Einfach erklärt
Heute gestohlene und verschlüsselte Daten könnten in Zukunft lesbar werden, wenn leistungsstarke Quantencomputer verfügbar sind. Behörden und Militär müssen deshalb herausfinden, wo sie Verschlüsselung einsetzen, und ihre Schutzsysteme nach und nach erneuern. Das braucht Zeit und darf wichtige Aufgaben nicht lahmlegen. Für besonders wichtige Systeme gilt eine Frist bis Ende 2030.
Die Gefahr beginnt, bevor Daten entschlüsselt werden können
Viele digitale Nachrichten und Dateien werden durch mathematische Verfahren geschützt. Ohne den passenden Schlüssel lassen sie sich nur äußerst schwer lesen. Fortschritte bei Quantencomputern werfen jedoch die Frage auf, ob leistungsstarke Geräte einige der heute verbreiteten Verfahren künftig knacken könnten. Das bedeutet weder, dass sämtliche verschlüsselten Daten schon jetzt offengelegt sind, noch dass die Fähigkeiten möglicher Gegner genau bekannt wären. Wann und in welchem Umfang sich die Bedrohung verändert, ist ungewiss – gerade deshalb ist es wichtig, frühzeitig vorzusorgen.
Bei einer Diskussion auf der Konferenz TechNet Info-Pacific in Honolulu beschrieb Matt McFadden, Vizepräsident für Cybersicherheit bei GDIT, ein Szenario, das oft als „heute sammeln, später entschlüsseln“ bezeichnet wird. Ein Angreifer muss gestohlene Daten demnach nicht sofort lesen können. Er kann verschlüsselte Kopien speichern und warten, bis ihm bessere Werkzeuge zur Verfügung stehen. Vertrauliche Informationen können noch Jahre später wertvoll sein. Dass ihre Entschlüsselung erst später gelingt, macht den Verlust für die betroffene Organisation daher nicht weniger problematisch.
Wie groß das Risiko ist, hängt auch davon ab, wie lange Daten sensibel bleiben und welchen Wert sie behalten. Informationen, die rasch veralten, sind möglicherweise weniger gefährdet als Aufzeichnungen, die lange geheim bleiben müssen. Eine Organisation sollte deshalb nicht nur prüfen, ob ihre Systeme heute geschützt sind. Sie muss sich auch fragen, wie lange ihre Daten sicher bleiben müssen – und ob ein Gegner verschlüsselte Kopien aufbewahren könnte, bis sie sich entschlüsseln lassen.
McFadden zufolge ist nicht vollständig bekannt, wie weit mögliche Gegner der Vereinigten Staaten in diesem Bereich bereits gekommen sind. Diese Unsicherheit ist kein Beleg dafür, dass jeder Gegner schon über einen Quantencomputer verfügt, der Verschlüsselung brechen kann. Sie stellt Organisationen aber vor die Aufgabe, sich auf ein mögliches Szenario mit weitreichenden Folgen einzustellen. Wer auf völlige Gewissheit wartet, könnte am Ende zu wenig Zeit haben, um komplexe Systeme umzustellen, auf die Kommunikation, Dienstleistungen und militärische Einsätze angewiesen sind.
Was Verschlüsselung für die Zeit nach dem Quantencomputer bedeutet
Post-Quanten-Kryptografie bezeichnet eine Gruppe mathematischer Verfahren, die Netzwerke und Systeme auch dann vor Angriffen schützen sollen, wenn dabei Quantencomputer zum Einsatz kommen. Es geht nicht darum, dass alle Organisationen künftig selbst Quantencomputer nutzen. Vielmehr müssen sie ihre Schutzverfahren so erneuern, dass diese nicht durch neue Möglichkeiten der Datenverarbeitung angreifbar werden.
