Post-Quantum-Kryptographie: sicher vor Quantencomputern.

Die Verschlüsselung hinter jeder HTTPS-Verbindung beruht auf Rechenaufgaben, die ein großer Quantencomputer lösen könnte. Post-Quantum-Kryptographie ist die Antwort darauf. Hier siehst du, wie sie funktioniert, wo sie schon steht und was das für deine Website heißt.

01 Warum Post-Quantum-Kryptographie notwendig ist

Die heute üblichen Verfahren wie RSA und ECC (Elliptic Curve Cryptography) sind sicher, weil sie auf Rechenaufgaben beruhen, die klassische Computer nicht in vertretbarer Zeit lösen: große Zahlen in ihre Primfaktoren zerlegen, diskrete Logarithmen berechnen. Ein ausreichend großer Quantencomputer könnte genau diese Aufgaben mit dem Shor-Algorithmus effizient lösen. Dann wären Schlüsselaustausch und Signaturen, wie sie heute in HTTPS stecken, wertlos.

Betroffen ist jede Website, die auf verschlüsselte Verbindungen angewiesen ist: Onlineshops, Banken, Behörden, aber auch jedes Login-Formular und jede Kontaktanfrage. Die Risiken sind die bekannten: Identitätsdiebstahl, Finanzbetrug und der Missbrauch persönlicher Daten.

Einen solchen Quantencomputer gibt es noch nicht. Was die Technik heute kann und was sie am Web gerade nicht ändert, steht unter Quantencomputing im Webdesign; hier geht es um die Verschlüsselung. Denn Zukunftsmusik ist das Thema nicht, und der Grund heißt „store now, decrypt later“: Wer verschlüsselten Datenverkehr heute mitschneidet, kann ihn später entschlüsseln, sobald die Technik da ist. Alles, was über Jahre vertraulich bleiben muss, ist deshalb jetzt schon betroffen.

Wer verschlüsselte Daten heute aufzeichnet, braucht den Quantencomputer erst morgen.

02 Welche Post-Quantum-Verfahren es gibt

Post-Quantum-Kryptographie läuft auf klassischer Hardware, setzt aber auf mathematische Probleme, für die auch Quantencomputer keinen bekannten schnellen Lösungsweg haben. Die wichtigsten Familien:

1. Gitterbasierte Kryptographie: Beruht auf Problemen in hochdimensionalen Punktgittern. Zwei der ersten drei Standards bauen darauf auf: der Schlüsselaustausch und eine der beiden Signaturvarianten.
2. Hash-basierte Kryptographie: Baut Signaturen allein aus Hashfunktionen. Der dritte der ersten Standards gehört hierher: konservativ und gut verstanden, dafür sind die Signaturen groß.
3. Code-basierte Kryptographie: Nutzt fehlerkorrigierende Codes. Der Ansatz wird seit Jahrzehnten untersucht und gilt als robust.
4. Multivariate Kryptographie: Setzt auf Systeme aus Polynomgleichungen mit vielen Variablen.
5. Isogenien-basierte Kryptographie: Arbeitet mit Abbildungen zwischen elliptischen Kurven. Der bekannteste Kandidat wurde 2022 mit einem klassischen Rechner gebrochen, die Familie wird seitdem neu untersucht.

Die US-Standardisierungsbehörde NIST hat diese Ansätze in einem mehrjährigen Auswahlverfahren geprüft und 2024 die ersten Standards veröffentlicht: ML-KEM für den Schlüsselaustausch, ML-DSA und SLH-DSA für Signaturen. Den Stand des Verfahrens findest du auf der Projektseite des NIST. Damit gibt es, anders als noch vor wenigen Jahren, Verfahren, die Hersteller und Betreiber umsetzen können.

03 Herausforderungen der Umstellung

Der Wechsel von klassischer zu quantensicherer Verschlüsselung ist kein Schalter, sondern eine Migration mit einigen Hürden:

• Kompatibilität: Viele bestehende Systeme, Bibliotheken und Geräte kennen die neuen Verfahren nicht und müssen aktualisiert oder ersetzt werden.
• Größe und Rechenaufwand: Schlüssel und Signaturen sind deutlich größer als bei ECC. Jeder Verbindungsaufbau überträgt mehr Daten, was bei langsamen Verbindungen und kleinen Geräten spürbar wird.
• Reife: Die ersten Standards stehen, aber nicht jede Software, jeder Hoster und jedes Endgerät unterstützt sie schon. Bis alles umgestellt ist, vergehen Jahre.
• Wechselfähigkeit: Auch ein neues Verfahren kann sich als angreifbar erweisen. Systeme sollten so gebaut sein, dass sich Algorithmen austauschen lassen, ohne alles neu zu entwickeln.

Gerade weil die Umstellung dauert, lohnt es sich, früh zu beginnen. Wer wartet, bis der Quantencomputer da ist, wartet zu lange.

04 Was du als Website-Betreiber jetzt tun kannst

Für die meisten Websites ist die Aufgabe überschaubar, wenn du sie in Routinen übersetzt statt in ein Großprojekt.

1. Bestandsaufnahme machen: Wo steckt Verschlüsselung in deinem Betrieb? TLS auf der Website, VPN, signierte Dokumente, gespeicherte Daten, die lange vertraulich bleiben müssen. Notiere, welche Verfahren dort laufen.
2. Software aktuell halten: Webserver, TLS-Bibliothek, CDN und Hosting bekommen den hybriden Schlüsselaustausch über Updates. Der Browser nutzt ihn nur, wenn dein Server ihn anbietet. Veraltete Serversoftware ist hier die häufigste Bremse.
3. Hybrid fahren: Kombiniere klassische und quantensichere Verfahren, statt alles auf einmal zu ersetzen. So bleibst du kompatibel und bist gegen beide Angreifer abgesichert.
4. Standards verfolgen: Behalte die Veröffentlichungen des NIST und des BSI im Blick und plane die Umstellung in Jahren, nicht in Wochen. Priorität haben Daten mit langer Vertraulichkeit.
5. Bei eigener Software Rat holen: Betreibst du eigene Anwendungen, APIs oder Signaturprozesse, geht es über Serverupdates hinaus. Dann lohnt sich ein Gespräch mit Fachleuten, die den Stand kennen.

Fazit

Post-Quantum-Kryptographie ist keine Theorie mehr: Die ersten Standards sind veröffentlicht, und der hybride Schlüsselaustausch erreicht Websites über gewöhnliche Updates. Ein Quantencomputer, der RSA bricht, existiert noch nicht. Die Migration dauert aber Jahre, und mitgeschnittene Daten warten geduldig. Anfangen heißt: Bestand kennen, Software aktuell halten, lange vertrauliche Daten zuerst absichern.

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