Im unserem ersten Blog zum Thema haben wir untersucht, wie Quantencomputer die Sicherheitsprotokolle von heute bedrohen und wie Post-Quantum-Kryptografie (PQC) eine neue Grundlage für den Schutz digitaler Systeme bietet.
Die Veröffentlichung der PQC-Standards ist ein Meilenstein. Das bedeutet jedoch nicht, dass Unternehmen einfach einen neuen Algorithmus auswählen, eine Konfigurationsdatei aktualisieren und sich damit für quantenresilient halten können.
In diesem Beitrag zeigen wir, weshalb der Übergang zu PQC weit mehr ist als das Ersetzen eines kryptografischen Algorithmus durch einen anderen.
Bevor wir den Übergang selbst betrachten, müssen wir zunächst einige Realitäten dazu berücksichtigen, wie Unternehmen tatsächlich funktionieren. Die meisten Herausforderungen sind nicht spezifisch für PQC oder Quantencomputing, sondern liegen darin begründet, wie moderne Systeme aufgebaut und verwaltet werden. Sie zu verstehen, hilft, den tatsächlichen Umfang und die Komplexität des Übergangs zu erklären.
Unternehmen verarbeiten viele Arten von Daten: von öffentlichen und internen Informationen bis hin zu vertraulichen oder sogar geheimen Daten.
Je nach Sensitivität und Geschäftswert sind nicht alle Daten und nicht alle Systeme, die sie schützen, in Bezug auf die Quantenbedrohung gleich dringlich. Auch der Lebenszyklus des kryptografischen Mechanismus oder Systems spielt eine Rolle. Das Zertifikat einer öffentlichen Website wird möglicherweise alle paar Monate erneuert, während ein Signaturmechanismus, der in langlebige Hardware eingebettet ist, über zehn Jahre im Einsatz bleiben kann.
Schliesslich müssen Unternehmen die erforderliche Schutzdauer der Daten selbst berücksichtigen. Patientenakten, Staatsgeheimnisse, biometrische Daten oder geistiges Eigentum müssen unter Umständen jahrzehntelang vertraulich bleiben. Solche Daten sind der Bedrohung durch «Harvest Now, Decrypt Later (HNDL)» möglicherweise bereits ausgesetzt.
Um zu verstehen, wo der Handlungsbedarf am dringendsten ist, sollten sich Unternehmen die folgenden Fragen stellen:
Welche Systeme und Geschäftsprozesse sind kritisch?
Welches sind die kritischen Daten? Wie lange müssen sie vertraulich oder vertrauenswürdig bleiben?
Was wäre die Konsequenz, sollten die Daten gestohlen und später illegal veröffentlicht werden?
Wie lange bleibt das System in Betrieb? Wie lange würde eine Migration dauern?
Der Übergang zu PQC muss nicht überall gleichzeitig beginnen. Unternehmen starten am besten mit den wichtigsten Daten, Systemen und Geschäftsprozessen. Indem sie die kritischsten Werte und die Informationen ermitteln, die langfristig geschützt werden müssen, können sie ihre Anstrengungen dort bündeln, wo sie das grösste Risiko mindern.
Sobald Unternehmen verstanden haben, was geschützt werden muss, besteht die nächste Herausforderung darin, die kryptografischen Mechanismen zu identifizieren, von denen dieser Schutz abhängt.
Asymmetrische («public key») Kryptografie, die von der Quantenbedrohung betroffen ist, findet sich nicht an einem einzigen Ort. Sie ist eingebettet in Anwendungen und Infrastruktur, einschliesslich TLS-Verbindungen, VPNs, APIs, Zertifikaten und PKI, Code-Signing Pipelines, Identitätssystemen, Cloud-Diensten, HSMs, Smartcards, IoT-Geräten, Bibliotheken von Drittanbietern und Anbieterprodukten.
Vieles davon läuft still im Hintergrund und wird möglicherweise von unterschiedlichen Teams oder externen Anbietern verwaltet. Dadurch haben die meisten Unternehmen kein vollständiges Bild davon, wo Kryptografie eingesetzt wird, was sie schützt oder wer sie kontrolliert.
