Integration von QKD in TLS

Motivation

Sobald ein leistungsstarker Quantencomputer verfügbar ist, können aktuell verwendete asymmetrische Verfahren wie Diffie Hellman und RSA gebrochen werden. Der Mathematiker Peter Shor entwickelte bereits 1994 einen entsprechenden Algorithmus. Asymmetrische Kryptografie wird in unzähligen digitalen Systemen für einen vertraulichen Schlüsselaustausch und eine Authentifizierung genutzt. Daher wurde in den vergangenen Jahren intensiv bezüglich quantensicherer Verfahren geforscht. Quantum Key Distribution (QKD) nutzt die Physik der Quanten, um einen informationstheoretisch sicheren Schlüsselaustausch zu gewährleisten. Zukünftig sollen Endnutzer über eine einfache HTTP-basierte Schnittstelle an ein QKD-Netzwerk (QKDN) angebunden werden, welches symmetrische Schlüssel für entfernte Kommunikationspartner bereitstellt. Die Schlüssel werden über eine einfache ID eindeutig zugeordnet.

Ziel

Ziel der Arbeit ist die Ausarbeitung von Möglichkeiten zur Integration von QKD in das vielfach verwendete Protokoll TLS 1.3. Dafür muss die Anwendungsschnittstelle eines QKDNs analysiert und mit den unterschiedlichen Erweiterungsmöglichkeiten von TLS abgeglichen werden. Die erarbeiteten Optionen sollen beschrieben und gegenübergestellt werden. Bereits verfügbare Prototypen könnten zudem getestet oder Konzepte selbst prototypisch implementiert werden. Auch eine anschließende Performanz Evaluation mithilfe des Frameworks von Henrich wäre denkbar.

Aufgaben

• Literatur- und Internetrecherche zu Optionen bezüglich der Integration von QKD in TLS
• Ausarbeitung von Integrationsmöglichkeiten für QKD in TLS - sowohl aus der Literatur als auch eigene Ideen
• Einschätzung zur Anwendbarkeit der Optionen und Ausarbeitung signifikanter Unterschiede zwischen diesen
• Optional: Vorschläge zur Optimierung der Optionen oder Ausarbeitung einer alternativen Vorgehensweise
• Optional: Inbetriebnahme verfügbarer Prototypen oder Implementierung eines eigenen Prototypen
• Optional: Integration von Implementierungen in das Framework aus der Masterarbeit von Henrich und Evaluierung der Performanz

Voraussetzungen

• Kenntnisse in IT-Sicherheit
• Kenntnisse in Computernetze & Protokolle, insbesondere TLS
• Grundkenntnisse in Linux
• Grundkenntnisse und Interesse im Bereich Quantenphysik oder Elektrotechnik wünschenswert, aber nicht zwingend erforderlich
• Spaß an Literaturrecherche und konzeptioneller Arbeit

Referenzen und Literatur (Auswahl)

• Johanna Henrich: Performanz Evaluation von PQC in TLS 1.3 unter variierenden Netzwerkcharakteristiken. Abschlussarbeit M.Sc.. Februar 2022
• Paquin, Stebila, Tamvada: Benchmarking post-quantum cryptography in TLS. PQCrypto 2020
• Open Quantum Safe. Software for prototyping quantum-resistant cryptography
• Tsai, Yang, Lin, Chang, Chang: Quantum Key Distribution Networks: Challenges and Future Research Issues in Security
• Tanizawa, Takahashi, Sato, Dixon: An approach to integrate quantum key distribution technology into standard secure communication applications

Beginn

• sofort oder nach Absprache

Bei Interesse melden Sie sich bitte bei Johanna Henrich.