Ein solches Verfahren lässt sich nicht einfach eines Tages durch eine neue Software ersetzen. Verschlüsselung steckt an vielen Stellen in der digitalen Infrastruktur. Sie kann zum Beispiel dazu dienen, Schlüssel zu erzeugen, mit denen zwei Seiten sicher Daten austauschen, oder digitale Signaturen zu erstellen. Solche Signaturen helfen zu überprüfen, von wem eine Datei oder Nachricht stammt und ob sie unverändert geblieben ist. Je nach Funktion können unterschiedliche Bauteile andere Verfahren benötigen. Um die Umstellung sinnvoll zu planen, muss eine Organisation zunächst wissen, wo welche Verfahren eingesetzt werden.
Die US-Regierung hat mit einer am 22. Juni erlassenen Verordnung verbindliche Fristen für die Umstellung festgelegt. Danach sollen besonders wertvolle Anlagen und Systeme, deren Ausfall große Folgen hätte, spätestens am 31. Dezember 2030 Post-Quanten-Kryptografie für den Schlüsselaustausch verwenden. Für den Einsatz bei digitalen Signaturen gilt das Jahr 2031 als Frist. Die unterschiedlichen Termine zeigen, dass die Umstellung nicht als ein einziger Schritt behandelt wird, bei dem sämtliche Verschlüsselungsfunktionen gleichzeitig erneuert werden.
Diese Fristen sind mehr als bloße Daten in einem technischen Kalender. Die betroffenen Stellen müssen lange vor ihrem Ablauf mit der Arbeit beginnen. Die Bestandsaufnahme, die Planung und die Abstimmung mit Lieferanten können mehrere Schritte umfassen; zudem lassen sich manche Systeme nur schwer oder erst nach eingehenden Tests verändern. Wird eine wichtige Abhängigkeit von einem bestimmten Verschlüsselungsverfahren erst spät entdeckt, bleibt weniger Zeit, um sie vor der vorgeschriebenen Frist zu beheben.
Zuerst muss die Bestandsaufnahme kommen
Eine der größten Hürden beginnt mit einer scheinbar einfachen Frage: Was muss überhaupt geschützt und erneuert werden? Organisationen haben möglicherweise keinen vollständigen Überblick über alle Anwendungen, Geräte und Netzwerke, die Verschlüsselung nutzen – oder über die damit verbundenen Zertifikate. McFadden warnte davor, wie schwierig eine Umstellung wird, wenn eine Organisation nicht weiß, welche Komponenten sie besitzt. Eine umfassende Bestandsaufnahme sei deshalb ein grundlegender Schritt und keine Verwaltungsaufgabe, die bis zum Ende des Projekts warten könne.
Bei dieser Bestandsaufnahme sollten alle relevanten Bestandteile der technischen Umgebung erfasst werden. Sie sollte zeigen, wo Verschlüsselungsverfahren verwendet werden und welche Zertifikate Anwendungen, Geräte und Netzwerke benötigen. Eine solche Liste führt nicht nur die vorhandenen Komponenten auf, sondern macht auch ihre Verbindungen untereinander sichtbar. Die Aktualisierung einer einzelnen Anwendung kann beispielsweise von einem Gerät, einem Netzwerk oder einem Dienst eines externen Anbieters abhängen. Eine Komponente isoliert zu betrachten, reicht dann nicht aus.
Ein Überblick über die vorhandenen Systeme hilft auch dabei, die Arbeit zu ordnen. Eine Organisation muss möglicherweise unterscheiden, welche Systeme besonders wichtig sind und welche weniger weitreichende Folgen haben, wenn sie ausfallen. Ebenso kommt es darauf an, ob Daten lange vertraulich bleiben müssen oder rasch an Wert verlieren. Mit diesem Wissen lassen sich die verfügbaren Ressourcen auf jene Systeme und Daten konzentrieren, bei denen ein Ausfall oder Verlust besonders schwerwiegende Folgen hätte. Eine Prioritätenliste ersetzt jedoch nicht den Gesamtüberblick: Eine entscheidende Abhängigkeit kann sich hinter einer kleinen Komponente verbergen und bleibt womöglich unentdeckt, wenn die Verbindungen zwischen den Systemen nicht geprüft werden.