Deshalb besteht der erste Schritt auf dem Weg zu PQC nicht in der Migration, sondern in der Bestandsaufnahme: der Identifikation, wo und zu welchem Zweck Kryptografie eingesetzt wird, welche Algorithmen und Parameter betroffen sind, welche Daten oder Prozesse geschützt werden und wer die jeweilige Komponente kontrolliert.
Das Ergebnis dieser Bestandsaufnahme ist ein Cryptographic Bill of Materials (CBOM): ein strukturiertes Inventar darüber, wo und wie ein Unternehmen Kryptografie einsetzt. Ein aussagekräftiges CBOM geht über eine reine Auflistung von Algorithmen hinaus: Es verknüpft den Einsatz von Kryptografie mit Systemen, Datenflüssen, Abhängigkeiten und Lieferanten. So entsteht die Transparenz, die für die Planung und die Priorisierung des Übergangs nötig ist.
Klassische Public-Key-Kryptografie, insbesondere Kryptografie mit elliptischen Kurven, bietet kompakte Schlüssel und Signaturen. Post-Quantum-Algorithmen sind mit verschiedenen Kompromissen verbunden. ML-KEM und ML-DSA verwenden beispielsweise grössere Schlüssel, Chiffretexte oder Signaturen als vergleichbare Verfahren mit elliptischen Kurven, weisen aber eine ähnliche oder sogar bessere Performance auf. Das kann mehr Daten pro Handshake, grössere Zertifikate und Zertifikatsketten sowie einen höheren Druck auf Bandbreite, Speicherplatz, Arbeitsspeicher und Rechenleistung bedeuten. Diese Auswirkungen müssen über die gesamte Technologielandschaft hinweg berücksichtigt werden.
Diese Herausforderungen machen einen grossflächigen Einsatz jedoch nicht unmöglich. Cloudflare, einer der Vorreiter bei PQC, berichtet, dass bereits mehr als 70% des Verkehrs, der über sein Netzwerk läuft, mit quantenresilienter Kryptografie geschützt ist.
Ein weiterer wichtiger Aspekt des Übergangs ist die Nutzung hybrider Ansätze, die klassische und Post-Quantum-Mechanismen kombinieren. Die meisten grossflächigen PQC-Einführungen stützen sich derzeit auf dieses Modell. Ziel ist es, von der etablierten Sicherheit klassischer Kryptografie zu profitieren und gleichzeitig Schutz vor künftigen Quantenangriffen aufzubauen.
Dieser Ansatz berücksichtigt zudem, dass Post-Quantum-Algorithmen noch relativ neu sind und nicht im gleichen Mass langfristig geprüft wurden wie etablierte klassische Algorithmen. Während des PQC-Standardisierungsprozesses erwiesen sich mehrere der eingereichten Algorithmen als anfällig, darunter auch solche, die bereits vergleichsweise weit fortgeschrittene Prüfphasen durchlaufen hatten (https://eprint.iacr.org/2022/975 , https://www.anthropic.com/news/discovering-cryptographic-weaknesses). Hybride Mechanismen bieten deshalb eine zusätzliche Sicherheitsebene während der Übergangsphase.
Während der Migration geht es darum, zu verstehen, wie sich unterschiedliche kryptografische Eigenschaften auf das jeweilige System auswirken, den neuen Aufbau zu testen und Software und Infrastruktur anzupassen, ohne Interoperabilität oder Betrieb zu beeinträchtigen.
Doch selbst wenn der technische Migrationspfad klar ist, kontrollieren Unternehmen unter Umständen nicht jede Komponente, die es zu ändern gilt.
Nur wenige Unternehmen kontrollieren ihren gesamten Technologie-Stack, und noch weniger entwickeln alle kryptografischen Komponenten, auf die sie sich verlassen. Kryptografie ist überall vorhanden, weshalb das Tempo eines Übergangs zu PQC oft von der langsamsten Abhängigkeit bestimmt wird.
Damit wird der Übergang ebenso zu einer Aufgabe des Lieferketten- und Anbietermanagements wie zu einer technischen. Unternehmen sind abhängig von Softwareanbietern, Cloud- und SaaS-Providern, Hardwareherstellern, Managed-Service-Providern und Geschäftspartnern.
