In der Geschichte der Informatik waren wir mit Fehlern wie Y2K konfrontiert. Wir waren mit Sicherheitslücken wie Heartbleed konfrontiert. Aber wir haben noch nie ein mathematisches Aussterbeereignis erlebt. Y2Q (Years to Quantum) markiert den Punkt, an dem ein Quantencomputer leistungsfähig genug wird, um Shors Algorithmus im großen Maßstab auszuführen.

Wenn dieser Tag kommt (geschätzt 2030–2035), wird das Fundament des modernen Internets – Public-Key-Kryptographie – augenblicklich zusammenbrechen.

RSA: Defekt.
Elliptische Kurve (ECC): Gebrochen.
Diffie-Hellman: Kaputt.

Jede TLS-Verbindung, jede SSH-Sitzung, jede digitale Signatur und jedes Bitcoin-Wallet werden kompromittiert.

Bei Maison Code Paris arbeiten wir nach dem „Centennial Time“. Wir bauen Systeme, die langlebig sind. Das bedeutet, dass wir heute Abwehrmaßnahmen gegen die Bedrohungen von morgen entwickeln müssen.

Warum Maison Code darüber spricht

Bei Maison Code Paris fungieren wir als das architektonische Gewissen unserer Kunden. Wir übernehmen oft „moderne“ Stacks, die ohne grundlegendes Verständnis für Skalierung gebaut wurden.

Wir diskutieren dieses Thema, weil es einen kritischen Wendepunkt in der technischen Reife darstellt. Die korrekte Implementierung unterscheidet ein fragiles MVP von einer widerstandsfähigen Plattform auf Unternehmensniveau.

Die Strategie: Jetzt ernten, später entschlüsseln

Warum sollte man sich heute darum kümmern? Sie haben keinen Quantencomputer. Nordkorea (wahrscheinlich) auch nicht. Allerdings verfolgen Geheimdienste und Kriminelle derzeit eine Strategie namens „Harvest Now, Decrypt Later (HNDL)“. Sie fangen massenhaft verschlüsselten Datenverkehr (HTTPS/VPN) ab und speichern ihn. Für sie sieht es heute wie Lärm aus. Im Idealfall bleibt es 10 Jahre lang auf einer Festplatte. Im Jahr 2035 kaufen sie einen Quantencomputer, führen die Schlüsselableitung durch und entschlüsseln den Datenverkehr rückwirkend.

Ihre Geschäftsgeheimnisse.
Die SSNs Ihrer Kunden.
Ihre private Kommunikation. Sie sind bereits kompromittiert. Die einzige Verteidigung für HNDL besteht darin, heute quantenresistente Verschlüsselung verwendet zu haben.

Die Mathematik: Warum RSA fällt und Gitter stehen

Klassische Sicherheitslücke

Die traditionelle asymmetrische Verschlüsselung basiert auf der Schwierigkeit des Factoring Large Primes (RSA) oder des Discrete Logarithm Problem (ECC). Für einen klassischen Computer dauert es Milliarden von Jahren, die Faktoren einer 2048-Bit-Zahl zu finden. Für einen Quantencomputer, der Shors Algorithmus verwendet, handelt es sich um ein polynomiales Zeitproblem. Es dauert Stunden. Shors Algorithmus nutzt die Eigenschaft der Quantenüberlagerung, um die „Periode“ einer Funktion zu ermitteln, die die Primfaktoren offenbart.

Post-Quantum-Hoffnung: Gitter

NIST (National Institute of Standards and Technology) hat neue Algorithmen standardisiert, die auf mathematischen Problemen basieren, bei denen nicht einmal Quantencomputer gut sind. Der Gewinner ist Gitterbasierte Kryptographie.

Stellen Sie sich ein 500-dimensionales Gitter (Gitter) vor. Ich wähle einen Punkt auf einem Gitterschnittpunkt aus. Ich füge ein kleines bisschen „Rauschen“ (Fehler) hinzu, um es etwas von der Kreuzung wegzubewegen. Das Problem: Finden Sie anhand des verrauschten Punkts und der Gitterdefinition den ursprünglichen Schnittpunkt. Dies ist das Problem des Lernens mit Fehlern (LWE). Dies in 500 Dimensionen zu lösen ist sowohl für klassische als auch für Quantenmaschinen exponentiell schwierig.

Die NIST-Standards (PQC)

Nach einem sechsjährigen Wettbewerb gab NIST im Jahr 2024 die Überlebenden bekannt.

