de.wedoany.com-Bericht: Das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme (Fraunhofer IPMS) hat den Quanten-Zufallszahlengenerator (QRNG) Q-Dice vorgestellt. Das Gerät gewinnt echte Zufallszahlen durch die Messung von Quanten-Vakuumfluktuationen und erreicht eine Erzeugungsrate von über 4 Gigabit pro Sekunde (Gbit/s).
Herkömmliche Methoden zur Zufallszahlenerzeugung beruhen im Wesentlichen auf Algorithmen und sind daher anfällig für Angriffe. Im Gegensatz dazu sind die Quanteneffekte von Q-Dice unvorhersagbar und unbeeinflussbar, was höhere Datenraten ermöglicht und es besonders für sicherheitskritische Anwendungen geeignet macht. Die erzeugten Zufallszahlen wurden bereits durch international anerkannte Verfahren wie den AIS 20/31-Standard des Bundesamts für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) und die NIST SP 800-22-Testsuite verifiziert.
Echte Zufälligkeit ist eine grundlegende Voraussetzung für moderne Kryptographie und sicherheitskritische Systeme. Deterministische oder unsichere Zufallszahlengeneratoren können zu Schwachstellen in Verschlüsselungs- und Authentifizierungsprozessen führen. Durch die Messung der inhärent unvorhersagbaren Quanten-Vakuumfluktuationen erzeugt Q-Dice Quantenentropie für Anwendungen wie sichere Kommunikation, Datenverschlüsselung (z. B. mittels Quantenschlüsselverteilung QKD oder Post-Quanten-Kryptographie PQC), Authentifizierung und Zugangsmanagement sowie groß angelegte Simulationen.
Das System wurde unter besonderer Berücksichtigung von Sicherheitsanforderungen entwickelt, erfüllt die strengen Vorgaben des BSI gemäß AIS 20/31 und wurde mit EAL3 (Evaluation Assurance Level) und PTG 3 (Physical True Random Number Generator) bewertet, was seine Sicherheit belegt.
Alexander Noack, Leiter der Abteilung Datenkommunikation und Computing am Fraunhofer IPMS, erklärte, dass mit Q-Dice hochwertige Quantenzufälligkeit praktisch und leicht zugänglich werde. Die Technologie sei sowohl als robustes 19-Zoll-Rack-System für die eigene Infrastruktur als auch über einen Online-Entropy-as-a-Service-Dienst verfügbar, was die Einstiegshürde für Quantensicherheitstechnologien deutlich senke.
Um maximale Zuverlässigkeit zu gewährleisten, bündelt das Fraunhofer IPMS alle Kernkompetenzen intern und realisiert eine durchgängige Entwicklung von der Photonik bis zur Systemintegration. Dies umfasst das Design von Lasern und optischen Frontends zur stabilen Erzeugung und Kontrolle des Quantenrauschens, rauscharme analoge Frontends (AFE) zur Detektion der Quanten-Vakuumfluktuationen, Hochgeschwindigkeits-Datenerfassung (Analog-Digital-Wandler ADC) sowie FPGA-basierte Zufallsextraktion und Nachbearbeitung, und schließlich die Systemintegration mit Hochdurchsatz-Schnittstellen (einschließlich 10 Gbit/s Ethernet). Das Institut gibt an, dass dieser End-to-End-Ansatz eine präzise Kontrolle über Qualität, Stabilität und Leistung der Entropieextraktion ermöglicht, wobei dieselbe physikalische Rauschquelle die Grundlage für den hardwarebasierten und den cloudbasierten Zugang zu Quantenentropie bildet.
Hinsichtlich der Einsatzmöglichkeiten bietet das Fraunhofer IPMS Q-Dice in zwei Konfigurationen an. Die Hardware-Version ist das Q-Dice 19-Zoll-Rack-System, geeignet für Rechenzentren und lokale Installationen, mit einer Zufallsbitrate von 4,1 Gbit/s, einer 10G-Ethernet-Schnittstelle (weitere auf Anfrage) und Bewertung nach BSI AIS 20/31 sowie NIST SP 800-22. Die andere Option ist ein Online-QRNG-On-Demand-Dienst (Entropy as a Service), der über eine sichere Online-Schnittstelle direkten Zugriff auf quantenerzeugte Zufälligkeit bietet, ohne dass spezielle Hardware installiert werden muss. Dies ermöglicht eine schnelle Evaluierung, Prototypenentwicklung und die skalierbare Integration von Quantenentropie in Softwaresysteme und Cloud-Anwendungen.
Da die Technologie in die Umsetzungsphase eintritt, erklärte Noack, das Ziel sei es, gemeinsam die Standards für Sicherheit und Vertrauen im digitalen Zeitalter zu erhöhen, und lud Partner ein, die Technologie zu testen und gemeinsam praktische Anwendungen zu entwickeln.
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