Sie müssen daher zwischen drei Kategorien unterscheiden: Komponenten, die sie selbst kontrollieren und direkt migrieren können, Komponenten, die ein Anbieter für sie migriert, und Komponenten, die sich nicht innerhalb der erforderlichen Frist migrieren lassen und deshalb modernisiert oder ersetzt werden müssen.
Diese Abhängigkeiten bringen zudem wichtige Beschaffungs- und Vertragsfragen mit sich. Unternehmen sollten mit ihren Lieferanten jetzt in den Austausch treten, um deren PQC-Roadmaps zu verstehen. Neue Technologieinvestitionen sollten keine zusätzlichen quantenanfälligen Abhängigkeiten schaffen, die noch viele Jahre fortbestehen.
Der Übergang zu PQC überschreitet traditionelle organisatorische Grenzen. Er betrifft die Geschäftsleitung, Risiko- und Datenverantwortliche, Sicherheitsspezialisten, Architekten, Entwicklungs- und Infrastrukturteams, PKI- und Identitätsexperten sowie Beschaffung, Recht und Compliance.
Ohne klare Verantwortlichkeiten geht möglicherweise jedes Team davon aus, dass ein anderes Team oder ein Technologieanbieter den Übergang übernimmt. Unternehmen benötigen deshalb eine Governance, die festlegt, wer das Quantenresilienz-Programm verantwortet, welche Systeme priorisiert werden, welche kryptografischen Standards zulässig sind und wie Lieferantenbereitschaft, Ausnahmen, Migrationsfortschritt und verbleibende Risiken gesteuert werden. PQC sollte deshalb nicht als isoliertes Kryptografieprojekt behandelt werden, sondern als unternehmensweites Risiko- und Technologietransformationsprogramm.
Von der Komplexität zu einem strukturierten PQC-Weg
All diese Realitäten zusammen zeigen, dass der Weg zur Quantenresilienz einen strukturierten und koordinierten Ansatz erfordert:
Der Weg endet nicht, sobald die ersten Post-Quantum-Algorithmen im Einsatz sind. Die Prozesse und die Governance, die während des Übergangs aufgebaut wurden, sollen das Unternehmen befähigen, künftig effektiver auf kryptografische Veränderungen zu reagieren.
Krypto-Agilität ist die Fähigkeit, kryptografische Algorithmen und Parameter zu ändern, ohne die Anwendungen und Infrastruktur rundherum immer wieder neu gestalten zu müssen.
Kryptografische Standards werden sich weiterentwickeln. Algorithmen werden verfeinert werden und Protokolle und Implementierungen werden sich verändern. Die heutigen Empfehlungen gelten womöglich in ein paar Jahren nicht mehr oder erfordern bereits morgen Anpassungen. Unternehmen, die den Übergang zu PQC als einmaligen Vorgang betrachten, laufen Gefahr, dieselben komplexen Arbeiten in Zukunft erneut durchführen zu müssen.
Die Kryptografie sollte von der Anwendungslogik entkoppelt werden, um hartcodierte Abhängigkeiten von spezifischen Algorithmen und Parametern zu vermeiden. Sorgfältig definierte Schnittstellen und zentral verwaltete Richtlinien sollten es ermöglichen, kryptografische Mechanismen zu aktualisieren, als veraltet zu kennzeichnen oder zu ersetzen, ohne die gesamte Anwendung neu zu gestalten. Krypto-Agilität erfordert ausserdem die Führung eines aktuellen Inventars darüber, was wo eingesetzt wird, sowie die Etablierung einer Governance, um bei Bedarf Änderungen zu genehmigen und durchzusetzen.
Der Nutzen von Krypto-Agilität ist nicht nur technischer Natur. Jede künftige kryptografische Änderung, ob quantenbedingt oder nicht, wird dadurch günstiger, schneller und risikoärmer. Das beste Ergebnis des Übergangs zu PQC ist deshalb nicht ein einmaliger Algorithmenwechsel, sondern ein Unternehmen, das kryptografische Veränderungen fortlaufend bewältigen kann.
Quantenresilienz ist eine Reise. Sie beginnt damit, den eigenen Stand zu kennen, und führt in Begleitung eines erfahrenen Partners von der Aufklärung bis zur Migration sicher ans Ziel.
Vorheriger Beitrag dieser Serie: Post-Quantum-Kryptografie: die Antwort auf eine Herausforderung, die 1994 begann