Ein weiteres Problem zeigt sich oft schnell: Viele Organisationen sind auf externe Anbieter angewiesen. Eine Anwendung oder ein Gerät kann Bestandteile enthalten, über die die Organisation nicht selbst verfügt. Für Änderungen braucht sie dann möglicherweise Informationen oder Aktualisierungen von dem Unternehmen, das das Produkt bereitstellt. McFadden rief deshalb dazu auf, dass Systemverantwortliche mit externen Lieferanten und den beteiligten Unternehmen entlang der Lieferketten zusammenarbeiten. Außerdem solle ein zuständiges Steuerungsteam den Fortschritt vorantreiben, die Einhaltung der Vorgaben begleiten und die Organisation auf Veränderungen vorbereiten.
Verschlüsselung erneuern, ohne den Betrieb zu gefährden
Es genügt nicht, ein neues Verfahren auszuwählen, wenn es später nur mit großem Aufwand wieder ersetzt werden kann. Deshalb spielt die sogenannte kryptografische Flexibilität eine wichtige Rolle: Die technische Infrastruktur soll so aufgebaut sein, dass sich ein Verschlüsselungsverfahren bei Bedarf gegen ein anderes austauschen lässt, während die Systeme ihre Aufgaben weiterhin erfüllen. Oberst Taseka Davis, Leiterin der Cybersecurity Operations and Warfighter Communications bei der Pacific Air Forces der US-Luftwaffe, beschrieb die Entwicklung als eine zusätzliche Bedrohung, die beim Aufbau widerstandsfähiger Systeme berücksichtigt werden müsse.
Flexibilität bedeutet nicht, Schutzverfahren ohne Plan ständig zu verändern. Es geht vielmehr darum, sich nicht dauerhaft von einer einzigen Lösung abhängig zu machen, die sich später nur schwer ersetzen lässt. Muss ein Verfahren oder ein Bauteil erneuert werden, sollte ein geordneter Wechsel möglich sein, ohne dass die Verbindung abbricht oder ein System seine Aufgaben schlechter erfüllt. Besonders wichtig ist das in Bereichen, in denen ein längerer Stillstand oder ein plötzlicher Leistungseinbruch nicht hinnehmbar ist.
Die Grundlage dafür ist ein vollständiges Verständnis der technischen Umgebung. Es reicht nicht, nur ein einzelnes Gerät oder eine einzelne Anwendung zu betrachten. Bestandteile eines Systems können über verschiedene Netzwerke, Dienste und Organisationen verteilt sein. Änderungen an einer Stelle können sich daher auf andere Teile auswirken. Davis betonte, dass die Umgebung als Ganzes und mit Blick auf die Bedrohungen bewertet werden müsse. Anschließend gelte es, die nötigen Maßnahmen in einer zusammenhängenden Infrastruktur zu planen. So lässt sich vermeiden, dass die Aktualisierung einer Komponente Probleme für ein anderes, von ihr abhängiges System verursacht.
Komplizierter wird die Aufgabe, wenn die zu aktualisierenden Plattformen nicht an einem festen Ort bleiben. Schutzverfahren auf einer mobilen oder räumlich verteilten Plattform zu erneuern, ist etwas anderes, als eine feste, zentral organisierte Umgebung umzustellen. Während des Wechsels müssen die Verbindung und die Fähigkeit des Systems erhalten bleiben, seinen Auftrag zu erfüllen. Das Problem hat keine schnelle Lösung, macht aber deutlich, warum Vorsorge nicht auf den Kauf einer Software oder die Bekanntgabe einer Frist reduziert werden kann.
Eine Aufgabe für die ganze Organisation
Weil Verschlüsselung in Anwendungen, Geräten und Netzwerken verschiedener Bereiche vorkommt, kann die Umstellung nicht allein dem Team für Cybersicherheit überlassen werden. Die Verantwortlichen für die Systeme müssen wissen, wovon ihre Arbeit abhängt. Lieferanten müssen die nötigen Informationen und Aktualisierungen bereitstellen, und auch die Unternehmen entlang der Lieferketten müssen berücksichtigt werden. Ohne diese Zusammenarbeit kann eine Organisation an einer Komponente scheitern, deren technische Einzelheiten ihr nicht bekannt sind oder die sie nicht selbstständig ändern kann.