1. Schlüsselkapselungsmechanismus (KEM): ML-KEM (Kyber)

Dies ersetzt den Diffie-Hellman-Schlüsselaustausch.

Verwendung: TLS-Handshakes (HTTPS), VPN-Schlüsselaustausch.
Leistung: Extrem schnell (schneller als aktuelle RSA/ECC-Operationen).
Kosten: Größere Schlüssel.
- Öffentlicher RSA-2048-Schlüssel: 256 Byte.
- Öffentlicher Kyber-768-Schlüssel: 1.184 Bytes.
- Dies passt in ein TCP-Paket und ist daher für das Web geeignet.

2. Digitale Signaturen: ML-DSA (Dilithium)

Dies ersetzt RSA-Signaturen und ECDSA.

Verwendung: Signieren von Software-Updates, Identitätsprüfung, TLS-Zertifikate.
Kosten: Viel größere Signaturen.
- Ed25519 Signatur: 64 Bytes.
- Dilithium3-Signatur: 3.293 Bytes.
- Das ist schwer. Es bläht den Händedruck auf.

3. Das Backup: SPHINCS+

Dies ist eine Hash-basierte Kryptographie. Es ist unglaublich langsam und erzeugt riesige Signaturen (40 KB – 7 KB). Warum es behalten? Weil es nicht auf Lattices basiert. Wenn ein Mathematiker morgen plötzlich die Gittermathematik durchbricht, haben wir SPHINCS+ als Ersatz.

Implementierung: Krypto-Agilität

Das Gefährlichste, was Sie tun können, ist, „Alg = „RSA““ in Ihrer Datenbank fest zu codieren. Sie müssen Krypto-Agilität übernehmen. Ihr System muss den Austausch des zugrunde liegenden kryptografischen Grundelements unterstützen, ohne die Anwendungslogik neu zu schreiben.

Hybrider Schlüsselaustausch

Wir befinden uns in einer Übergangszeit. Wir vertrauen ECC (es ist kampferprobt). Wir halten Kyber für sicher (aber es ist neu). Lösung: Verwenden Sie beide. Kombinieren Sie einen klassischen Schlüsselaustausch (X25519) mit einem Quantenschlüsselaustausch (Kyber768). Keyshare = X25519_Share || Kyber768_Share Um dies zu brechen, muss ein Angreifer beide Algorithmen knacken.

Konfigurieren von Cloudflare / AWS

Wenn Sie ein großes CDN verwenden, können Sie dies heute oft mit einer Checkbox aktivieren. Cloudflare: Unterstützt die Hybridschlüsselvereinbarung „X25519Kyber768“. Wenn Sie dieses Kontrollkästchen aktivieren, wird Ihr Datenverkehr sofort vor HNDL-Angriffen geschützt.

Symmetrische Verschlüsselung (AES)

Gute Nachrichten: AES-256 ist quantenresistent. Es gibt einen Quantenalgorithmus namens Grover-Algorithmus, der unsortierte Datenbanken durchsuchen kann. Es halbiert effektiv die Bitstärke symmetrischer Schlüssel.

AES-128 wird zur effektiven 64-Bit-Stärke (geknackt).
AES-256 wird zu einer effektiven Stärke von 128 Bit (sicher). Aktion: Überprüfen Sie Ihre Datenbankverschlüsselung. Wenn Sie AES-128 verwenden, aktualisieren Sie sofort auf AES-256.

Die Leistungskosten

PQC ist CPU-effizient, aber bandbreitenintensiv. Da die Kyber/Dilithium-Schlüssel größer sind, wächst der anfängliche TLS-Handshake um ca. 4–5 KB. Bei einer schnellen 5G-Verbindung ist dies vernachlässigbar (<5 ms). Bei einer langsamen IoT-Verbindung (LoRaWAN / 2G) ist dies katastrophal. Dies kann zu einer Paketfragmentierung führen.

Für eingeschränkte Umgebungen könnten wir uns Falcon (einen weiteren NIST-Finalisten) ansehen, der kleinere Signaturen hat, aber komplexe Gleitkomma-Mathematik erfordert (was eine sichere Implementierung ohne Seitenkanallecks erschwert).

Codebeispiel: Verwendung von „liboqs“ (Node.js)

Das Open Quantum Safe (OQS)-Projekt stellt C-Bibliotheken für diese Algorithmen bereit.

