Da die Leistungsfähigkeit von Quantencomputern kontinuierlich steigt, werden heutige kryptografische Verfahren zunehmend anfälliger für Angriffe. In Telekommunikationsnetzen droht etablierten Verschlüsselungsmethoden die Kompromittierung durch Quantenalgorithmen wie dem Shor-Algorithmus. Diese Bedrohung zeigt sich besonders in sogenannten »Store Now, Decrypt Later«-(SNDL)-Szenarien, bei denen Daten bereits heute bei ihrer Übertragung abgefangen und gespeichert werden, um sie zu entschlüsseln, sobald kryptografisch relevante Quantencomputer verfügbar sind.

Vor diesem Hintergrund untersuchten die Wissenschaftler im Paper, wie sich die Sicherheit künftiger 5G- und 6G-Kernnetze durch die Integration von Quantum Key Distribution (QKD) erhöhen lässt.

QKD ermöglicht die sichere Verteilung kryptografischer Schlüssel auf Basis quantenphysikalischer Prinzipien. Dadurch können Abhörversuche sofort erkannt und sogenannte Man-in-the-Middle-Angriffe wirksam verhindert werden. Dieses Vorgehen bietet einen verlässlichen Schutz gegen SNDL-Szenarien.

In ihrer Arbeit etablierten die Forschenden fünf verschiedene Konvergenzklassen für QKD und Mobilfunknetze (reichend von Over-The-Top-Applikationssicherheit über die Verankerung der Netzidentität bis hin zu Vertrauensmodellen für die Steuerungsebene) und bildeten diese direkt auf standardisierte 3GPP-Schnittstellen ab. Der Best Paper Award würdigt sowohl die wissenschaftliche Qualität als auch die Relevanz der Forschung für die Entwicklung hochsicherer Kommunikationsinfrastrukturen der nächsten Generation.

Die Forschungsarbeit basiert auf umfassender Expertise in den Bereichen Quantencomputing, Quantenschlüsselverteilung (QKD) sowie Netzen der nächsten Generation. Für die praktische Umsetzung und das Benchmarking nutzten sie experimentelle Umgebungen, wie z. B.:

• Open5GCore- und Open6GCore-Integration: Die vorgeschlagenen QKD-Integrationsframeworks nutzen die flexible, softwaredefinierte Kernnetztechnologie der Open5GCore- sowie der Open6GCore-Architekturen von Fraunhofer FOKUS, um Schlüsselmanagementsysteme (KMS) und Zero-Trust-Schlüsseleinspeisungen unter realen Signalisierungsbedingungen zu testen.
• Quantencomputing und Eclipse Qrisp: Das Forschungsteam nutzte die FOKUS-Testumgebungen als Referenz für die Definition experimenteller Anforderungen. Diese Testbeds kombinieren Dark-Fiber-Glasfaserverbindungen, O-RAN-Fronthaul-Integration, hochpräzise Uhrensynchronisation unter 100 ps (IEEE 1588v2) sowie ETSI GS QKD 014/015-standardkonforme QKD-Hardware, um Dienstanfragezeiten, Schlüsselverbrauchsraten und den automatisierten Failover auf Post-Quanten-Kryptografie zu bewerten. Post-Quanten-Verschlüsselungsalgorithmen (wie ML-KEM) wurden in die Programmiersprache für Quantencomputer »Eclipse Qrisp« implementiert.