Ein Steuerungsteam kann Zuständigkeiten festlegen, die Bestandsaufnahme begleiten, Prioritäten mit den Fristen abgleichen und dafür sorgen, dass die Aktualisierungen zum laufenden Betrieb passen. Eine klar benannte Koordinierungsstelle hilft außerdem dabei, gegenseitige Abhängigkeiten in der digitalen Infrastruktur zu erkennen. So arbeitet nicht jedes Team mit einer eigenen Liste, die von den Plänen der anderen getrennt bleibt. Besonders wichtig ist das, wenn ein externer Anbieter eine Komponente bereitstellt, die sich nicht kurzfristig ersetzen lässt.
Bei der Planung müssen Organisationen dennoch zwei Ziele miteinander vereinbaren: den Schutz zu verbessern und den Betrieb der Systeme aufrechtzuerhalten. Eine Änderung, die zwar die Sicherheit erhöht, aber eine zentrale Aufgabe lahmlegt, erfüllt ihren Zweck nur teilweise. Umgekehrt können Daten künftigen Risiken ausgesetzt bleiben, wenn notwendige Änderungen aus Sorge vor einer Betriebsunterbrechung ganz vermieden werden. Gefragt ist ein schrittweises Vorgehen, das auf einer Kenntnis der vorhandenen Systeme und Bedrohungen beruht und Änderungen so einführt und prüft, dass wichtige Funktionen erhalten bleiben.
Die Fristen – der 31. Dezember 2030 für den Schlüsselaustausch und das Jahr 2031 für digitale Signaturen – geben den betroffenen Stellen einen klaren zeitlichen Rahmen. Die technischen und organisatorischen Schwierigkeiten lösen sich dadurch aber nicht von selbst. Ernsthafte Vorbereitung beginnt damit, dass eine Organisation versteht, welche Verfahren sie heute nutzt. Danach muss sie klären, was sich ändern muss, und alle Beteiligten einbeziehen, die einen Teil der Lösung bereitstellen. Je vollständiger dieses Bild ist, desto weniger wird die Umstellung von unerwarteten Problemen bestimmt – und desto besser lassen sich Daten und wichtige Aufgaben schützen.
Fazit
Die Vorbereitung auf das Zeitalter der Quantencomputer beginnt nicht erst, wenn heutige Verschlüsselungsverfahren tatsächlich geknackt werden können. Sie muss schon vorher anlaufen. Denn verschlüsselte Daten, die heute gesammelt und womöglich erst später entschlüsselt werden, können auch dann noch gefährdet sein, wenn ihr Wert über Jahre erhalten bleibt. Wie weit mögliche Gegner bereits sind und wann sich ihre Fähigkeiten verändern, ist allerdings nicht vollständig bekannt. Die US-Regierung hat deshalb konkrete Fristen gesetzt: Besonders wertvolle Anlagen sowie Systeme, deren Ausfall große Folgen hätte, sollen bis zum 31. Dezember 2030 Post-Quanten-Kryptografie für den Schlüsselaustausch nutzen, digitale Signaturen bis 2031. Um diese Ziele zu erreichen, braucht es eine gründliche Bestandsaufnahme von Anwendungen, Geräten, Netzwerken und Zertifikaten, die Zusammenarbeit mit Lieferanten und Unternehmen entlang der Lieferketten sowie eine flexible Infrastruktur, die neue Schutzverfahren ermöglicht, ohne wichtige Aufgaben zu unterbrechen. Der erste Schritt ist, herauszufinden, welche Systeme eine Organisation besitzt und wovon ihr Betrieb abhängt. Nur was bekannt ist, lässt sich planvoll erneuern.