„Javascript // Das ist illustrativ. Verwenden Sie den Wrapper „liboqs-node“. const oqs = require(‘liboqs’);

Funktion QuantumKeyExchange() { const kem = new oqs.KeyEncapsulation(‘Kyber768’);

// 1. Alice generiert ein Schlüsselpaar kem.generate_keypair(); const public_key = kem.export_public_key();

// 2. Bob kapselt ein gemeinsames Geheimnis // (Bob sendet „Chiffretext“ über das Kabel an Alice) const { ciphertext, shared_secret_bob } = kem.encapsulate_secret(public_key);

// 3. Alice entkapselt mit ihrem privaten Schlüssel const shared_secret_alice = kem.decapsulate_secret(ciphertext);

// Jetzt haben Alice und Bob beide das gleiche shared_secret // Sie verwenden dies, um einen AES-256-Sitzungsschlüssel abzuleiten. behaupten(shared_secret_alice.equals(shared_secret_bob)); } „

10. Die Migrations-Roadmap (2025-2030)

Sie können nicht über Nacht migrieren.

Phase 1 (2025): Inventar. Finden Sie jedes Zertifikat, jeden SSH-Schlüssel, jeden JWT-Signaturschlüssel. Aktualisieren Sie Cloudflare/AWS, um Hybrid Key Exchange zu unterstützen.
Phase 2 (2027): Interne PKI. Aktualisieren Sie Ihre interne Zertifizierungsstelle (HashiCorp Vault), um Hybridzertifikate auszustellen.
Phase 3 (2029): Wiederversiegelung der Daten. Alte Datenbanksicherungen neu verschlüsseln (AES-128 -> AES-256).
Phase 4 (2030): Einstellung. Deaktivieren Sie die RSA-Unterstützung. Wer im Jahr 2029 anfängt, wird scheitern.

11. Mythenzerstörung: Quantenschlüsselverteilung (QKD)

Anbieter werden versuchen, Ihnen QKD-Hardware (physikbasierte Satelliten/Faseroptik) zu verkaufen. „Unzerbrechliche Schlüssel durch Physik!“ Ignoriere sie. Die NSA und NCSC (Großbritannien) empfehlen beide Post-Quantum-Kryptographie (Mathematik), nicht QKD (Physik). QKD erfordert dedizierte Hardwareleitungen, hat Entfernungsbeschränkungen (100 km) und führt zu Hardware-Schwachstellen. Mathe ist kostenlos. Physik ist teuer. Halten Sie sich an die NIST-Mathestandards.

13. Die Auswirkungen der Blockchain (Bitcoin und Ethereum)

Bitcoin-Adressen (P2PKH) sind Hashes öffentlicher Schlüssel. Sie sind technisch gesehen quantenresistent, bis Sie von ihnen Geld ausgeben (und dabei den öffentlichen Schlüssel preisgeben). Allerdings verwenden viele alte Münzen aus der „Satoshi-Ära“ P2PK (Pay to Public Key). Diese sind anfällig. Ethereum-Konten sind ECDSA. Verletzlich. Wenn Sie Krypto-Assets für Ihr Unternehmen halten, müssen Sie die „Quantum Hard Fork“-Roadmap dieser Ketten beachten. Wahrscheinlich müssen Sie Ihre Gelder etwa im Jahr 2028 auf den neuen Adressstandard „Quantum Wallet“ umstellen.

14. Die NIST-Zeitleistendetails

Beginnen Sie jetzt mit der Vorbereitung.

2024: Veröffentlichte Standards (FIPS 203, 204, 205).
2025–2030: Anbieter-Rollout (Browser-Unterstützung, Betriebssystem-Unterstützung).
2030–2033: RSA-Nutzung in der Regierung nicht zulassen.
2035: Das Y2Q-Fenster wird geöffnet. Wenn Sie heute ein System mit einer Lebensdauer von 10 Jahren bauen (z. B. IoT-Gerät, Auto, Satellit), sind Sie schon spät dran.

15. Fazit

Die „Quantenapokalypse“ klingt wie Science-Fiction, aber die National Security Agency (NSA) hat bereits eine Richtlinie (CNSA 2.0) erlassen, die alle nationalen Sicherheitssysteme verpflichtet, bis 2033 auf PQC zu migrieren.

Die Uhr tickt. Sie möchten nicht der Ingenieur sein, der erklärt, warum die E-Mails des CEO aus dem Jahr 2025 im Jahr 2030 entschlüsselt wurden, weil Sie in der Load-Balancer-Konfiguration keinen Schalter umgelegt haben.

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