Prototype Development and Benchmarking for Secure Key Forwarding in QKDN

Motivation

Leistungsstarke Quantencomputer könnten aktuell verwendete asymmetrische Verfahren wie Diffie Hellman und RSA brechen. 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. Die Reichweite des Verfahrens ist jedoch begrenzt und es sind nur einfache Punkt-zu-Punkt Verbindungen oder Sterntopologien möglich, weshalb QKD Netzwerke (QKDN) entwickelt wurden, welche den Schlüssel hop-by-hop weiterleiten. Um weiterhin die Sicherheit des Schlüssels zu garantieren, muss die Weiterleitung jedoch streng vertraulich und authentifiziert erfolgen.

English: Powerful quantum computers could break currently used asymmetric schemes such as Diffie Hellman and RSA. For this reason, quantum-secure methods have been intensively researched in recent years. Quantum Key Distribution (QKD) uses the physics of quanta to ensure information theoretically secure key exchange. However, the distance covered by the scheme is limited, and only simple point-to-point connections or star topologies are possible. For this reason, QKD networks (QKDN) have been developed, which forward the key hop by hop. However, in order to maintain the security of the key, the forwarding must be very secure.

Ziel

In vergangenen Projekten wurde eine Benchmarking Anwendung entwickelt, welche in der Lage ist, ein QKDN mit verschiedenen Knoten zu emulieren und ein Benchmarking durchzuführen, um die Schlüsseletablierung in einem QKD unterschiedlichen Konfigurationen zu evaluieren. Diese ist auch als Webanwendung verfügbar. Nun soll die Anwendung um diverse Konfigurationsmöglichkeiten erweitert und ein Benchmarking durchgeführt werden.

English: In previous projects, a benchmarking application was developed that is capable of emulating a QKDN with different nodes and performing benchmarking to evaluate key establishment in a QKD in different configurations. The application is also available as a web application. Now, the application is to be expanded to include various configuration options and benchmarking is to be performed.

Aufgaben

• Vertrautmachen mit dem Forschungsfeld QKDN (Es geht um das grobe Verständnis. Du musst kein Experte auf dem Gebiet werden! ;-))
• Vertrautmachen mit der bestehenden QKDN Emulationsanwendung
• Implementierung neuer Konfigurationsoptionen für das Key Forwarding innerhalb der QKDN Emulationsanwendung wie bspw.:
  • Authentifizierungsmechanismus der Knoten
  • Hybridisierungsvariante der Schlüssel
  • Mehrwegerouting
• Benchmarking des Key Forwardings und Gegenüberstellung der Varianten

English:

• Familiarize yourself with the QKDN research field (It’s about a rough understanding. You don’t have to become an expert in the field! ;-))
• Familiarize yourself with the existing QKDN emulation application
• Implementation of new configuration options for key forwarding within the QKDN emulation application, such as:
  • Authentication mechanism of the nodes
  • Hybridization variant of the keys
  • Multi-path routing
• Benchmarking of key forwarding and comparison of the variants

Voraussetzungen

• Du bist Masterstudent an der HDa
• Du besitzt Grundkenntnisse in IT-Sicherheit sowie Computernetze & Protokolle
• Du hast Erfahrung im Programmieren
• Du kannst eigenständig arbeiten

English:

• You are a Master’s student at the HDa
• You have basic knowledge of IT security and computer networks & protocols
• You have experience in programming
• You work independently

Organisation (bei HiWi Jobs)

• Wahlweise 40 - 80 Std/Monat
• Flexible Arbeitszeiten und flexibler Arbeitsort
• Regelmäßige Treffen, um Ergebnisse und weiteres Vorgehen zu besprechen (2-3 Wochen Rhythmus)
• Vertragsdauer flexibel

English:

• Optional 40-80 hours/month
• Flexible work schedule and location
• Regular meetings to discuss results and next steps (every 2-3 weeks)
• Flexible contract length, beyond 2024 possible

Referenzen und Literatur (Auswahl)

• Henrich: Ways for confidential and authenticated hop-by-hop key establishment in QKDN
• Bruckner, Ramacher, Striecks: Muckle+: End-to-End Hybrid Authenticated Key Exchanges
• 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.