Mit der neuesten Version unseres Betriebssystems [frXOS-2.9.0] priorisieren wir die beiden hybriden Post-Quanten-Kryptografie-Algorithmen (PQC) X25519MLKEM768 und SECP256R1MLKEM768 für den TLS-Schlüsselaustausch, sodass Ihre Daten während der Übertragung standardmäßig quantensicher geschützt sind. Durch den Einsatz der fragmentiX Secret Sharing-Technologie sind Ihre gespeicherten Daten unabhängig von der Transportverschlüsselung jederzeit vor Angriffen geschützt – auch vor solchen, die künftig mit Quantencomputern durchgeführt werden könnten.

Kürzlich wurden Algorithmen für Post-Quanten-Kryptografie (PQC) standardisiert – durch das US-amerikanische National Institute of Standards and Technology (NIST). Ihre Integration in HTTPS/TLS hat bereits begonnen, mit dem Ziel, Daten während der Übertragung quantensicher zu machen. Diese Entwicklung steht im Einklang mit den Empfehlungen der Europäischen Kommission, die in ihrer koordinierten Roadmap für den Übergang zur Post-Quanten-Kryptografie dargelegt sind.

In die gleiche Richtung geht das BSI mit einer gemeinsamen Erklärung, die von Partnern aus 21 europäischen Ländern unterzeichnet wurde, darunter das österreichische Bundeskanzleramt und die französische ANSSI.

Verwendung mit fragmentiX

Wir unterstützen schon seit einiger Zeit modernste Hybrid-PQC-Algorithmen, die klassische elliptische Kurven und Post-Quantum-Kryptographie kombinieren, um langfristige Sicherheit zu gewährleisten. Mit unserem frXOS-2.9.0-Update geben wir ihnen für alle Verbindungen (sowohl Front-End als auch Back-End) Vorrang. Das bedeutet, dass Sie mit einer fragmentiX-Appliance in der Lage sind, Ihre Daten während ihres gesamten Lebenszyklus dauerhaft quantensicher zu halten.

Front-End (gegenüber dem Benutzer oder Ihren lokalen Diensten)

Die S3- und WebDAV-Server, die auf der fragmentiX-Appliance laufen, unterstützen und bevorzugen die hybrid-elliptischen Kurven/PQC-Algorithmen X25519MLKEM768 und SECP256R1MLKEM768. Dies bedeutet, dass Sie einen Client benötigen, der ebenfalls einen dieser Algorithmen unterstützt (z. B. Anwendungen, die auf OpenSSL-3.5 oder höher basieren).

Wenn Sie sich über das WebDAV-Protokoll und einen aktuellen Webbrowser mit der fragmentiX Appliance verbinden, wird der Schlüsselaustausch automatisch mit X25519MLKEM768 abgewickelt und Ihre Verbindung ist daher quantensicher.

Andere WebDAV- und S3-Clients hinken bei der Übernahme der Hybrid-PQC-Algorithmen hinterher oder die Einführung von OpenSSL 3.5 ist zu langsam, um die neuen Protokolle zu unterstützen.

Back-End (Verbindungen zum Speicher LOCATIONs)

Die fragmentiX-Appliance muss Verbindungen zu den entfernten Cloud-Diensten öffnen, die Sie als Speicher für die Fragmente Ihrer Daten LOCATION konfiguriert haben. Für diese Verbindungen wird nun der Schlüsselaustauschalgorithmus X25519MLKEM768 bevorzugt, während SECP256R1MLKEM768 als alternative Option unterstützt wird. Ob diese Präferenz vom Remote-Server übernommen wird, hängt vom Provider und seiner Infrastruktur ab.

Leider haben wir keinen einzigen S3-Anbieter gefunden, der derzeit hybride PQC-Algorithmen vollständig unterstützt (Amazon AWS unterstützt diese nur für bestimmte sicherheitsrelevante Dienste, jedoch nicht für seinen S3-Speicher https://aws.amazon.com/blogs/security/ml-kem-post-quantum-tls-now-supported-in-aws-kms-acm-and-secrets-manager/).

Sie können Ihren Webbrowser verwenden, um zu überprüfen, welcher Algorithmus für den TLS-Schlüsselaustausch verwendet wird, wie später im technischen Hintergrund beschrieben.

Dies jedoch, beeinflusst nicht die Sicherheit Ihrer Daten im Ruhezustand, die von fragmentiX Secret Sharing gewährleistet wird.

Technischer Hintergrund

Da es im Internet viele Ressourcen gibt, fassen wir hier die wichtigsten technischen Aspekte zusammen und verweisen den interessierten Leser für weitere Details auf die untenstehenden Links.

Warum ist PQC wichtig (JETZT)?

Der derzeitige Stand der Technik zur Sicherung unserer digitalen Infrastruktur und Kommunikation basiert auf der klassischen asymmetrischen Kryptographie. Diese beruht auf der (angenommenen) Schwierigkeit einer Reihe von mathematischen Problemen, darunter die Zerlegung einer natürlichen Zahl in ihre Primfaktoren, das Problem des diskreten Logarithmus oder das Problem des diskreten Logarithmus mit elliptischen Kurven. Diese Probleme ergeben sich aus mathematischen Einweg-Funktionen die leicht auszuwerten sind, aber bis heute ist kein effizienter Algorithmus bekannt, um sie auf einem klassischen Computer zu invertieren, wenn eine bestimmte "Größe" des Problems gegeben ist.

