Survey: Integration von QKD in TLS

Motivation

Eine beispielsweise durch Quantencomputer erzielte Steigerung der Rechenleistung könnte eine baldige Kompromittierung asymmetrischer Kryptographie ermöglichen. Um weiterhin einen vertraulichen Schlüsselaustausch und eine Authentifizierung zu ermöglichen, wurde neben neuartigen kryptographischen Algorithmen auch an sogenannter Quantum Key Distribution (QKD) geforscht. QKD nutzt die Physik der Quanten, um einen informationstheoretisch sicheren Schlüsselaustausch zu gewährleisten. Aufgrund der speziellen Eigenschaften und Einschränkungen ist jedoch eine Anbindung an und Verwendung von solchen Systemen nicht ohne Weiteres möglich.

Ziel

Ziel der Arbeit ist die Ausarbeitung von Möglichkeiten zur Integration von QKD in das vielfach verwendete Protokoll TLS. 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
• 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.