Dank Quantenphysik das sicherste Mobiltelefon der Welt bauen

Das neueste Produkt des Genfer Unternehmens: Ein Chip, mit dem die neuen Samsung-Handys ausgestattet sind und als erste die Quantenkryptographie nutzen. swissinfo.ch

Je wichtiger das Mobiltelefon in unserem Leben wird, desto grösser ist die Gefahr von Cyber-Angriffen. ID Quantique, ein Unternehmen mit Sitz in Genf, hat das Problem mithilfe der Quantenmechanik gelöst. Das unknackbare Verschlüsselungssystem wurde von Samsung übernommen.

Täglich gibt es in der Presse Berichte von gehackten Mobiltelefonen. Kürzlich haben Experten mehr als 400 Schwachstellen in den «Snapdragon»-Chips des amerikanischen Herstellers Qualcomm gefunden. Eine beängstigende Nachricht, denn derzeit sind mehr als eine Milliarde Android-Mobiltelefone mit diesen kleinen Teilen ausgestattet.

Samsung behauptet nun, eine Lösung gefunden zu haben. Im Mai 2020 brachte der südkoreanische Gigant ein neues Smartphone mit 5G-Technologie auf den Markt, das absolute Geheimhaltung in der Kommunikation garantiert.

Die Neuheit liegt in einer der Komponenten: Einem Chip. Dieser wurde von ID Quantique, einem kleinen Unternehmen mit Sitz in Genf, entwickelt.

Der Chip verwendet per Quantenverschlüsselung erzeugte Zufallszahlen, die als manipulationssichere Schlüssel für die Kommunikation zwischen Geräten dienen. «Wir stützen die Kryptographie auf die Gesetze der Physik. Und wenn sich die Physik nicht ändert, werden unsere Produkte niemals angreifbar sein», sagt Grégoire Ribordy, Direktor und Gründer des Unternehmens.

Grégoire Ribordy, Direktor von ID Quantique: «Mit diesem Chip haben wir die erste Massenanwendung der Quantentechnologie.» swissinfo.ch

Die Wette von vier Studenten

ID Quantique wurde 2001 mit einem Startkapital von 100’000 Franken gegründet. Die Initianten waren vier junge Doktoranden des Departements für Angewandte Physik der Universität Genf. Sie hatten die Idee, ein Spin-off zu gründen, also ein Unternehmen, das aus einem Universitätsprojekt hervorgeht. Heute hat das Unternehmen seinen Sitz in der Gemeinde Carouge, einem Stadtteil von Genf und beschäftigt 100 Mitarbeitende.

Kurz nach der Gründung investierte eine Risikokapitalgesellschaft eine Million Franken in das Start-up. Drei Jahre später machte sie bereits Gewinne. Im Jahr 2018 erwarb der südkoreanische Mobilfunkbetreiber SK Telecom für 65 Millionen US-Dollar das Kapital von ID Quantique und verkauft heute dessen Produkte auf dem Weltmarkt.

Zunächst wollten Ribordy und seine Kollegen nur eine Frage beantworten: Wie versendet man mit unknackbaren Schlüsseln chiffrierte Daten? Sie fanden die Antwort in der Quantenkryptographie, die sich die Prinzipien der Quantenmechanik zunutze macht, deren Grundlagen in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts von Wissenschaftlern wie Max Planck und Albert Einstein gelegt wurden. Damit sollte eine sichere Kommunikation zwischen Geräten gewährleistet sein.

Wie funktioniert das? Die Kryptierungsschlüssel werden mit Hilfe von Photonen, den Elementarteilchen, aus denen Licht besteht, durch optische Fasern geschickt. Sie enthalten eine zufällige Reihenfolge von null und eins, die als Quantenschlüssel bezeichnet wird.

Für Hacker ist es unmöglich, diese Schlüssel abzufangen, ohne entdeckt zu werden. «Die Kommunikation zwischen den Geräten ist wie ein Tennisspiel», sagt Ribordy. «Hacker kommen in der Mitte des Spiels hinzu, fangen den Ball ab und lesen die darin enthaltenen Informationen. Stellen Sie sich nun vor, Sie ersetzen den Ball durch eine Seifenblase: Wenn jemand versucht, diese abzufangen, platzt sie und wir sehen, dass es ein Eindringen gegeben hat.»

Vom Kasten zum Chip

Das erste Produkt wurde 2003 auf den Markt gebracht. Es bestand aus einem Kasten von der Grösse eines Laptops, in dem Photonen aufbereitet und durch optische Fasern geschickt wurden. Die erreichte Entfernung betrug bis zu 100 Kilometer. «Die erste Generation unseres Produkts war ein Kasten, der als Quantenzufallszahlengenerator fungierte», sagt Ribordy. Obwohl er einige Kunden im Bankensektor überzeugen konnte, war es kein grosser Erfolg. «Er war sehr gross und sehr teuer, weshalb wir nicht viele verkauft haben.»

Die zweite Generation wurde ein Jahr später entwickelt. Sie war bereits deutlich kleiner. Die «Quantis QRNG» sind Chipsätze, die in Geräte eingebaut oder als USB-Sticks verwendet werden können.

Das Unternehmen begann danach mit dem Verkauf von Lösungen für andere Sektoren wie Gesundheitswesen, E-Commerce und sogar Lotterien (einschliesslich der Loterie romande). «Mit Hilfe der Quantenphysik ist es möglich, Zahlen zu erzeugen, die sich nicht im Voraus vorhersagen lassen. Aktuelle Computerprogramme können diese Zufälligkeit nur simulieren. Wenn Sie das System richtig testen und genügend Daten haben, können Sie die Zahlen vorhersagen», so Ribordy.

Drei Generationen von Quanten-ID-Produkten. swissinfo.ch

Nach 18 Monaten Forschung gelang es einer Gruppe von fünf Ingenieuren, den Quantenzufallszahlengenerator auf einen Mikrochip von nur 2,5 Millimetern zu verkleinern. Die Zahlen werden durch Lichtimpulse erzeugt, die von einer Diode ausgesendet werden. Und wegen des Quanteneffekts ist es unmöglich vorherzusagen, wie viele Lichtteilchen sich in einem Puls befinden, wodurch perfekte Zufallszahlen erzeugt werden können.

«Das sicherste Telefon der Welt»

Die Technologie profitierte dann von der Zusammenarbeit zwischen der Muttergesellschaft SK Telecom und dem Hersteller Samsung, der seit Mai das mit dem 5G-Netz kompatible Mobiltelefon Galaxy A Quantum vertreibt. Von der Presse als «das sicherste Mobiltelefon der Welt» beschrieben, nutzt es das System der Zufallsziffererzeugung für verschiedene Anwendungen wie digitale Brieftaschen oder Bankdienstleistungen.

Laut dem Chef des in Genf ansässigen Unternehmens ist die potenzielle Verwendung des Produkts bedeutend. Mit der Ankunft der fünften Generation des mobilen Internets (5G) dürften bis 2026 mehr als 46 Milliarden Geräte an das Netz angeschlossen sein – bei weitem nicht nur Telefone.

«Für mich wird die nächste Krise mit den Schwachstellen unserer verbundenen Systeme zusammenhängen. Alles, was vorher offline war, beginnt sich zu verbinden: Spitäler, Maschinen, Autos, Drohnen oder sogar Stromnetze», sagt Ribordy. Sicherheit wird also zu einem entscheidenden Thema.

Sibilla Bondolfi