chip könnte dann als Sicherheitsmerkmal nicht weiter genutzt werden.

Zwei Sekunden für den Sicherheitscheck

Das Fraunhofer AISEC hat den Chip im Forschungsprojekt PoQuID deshalb quantensicher gemacht. Partner des, vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz BMWK geförderten Projekts waren Infineon und die Bundesdruckerei. »Wir haben das für Reisepässe geltende kryptografische Standard-Protokoll ›Extended Access Control (EAC)‹ so angepasst und weiterentwickelt, dass es quantenresistent ist und auch mit den beschränkten Ressourcen des Sicherheitschips performant läuft«, sagt Prof. Dr. Marian Margraf, Abteilungsleiter »Secure Systems Engineering« am Fraunhofer AISEC in Berlin und Leiter des Forschungsprojekts. »Wir haben in unseren Forschungsarbeiten nachgewiesen, dass das neue Protokoll dieselben Sicherheitsfunktionen umsetzt wie das bisherige. Es benötigt für die Berechnung lediglich zwei Sekunden, um das Sicherheitsmerkmal zu überprüfen und ist damit sowohl für die Grenzkontrolle von elektronischen Pässen geeignet als auch als Online-Ausweisfunktion.«

Zwei PQC-Standards der NIST miteinander kombiniert

Das Fraunhofer AISEC hat dafür zwei Krypto-Verfahren aus dem Standardisierungsprozess des National Institute of Standards and Technology (NIST) für Post-Quanten-Kryptografie miteinander kombiniert: Kyber und Dilithium. »Die NIST standardisiert ›kryptografische Primitive‹. Das sind Bausteine, die man zum Aufbau von kryptografischen Protokollen nutzen kann«, schildert Margraf. Dilithium ist ein asymmetrisches Verfahren*, das für elektronische Signaturen verwendet werden kann. Bei Kyber handelt es sich um ein asymmetrisches Verfahren zum Austausch kryptografischer Schlüssel.

»Das Forschungsprojekt hat die Grundlagen geschaffen, die Sicherheit elektronischer Ausweis-Dokumente fit fürs QC-Zeitalter zu machen. Bei der Markteinführung muss es jetzt schnell gehen«, sagt Margraf. Der Forscher rechnet mit einem internationalen Standardisierungsprozess von mindestens fünf Jahren. »Für Ausweis-Dokumente zuständige Behörden bzw. die Hersteller der Sicherheitschips müssen außerdem berücksichtigen, dass Ausweis-Dokumente bis zu zehn Jahre gültig sein können und erste, leistungsfähige Quantencomputer bereits für Anfang der 2030er Jahre prognostiziert sind.«

*Die asymmetrische Verschlüsselung verwendet zwei Schlüssel, einen zum Verschlüsseln und einen zum Entschlüsseln. Symmetrische Verfahren verwenden nur einen Schlüssel.