Quantencomputer und die heutige Verschlüsselung

Alle paar Monate gibt es eine Schlagzeile: "Quantencomputer brechen Verschlüsselung!" Normalerweise ist es ein Forschungsergebnis zu einem winzigen Problem, wenn man an der Schlagzeille vorbei liest. Die heutigen Quantencomputer sind weit davon entfernt, die Verschlüsselung zu durchbrechen, die das Internet schützt.

Warum sollten sich DevOps-Ingenieure jetzt darum kümmern? Denn die Migration zur quantumssicheren Kryptographie ist eine der größten Infrastrukturveränderungen des nächsten Jahrzehnts, und Teile davon geschehen bereits in den Tools, die wir jeden Tag verwenden.

Das Problem in einfachen Worten

Die meisten Sicherheitsmaßnahmen im Internet beruhen auf Kryptographie mit öffentlichem Schlüssel: RSA und elliptische Kurvenalgorithmen. Sie werden in TLS (HTTPS), SSH, VPNs, Code-Signaturen, Zertifikaten und vielem mehr verwendet. Ihre Sicherheit beruht auf mathematischen Problemen, die für normale Computer extrem schwierig sind.

Ein ausreichend großer, stabiler Quantencomputer läuft Schor-Algorithmus Wir haben uns überlegt, wie wir diese Probleme effizient lösen können. Das würde RSA und elliptische Kurven-Kryptographie brechen.

Symmetrische Verschlüsselung wie AES und Hash-Funktionen wie SHA-256 sind viel weniger betroffen. Längere Schlüssel (AES-256) gelten als sicher.

Niemand weiß genau, wann ein solcher Quantencomputer existieren wird. Die Schätzungen reichen von mehreren Jahren bis zu Jahrzehnten. Aber "wir wissen nicht wann" ist nicht dasselbe wie "wir brauchen uns keine Sorgen zu machen".

"Erntet jetzt, entschlüsselt später"

Hier ist der Grund, jetzt zu handeln. Ein Angreifer kann Erfassen Sie heute den verschlüsselten Datenverkehr und lagern. Wenn ein fähiger Quantencomputer existiert, entschlüsseln sie ihn.

Wenn Ihre Daten zehn oder zwanzig Jahre lang geheim bleiben müssen, wie Gesundheitsdaten, Finanzdaten, Regierungsdaten, Geschäftsgeheimnisse oder persönliche Kommunikation, sind sie möglicherweise bereits heute gefährdet, wenn der Verkehr aufgezeichnet wird.

Deshalb ist der Fokus jetzt auf Schlüsselwechsel: der Teil von TLS und anderen Protokollen, der die Sitzungsschlüssel schützt.

Die Daten, die Sie heute senden, müssen vor den Computern von morgen sicher sein.

Die neuen Normen

Im August 2024 veröffentlichte das US-amerikanische National Institute of Standards and Technology (NIST) nach Jahren des öffentlichen Wettbewerbs und der Analyse die ersten Post-Quanten-Kryptographie-Standards:

• ML-KEM (FIPS 203, früher bekannt als CRYSTALS-Kyber): für den Schlüsselwechsel/die Verkapselung.
• ML-DSA (FIPS 204, früher CRYSTALS-Dilithium): für digitale Signaturen.
• SLH-DSA (FIPS 205, ehemals SPHINCS+): ein hashbasiertes Signaturschema, als konservatives Backup.

Es werden weitere Algorithmen entwickelt. Europäische Agenturen wie der BSI in Deutschland stimmen weitgehend mit diesen Standpunkten überein und geben oft eigene Empfehlungen ab, die Hybridansätze bevorzugen.

Was bereits unterstützt wird

Die gute Nachricht: Sie benutzen vielleicht bereits post-quantum-Kryptographie, ohne es zu wissen.

• Browser: Unterstützung für Chrome, Firefox und Safari Hybrid-Schlüsselwechsel (X25519 in Kombination mit ML-KEM) in TLS 1.3.
• CDN und große Anbieter: Cloudflare und andere ermöglichen standardmäßig den hybriden post-quantum-Schlüssel-Austausch, und ein großer Teil ihres Datenverkehrs nutzt ihn bereits.
• OpenSSL 3.5 zusätzliche Unterstützung für ML-KEM, ML-DSA und SLH-DSA.
• OpenSSH Die Datenbank hat seit einiger Zeit standardmäßig einen hybriden post-quantum-Schlüssel-Austausch verwendet, und die jüngsten Versionen sind standardmäßig auf einen ML-KEM-basierten Hybrid umgestellt.
• - Ja, ja, das ist ein Spaß. und andere Bibliotheken haben Unterstützung hinzugefügt.

"Hybrid" bedeutet, einen klassischen Algorithmus mit einem post-quantum-Algorithmus zu kombinieren, so dass die Verbindung sicher ist, solange einer von beiden hält. Das schützt vor Quantenangriffen und dem Risiko, dass ein neuer Algorithmus Schwächen hat.

Krypto-Agilität: Was DevOps-Teams tun sollten

Die größte Lektion aus früheren Migrationen (SHA-1 zu SHA-256, TLS 1.0 zu 1.2) ist, dass sie Jahre dauern, meist weil niemand weiß, wo alle Krypto leben. Also fangen Sie damit an:

1. Machen Sie eine Inventur. Wo benutzt du Kryptographie? TLS-Endpunkte, interne MTLS, SSH, VPNs, Zertifikate, Code-Unterzeichnung, verschlüsselte Speicherung, Token, Bibliotheken von Drittanbietern. Tools, die Zertifikate und TLS-Konfigurationen scannen, helfen.
2. Priorisieren Sie langlebige Geheimnisse. Welche Daten müssen viele Jahre lang vertraulich bleiben? Der Verkehr sollte zuerst auf den Hybrid-Schlüssel-Austausch übergehen.
3. Halten Sie die Software auf dem neuesten Stand. Die meisten Post-Quanten-Unterstützung kommt durch Bibliothek, OS, Lastbalancer und Laufzeit-Updates. Alte Software ist der größte Block.
4. Ich bevorzuge TLS 1.3 überall. Der post-quantum-Schlüssel-Austausch ist dafür gebaut.
5. Erstellen Sie Krypto-Agilität. Vermeide hart codierte Algorithmen. Es wird möglich, Algorithmen durch Konfiguration zu ändern, nicht durch Code-Neuschreibungen.
6. Fragen Sie Ihre Verkäufer. über ihre Post-Quanten-Roadmap: Cloud-Anbieter, Lastbalancer, HSMs, VPNs, Zertifizierungsbehörden.
7. Sieh dir die Zeugnisse an. Post-Quanten-Signaturen in öffentlichen Zertifikaten werden später kommen und größere Zertifikate und Handschläge mit sich bringen. Testen Sie die Leistung, wenn die Zeit gekommen ist.

Also, sollten Sie in Panik geraten?

- Nein, nicht wirklich. Ihr HTTPS ist nicht kaputt. Aber es ist eine langsame, mehrjährige Migration, und die Teams, die mit einem Inventar und aktueller Software beginnen, werden viel leichter arbeiten als diejenigen, die auf eine Frist warten.

Meine Meinung: Quantencomputer sind noch nicht da, aber die Migration ist es. Wissen, wo Ihre Krypto-Leben, halten Sie Ihren Stapel aktuell, und lassen Sie Hybrid-Schlüssel-Austausch den Rest tun.

Desly