Daher gilt es als unmöglich, Public-Key-Kryptografie mit klassischen Computern zu brechen. Seit den 1990er-Jahren verfügen wir jedoch über Quantenalgorithmen, welche die Komplexität der genannten Probleme exponentiell reduzieren. Sobald ausreichend leistungsfähige Quantencomputer zum Einsatz kommen, ändert sich die Situation daher drastisch. Experten für Quantencomputing erwarten, dass entsprechend leistungsfähige Quantencomputer bereits innerhalb des nächsten Jahrzehnts verfügbar sein könnten!

Es ist wichtig, jetzt vorauszuplanen, denn

• erstens dauert es sehr lange, PQC in allen Diensten des täglichen Gebrauchs zu implementieren,
• zweitens stellen Harvest Now, Decrypt Later (HNDL)-Angriffe, bei denen klassisch verschlüsselte Daten und Protokollsitzungen JETZT gespeichert werden, um sie zu entschlüsseln und auf die darin enthaltenen vertraulichen Informationen zuzugreifen, sobald Quantencomputer verfügbar sind, bereits heute eine relevante Bedrohung für sensible Informationen dar, die über viele Jahre hinweg geschützt werden müssen.

Was ist PQC?

Um diese scheinbar unausweichliche Bedrohung zu bekämpfen, müssen kryptografische Verfahren eingesetzt werden, die selbst auf Quantencomputern schwer zu knacken sind. Nur dann können unsere Daten und Geheimnisse auf lange Sicht unversehrt bleiben. Die Post-Quanten-Kryptographie befasst sich mit kryptographischen Algorithmen, die auf klassischer Hardware laufen und von denen angenommen wird, dass sie die oben genannte Anforderung erfüllen.

Beachten Sie, dass kryptografische Verfahren, die nicht-klassische (Quanten-)Effekte und Hardware nutzen und die mit Quantencomputern schwer oder sogar unknackbar sein sollten, zur Quantenkryptografie gehören. Dieser völlig andere Ansatz wird in einem späteren Artikel behandelt.

PQC-Algorithmen

Die Kandidaten für PQC-Algorithmen stützen sich auf Probleme, die auf

• die Schwierigkeit, allgemeine fehlerkorrigierende Codes effizient zu entschlüsseln ("codebasierte Kryptographie")
• die Schwierigkeit bestimmter Probleme in mathematischen Gittern ("gitterbasierte Kryptographie")
• Sicherheitseigenschaften von kryptografischen Hash-Funktionen ("hashbasierte Kryptografie").

Weitere Informationen finden Sie in diesem Wikipedia-Artikel.

Was sind die (hybriden) Algorithmen?

Da PQC-Algorithmen noch relativ neu sind, besteht ein sinnvoller Ansatz darin, sie mit einem bewährten klassischen Algorithmus zu einem sogenannten hybriden PQC-Algorithmus zu kombinieren. Dies erhöht das Vertrauen in den kombinierten Algorithmus und bietet eine zusätzliche Sicherheitsebene für den Fall, dass sich einer der PQC-Algorithmen oder dessen Implementierung als verwundbar erweist.

Konkret wird in den meisten bisherigen Implementierungen eine Kombination aus Elliptische-Kurven-Algorithmen und dem von NIST standardisierten ML-KEM, einem gitterbasierten PQC-Algorithmus, eingesetzt.

Wie Sie überprüfen können, ob Ihre Verbindung "quantensicher" ist

Mit einem aktuellen Webbrowser können Sie leicht überprüfen, ob ein Server den Hybrid-PQC-Algorithmus unterstützt (Beispiel für Firefox und Chrome):

Beispiel Chrom

• Öffnen Sie den Browser
• Drücken Sie F12, um die Debug-Konsole zu öffnen
• Wählen Sie in Chrome Datenschutz und Sicherheit und anschließend Übersicht aus.
• Öffnen Sie die betreffende Website/den betreffenden Server
• Suchen Sie nach Connection und X25519MLKEM768.

Beispiel Firefox

• Öffnen Sie den Browser
• Drücken Sie F12, um die Debug-Konsole zu öffnen
• Wählen Sie Netzwerk aus.
• Öffnen Sie die betreffende Website/den betreffenden Server
• Wählen Sie einen der Einträge
• Vielleicht müssen Sie die Website neu laden, wenn keine Einträge in der Liste vorhanden sind
• Wählen Sie im rechten Bereich Sicherheit
• Suchen Sie nach Key Exchange Group: "mlkem768x25519".

Wenn Sie den TLS-Handshake für andere Anwendungen überprüfen möchten, können Sie Tools wie Wireshark zur Überwachung des Netzwerkverkehrs verwenden.

Sie können dies auch für Ihre Verbindung zur fragmentiX Appliance überprüfen. Auch wenn ein Webbrowser keine S3-Anfrage sendet, findet der TLS-Handshake mit unserem S3-Server dennoch statt und zeigt den hybriden PQC-Algorithmus an!

Nächste Schritte zur Quantensicherheit

• Sehen Sie sich unseren regelmäßig aktualisierten S3-Anbietervergleich an, um zu erfahren, welcher Anbieter die neuen Algorithmen als Erster unterstützen wird.
• Sprechen Sie uns an, wenn Ihr bevorzugter S3-Anbieter bereits PQC-Algorithmen unterstützt!
• Wikipedia-Artikel über Post-Quanten-Kryptografie

Ressourcen/weitere Lektüre

• Wikipedia-Artikel über Post-Quantum-Kryptographie
• BSI-Empfehlungen zu PQC
• NIST-Artikel: Was ist Post-Quanten-Kryptografie?