PQC-Standards und Zeitpläne verstehen

Quanten computing zeichnet sich am Horizont ab und wird die kryptografischen Systeme grundlegend verändern, die unsere Daten, Kommunikation und Infrastruktur schützen. Jetzt ist es an der Zeit, mit den Vorbereitungen zu beginnen. In dieser sechsteiligen Blogreihe über Post-Quanten-Kryptografie (PQC) erläutern führende Kryptografieexperten von F5, welche Risiken bestehen, welche Chancen sich bieten und welche Maßnahmen Ihr Unternehmen bereits heute ergreifen kann, um auch in einer Post-Quanten-Welt sicher zu bleiben. Die Zukunft ist näher, als Sie denken. Bereiten wir uns gemeinsam darauf vor.

1994 stellte Peter Shor einen Algorithmus vor, der die Cybersicherheitslandschaft grundlegend veränderte. Er zeigte, dass ein ausreichend leistungsfähiger Quantencomputer weitverbreitete Verschlüsselungssysteme wie Rivest–Shamir–Adleman (RSA) und die Kryptografie mit elliptischen Kurven (ECC) knacken könnte – Eckpfeiler der heutigen digitalen Sicherheit, die Vertraulichkeit und Integrität gewährleisten.

Kryptoanalytisch relevante Quantencomputer (CRQCs) gibt es zwar noch nicht, doch ihr Aufkommen wird einen Großteil der heutigen Kryptografie und die Sicherheit digitaler Systeme gefährden. Für Chief Information Security Officers (CISOs) lautet die drängende Frage nicht mehr, ob sie sich darauf vorbereiten sollten, sondern wann, wie und in welchem Umfang Investitionen erforderlich sind.

Die aktuelle Bedrohung: „Jetzt sammeln, später entschlüsseln“

Quantenbedrohungen sind durch die als „Jetzt sammeln, später entschlüsseln“ bekannte Taktik längst keine reine Theorie mehr. Angreifer sammeln heute verschlüsselte Daten und speichern sie, um sie zu entschlüsseln, sobald die Möglichkeiten des Quantencomputings ausgereift sind. Dies stellt ein ernstes Risiko für sensible Informationen dar, die langfristig vertraulich bleiben müssen – etwa personenbezogene Daten, geistiges Eigentum, Steuerungssysteme kritischer Infrastrukturen und langlebige Zugangsdaten.

Daten, die heute verschlüsselt werden, könnten noch Jahre später kompromittiert werden. Darüber hinaus deuten jüngste Veröffentlichungen des Quantum-AI-Teams von Google und anderer Forschender darauf hin, dass der „Q-Day“ – der ungewisse Zeitpunkt in der Zukunft, an dem Quantencomputer klassische Verschlüsselungsverfahren knacken werden – schneller näher rücken könnte als bislang angenommen. Anders als bei festen Stichtagen wie dem Jahr-2000-Problem ist der Zeitpunkt des Q-Day unbekannt, weshalb eine aktive Vorbereitung ebenso entscheidend wie herausfordernd ist.

Die Realität bei der Umsetzung der Post-Quanten-Kryptografie

Die Vorbereitung auf eine quantensichere Zukunft ist zwar von entscheidender Bedeutung, aber alles andere als unkompliziert. Der Umstieg auf Post-Quanten-Kryptografie (PQC) bringt erhebliche praktische Herausforderungen mit sich, die Unternehmen bewältigen müssen, um weiterhin sicher zu bleiben.

Obwohl das Ziel darin besteht, noch vor dem Q-Day eine durchgängige Post-Quanten-Kryptografie (PQC) zu implementieren, ist dies derzeit nur schwer zu erreichen. Viele Altsysteme unterstützen keine quantensicheren Algorithmen und lassen sich nur schwer oder überhaupt nicht aktualisieren oder patchen. Zudem sind möglicherweise nicht alle Drittanbieterdienste, von denen Sie abhängig sind, für PQC gerüstet. Darüber hinaus stellen Geräte mit begrenzten Ressourcen, etwa IoT-Geräte und eingebettete Systeme, eine besondere Herausforderung dar, da sie häufig fest programmiert sind oder nicht über die erforderliche Rechenleistung zur Unterstützung von PQC verfügen.

