In einer zunehmend vernetzten Welt wird die Cybersicherheit immer wichtiger, um nicht nur den Einzelnen zu schützen, sondern beispielsweise auch die nationale Infrastruktur und die Bankensysteme. Und es findet ein ständiger Wettlauf zwischen Hackern und denjenigen statt, die versuchen, Informationen zu schützen. Die gängigste Methode zum Schutz von Informationen ist die Verschlüsselung. Wenn wir also E-Mails verschicken, Rechnungen bezahlen und online einkaufen, werden die Daten digital verschlüsselt.
Zur Verschlüsselung von Daten wird ein Zufallszahlengenerator verwendet, bei dem es sich entweder um ein Computerprogramm oder um die Hardware selbst handeln kann. Der Zufallszahlengenerator liefert Schlüssel, die zum Verschlüsseln und Entschlüsseln der Daten beim Empfänger verwendet werden.
Verschiedene Arten von Zufallszahlengeneratoren bieten unterschiedliche Zufälligkeitsgrade und damit Sicherheit. Hardware ist die weitaus sicherere Option, da die Zufälligkeit durch physikalische Prozesse gesteuert wird. Und die Hardware-Methode, die die beste Zufälligkeit bietet, basiert auf Quantenphänomenen - was die Forscher den Quantenzufallszahlengenerator (QRNG) nennen.
Leuchtdioden aus Perowskit
„In der Kryptographie ist es nicht nur wichtig, dass die Zahlen zufällig sind, sondern auch, dass man der Einzige ist, der sie kennt. Mit QRNGs können wir bescheinigen, dass ein großer Teil der erzeugten Bits privat und damit völlig sicher ist. Und wenn die Gesetze der Quantenphysik zutreffen, sollte es unmöglich sein, sie abzuhören, ohne dass der Empfänger davon erfährt“, sagt Guilherme B. Xavier, Forscher an der Fakultät für Elektrotechnik der Universität Linköping.
Seine Forschungsgruppe hat zusammen mit Forschern des Fachbereichs Physik, Chemie und Biologie (IFM) eine neue Art von QRNG entwickelt, die zur Verschlüsselung, aber auch für Wetten und Computersimulationen verwendet werden kann. Das Neue am QRNG der Linköpinger Forscher ist die Verwendung von Leuchtdioden aus dem kristallähnlichen Material Perowskit.
Ihr Zufallszahlengenerator gehört zu den besten, die hergestellt werden, und kann sich mit ähnlichen Produkten messen. Durch die Eigenschaften von Perowskiten hat er das Potenzial, billiger und umweltfreundlicher zu sein. Feng Gao ist Professor am IFM und forscht seit über einem Jahrzehnt an Perowskiten. Er ist der Ansicht, dass die jüngste Entwicklung von Perowskit-Leuchtdioden (PeLEDs) die Möglichkeit bietet, zum Beispiel optische Instrumente zu revolutionieren.
Niedrige Kosten bei umweltfreundlicher Produktion
„Es ist möglich, beispielsweise einen herkömmlichen Laser für QRNG zu verwenden, aber er ist teuer. Wenn die Technologie schließlich in der Unterhaltungselektronik Einzug halten soll, ist es wichtig, dass die Kosten niedrig gehalten werden und die Produktion so umweltfreundlich wie möglich ist. Außerdem verbrauchen PeLEDs nicht so viel Energie“, sagt Feng Gao.Der nächste Schritt besteht darin, das Material weiterzuentwickeln, um das Perowskit bleifrei zu machen und seine Lebensdauer, die derzeit 22 Tage beträgt, zu verlängern. Laut Guilherme B. Xavier könnte ihr neues QRNG innerhalb von fünf Jahren für den Einsatz in der Cybersicherheit verfügbar sein.
„Es ist ein Vorteil, wenn elektronische Komponenten, die für sensible Daten verwendet werden sollen, in Schweden hergestellt werden. Wenn man einen kompletten Zufallsgenerator-Bausatz aus einem anderen Land kauft, kann man nicht sicher sein, dass er nicht überwacht wird.“ Die Studie wurde vom schwedischen Forschungsrat, von der Knut und Alice Wallenberg Stiftung über das Wallenberg Centre for Quantum Technology und vom Europäischen Forschungsrat finanziert.