Realistisch betrachtet ist eine vollständige Implementierung von PQC über den gesamten Technologie-Stack hinweg kurzfristig nicht praktikabel. Stattdessen benötigen Unternehmen eine mehrschichtige Übergangsstrategie, die besonders risikobehaftete Bereiche und langlebige Daten priorisiert.

Standards und Zeitpläne: ein klarer Rahmen

Um Organisationen einen Fahrplan für den Schutz vor Quantenbedrohungen an die Hand zu geben, haben Normungsgremien unter der Federführung des US-amerikanischen National Institute of Standards and Technology (NIST) die Grundlagen für Post-Quanten-Kryptografiesysteme geschaffen. Das Verständnis dieser Standards und der damit verbundenen Zeitpläne ist für die Planung Ihrer Umstellung unerlässlich.

NIST hat diese wichtigen PQC-Algorithmen finalisiert:

• Modulgitterbasierter Schlüssel-Kapselungsmechanismus (FIPS 203: Schlüsselaustausch)
• Modulgitterbasierte digitale Signatur (FIPS 204: Digitale Signaturen)
• Zustandslose hashbasierte digitale Signatur (FIPS 205: Ausweichsignaturen)
• Hamming Quasi-Cyclic (noch nicht standardisiert, aber für 2027 vorgesehen)

Zu den entscheidenden Fristen gehören:

• Heute: Eine frühzeitige Einführung quantensicherer Algorithmen ist sowohl möglich als auch empfehlenswert
• Bis 2030: US-Bundesbehörden müssen auf PQC umstellen
• Bis 2035: Nationale Sicherheitssysteme müssen vollständig quantenresistent sein

Bedrohungsmodellierung für PQC: Ein Fahrplan für CISOs

Da der Zeitplan für die Entwicklung von Quantencomputern ungewiss ist, müssen CISOs von reaktiver Planung zu proaktivem Schutz übergehen. Um die Dringlichkeit der Einführung von PQC zu verstehen, bedarf es zunächst einer effektiven Bedrohungsmodellierung, mit der sich ermitteln lässt, wo und wann Handlungsbedarf besteht.

Unternehmen können die Dringlichkeit besser einschätzen, indem sie zwei im Mosca-Theorem beschriebene Faktoren berücksichtigen: wie lange Daten geschützt bleiben müssen und wie lange die Umstellung auf quantensichere Verschlüsselung dauern wird. Einfach ausgedrückt: Wenn die erforderliche Schutzdauer Ihrer Daten zuzüglich der für die Aktualisierung Ihrer Systeme benötigten Zeit länger ist als die verbleibende Zeit bis zur Verfügbarkeit von Quantencomputern, müssen Sie jetzt handeln, um Ihre Daten zu schützen.

Ein auf PQC ausgerichtetes Bedrohungsmodell ermöglicht eine gezieltere Priorisierung und Planung.

Kurzfristige Maßnahmen: Was CISOs priorisieren müssen (2025–2027)

Kurzfristiges Handeln ist entscheidend, um die am stärksten gefährdeten Ressourcen Ihres Unternehmens zu schützen. Wenn CISOs mit der Entwicklung ihrer Roadmap beginnen, sollten sie in den nächsten zwei Jahren die folgenden Schritte priorisieren:

Erfassen Sie Ihren kryptografischen Bestand. Ermitteln Sie, wo in Ihrer gesamten Umgebung – einschließlich der Systeme von Drittanbietern – anfällige Algorithmen und langlebige Assets vorhanden sind.

Stellen Sie Edge-Plattformen mit PQC-Funktionen bereit. Setzen Sie auf Lösungen, die quantensichere TLS-Verbindungen am Netzwerkrand terminieren, ohne dass das Backend neu geschrieben werden muss.

Beziehen Sie Anbieter in die Vorbereitung auf das Quantenzeitalter ein. Integrieren Sie PQC-Anforderungen in die Beschaffungsprozesse und das Risikomanagement für Anbieter.

Konzentrieren Sie sich auf langfristige Vertraulichkeit. Priorisieren Sie den Schutz von Backups, Zertifikaten, signierten Artefakten und sensiblen Daten durch PQC, wenn deren langfristige Vertraulichkeit von entscheidender Bedeutung ist.

Langfristige Maßnahmen: Aufrechterhaltung der Quantenresilienz (2028–2035)

Der Aufbau einer sicheren, quantenresistenten Infrastruktur wird Zeit in Anspruch nehmen, insbesondere bei Altsystemen und langlebigen Datensätzen. Während Unternehmen Sofortmaßnahmen umsetzen, müssen sie zugleich langfristige Maßnahmen planen, um sich im kommenden Jahrzehnt zu schützen:

PQC durchgängig ausweiten. Quantenresistente Algorithmen schrittweise in Clients, Anwendungen, Netzwerken und Speichersystemen implementieren.

Planen Sie die Außerbetriebnahme von Altsystemen. Identifizieren Sie Systeme, die weder PQC noch kryptografische Agilität unterstützen können, und entwickeln Sie Pläne für deren Ersatz oder schrittweise Außerbetriebnahme.

Führen Sie Hybridzertifikate und eine kryptografiebewusste PKI ein. Verwalten Sie Zertifikate mit Doppelsignatur, ermöglichen Sie die Rotation von PQC-Schlüsseln und erweitern Sie die Vertrauensanker für quantensichere Stammzertifikate.

Stärken Sie die Governance für Kryptografie. Betrachten Sie Kryptografie als ein dauerhaftes Risiko auf Vorstandsebene, das regelmäßig überprüft und getestet werden muss und eine entsprechende Ressourcenzuweisung erfordert.

Application Delivery Controller als strategischen Einstieg in die PQC nutzen

Die Anpassung an quantensichere Standards kann eine große Herausforderung darstellen. Angesichts der Komplexität, die mit Änderungen an Backend-Anwendungen oder der Infrastruktur verbunden ist, werden viele Unternehmen auf Application Delivery Controller wie TLS-Proxys setzen, um die Einführung von PQC zu beschleunigen.

Diese Plattformen terminieren quantensichere TLS-Verbindungen am Netzwerkperimeter und leiten den Datenverkehr intern über bestehende Protokolle weiter, ohne dass eine sofortige Umrüstung erforderlich ist. Zudem erleichtern sie die zentrale Durchsetzung kryptografischer Richtlinien, erhöhen die kryptografische Agilität und ermöglichen die Bereitstellung hybrider klassischer und PQC-Algorithmen für einen reibungslosen Übergang. Zu den branchenführenden Lösungen, die diesen Ansatz unterstützen, gehört die F5 Application Delivery and Security Platform (ADSP).

Es ist jedoch wichtig zu berücksichtigen, dass bei manchen Geräten – insbesondere IoT-Geräten oder eingebetteten Systemen mit geringer Rechenleistung – die kryptografischen Algorithmen aufgrund von Hardware- oder Firmwarebeschränkungen häufig nicht aktualisiert werden können. Für diese Umgebungen sind alternative Maßnahmen zur Risikominderung oder eine Austauschplanung erforderlich.

Eine strategische Notwendigkeit

Der Umstieg auf quantenresistente Sicherheit ist längst keine Option mehr, sondern eine strategische Notwendigkeit. Auch wenn der genaue Zeitpunkt des Q-Day noch ungewiss ist, erfordern die Fortschritte im Quantencomputing bereits heute Maßnahmen, um Ihre Zukunft zu schützen.

Der Weg beginnt mit konkreten Schritten: Bewerten Sie Risiken, priorisieren Sie langlebige Daten und implementieren Sie PQC-fähige Lösungen wie F5 ADSP. Diese Tools bieten eine skalierbare Möglichkeit, bereits jetzt Quantenresilienz aufzubauen, auch wenn die Aktualisierung von Backends und Geräten mehr Zeit in Anspruch nimmt.

Post-quantum cryptography ist da. Wenn Sie heute handeln, stellen Sie sicher, dass Ihre Verschlüsselung Ihre Daten auch in den kommenden Jahren schützt. Beginnen Sie jetzt, sich Schritt für Schritt auf eine quantensichere Zukunft vorzubereiten.

Freuen Sie sich auf den nächsten Blogbeitrag unserer Reihe. Darin untersuchen wir die Auswirkungen von PQC auf Anwendungen und Infrastruktur und erörtern die Rolle von F5 beim Übergang in das Post-Quanten-Zeitalter.

Lesen Sie auch unsere vorherigen Blogbeiträge aus dieser Reihe:

Eine Einschätzung zum Hype um Post-Quanten-Kryptografie

Die Ausgangslage: Warum ist PQC wichtig?