Was sind Quantum-Safe- und Hybrid-Zertifikate?

Quantencomputer sind eine der größten Umwälzungen im modernen digitalen Ökosystem. Sie werden die Computerwelt, wie wir sie kennen, verändern, die langjährigen Beschränkungen der klassischen Datenverarbeitung überwinden und ein neues Zeitalter der Innovation einläuten.

Diese Fortschritte eröffnen spannende neue Möglichkeiten in weitreichenden Bereichen wie künstlicher Intelligenz und dem Internet der Dinge (IoT), aber es gibt auch eine klare Kehrseite: Die Vorteile des Quantencomputings gehen mit großen Sicherheitsherausforderungen einher, darunter eine massive Umwälzung des Status quo in den Bereichen Verschlüsselung und Authentifizierung. Algorithmen wie RSA und ECC, die derzeit den Großteil der digitalen Kommunikation schützen, werden von zukünftigen Quantensystemen leicht geknackt werden können.

Die Post-Quantum-Kryptografie (PQC) bietet einen proaktiven Ansatz zur Bewältigung dieser neuen Bedrohungen – dennoch betrachten viele Unternehmen sie nach wie vor als Zukunftsproblem und nicht als unmittelbare Priorität. Diese Wahrnehmung ändert sich jedoch rapide. Jetzt ist es an der Zeit, dass Unternehmen mit der Entwicklung einer Strategie und eines Konzepts für die Einführung von PQC beginnen, einschließlich der Bewertung von Standards, Tests in kontrollierten Umgebungen und der Planung zukünftiger Migrationspfade.

Warum Quantencomputer die traditionelle Kryptografie außer Kraft setzen

Die traditionelle Kryptografie basiert auf einigen wenigen bewährten Algorithmen, die bis vor kurzem sensible Daten durch ihre rechnerische Komplexität wirksam geschützt haben. Optionen wie RSA (Rivest-Shamir-Adleman) und ECC (Elliptic Curve Cryptography) haben Anwendern und Unternehmen in den letzten Jahrzehnten gute Dienste geleistet, da man davon ausging, dass die für die Faktorisierung großer Primzahlen erforderliche Rechenleistung für Angreifer einfach zu groß sein würde.

Quantencomputer ändern diese Gleichung, indem sie Probleme lösen, die klassische Systeme nicht effizient bewältigen können. Einer der bekanntesten Quantenalgorithmen, der Shor-Algorithmus, faktorisiert große Zahlen exponentiell schneller als klassische Methoden und ermöglicht so das schnelle Knacken von RSA- und ECC-Verschlüsselungen. Dieser Wandel gefährdet die Zukunft der digitalen Sicherheit, sofern keine stärkeren, quantenresistenten Algorithmen eingeführt werden.

Die Dringlichkeit der Post-Quanten-Kryptografie

Der Zeitplan für Quantencomputer zeigt, dass die Post-Quanten-Ära nicht so weit entfernt ist, wie es vielleicht scheint. Das National Institute of Standards and Technology (NIST) hat bereits eine strenge Frist für die Abschaffung einiger älterer Verschlüsselungsalgorithmen und die Umstellung auf PQC festgelegt: Dies muss bis 2030 geschehen. Dieser Zeitplan umfasst die schrittweise Abschaffung von RSA-2048 und ECC-256, deren vollständiges Verbot bis 2035 erwartet wird.

Diese Dringlichkeit wird durch Bedenken hinsichtlich Jetzt ernten, später entschlüsseln (HNDL)-Angriffen noch verstärkt, bei denen Kriminelle möglicherweise bereits verschlüsselte Informationen sammeln, um diese Daten zu entschlüsseln, sobald Quantensysteme leichter verfügbar sind. Infolgedessen könnten gefährdete Daten rückwirkend offengelegt werden, selbst wenn ihr kompromittierter Status noch nicht erkannt wurde.

Bedrohungsakteure bereiten sich aktiv auf den Quantensprung vor, und Unternehmen, die ihre Planung verzögern, laufen Gefahr, ins Hintertreffen zu geraten. Um vorne zu bleiben, sollten Unternehmen bereits jetzt mit dem Testen von Post-Quantum-Kryptografie-Lösungen beginnen, noch bevor die endgültigen Standards vollständig übernommen sind.

Was ist ein quantensicheres Zertifikat?

Digitale Zertifikate gelten als quantensicher, wenn sie Post-Quantum-Algorithmen unterstützen, die speziell zur Abwehr von Angriffen durch Quantencomputer entwickelt wurden.

Was sind die endgültigen PQC-Algorithmen?

Einige PQC-Algorithmen haben das Potenzial, die digitale Kommunikation auch während des Übergangs in das Quantenzeitalter zu schützen. Das NIST hat die folgenden Post-Quantum-Verschlüsselungsstandards fertiggestellt:

• FIPS-203: Dieser Standard basiert auf dem Module Lattice-Based Key Encapsulation Mechanism (ML-KEM), der die Generierung sicherer Schlüssel für die Datenverschlüsselung ermöglicht. Er baut auf dem Modul „Module Learning with Errors” auf, das ihn vor Angriffen durch Quantencomputer schützt. FIPS 203 umfasst drei Parametersätze, ML-KEM-512, ML-KEM-768 und ML-KEM-1024, wobei jeder höhere Parametertyp eine höhere Sicherheit bietet, jedoch zu Lasten der Leistung und längeren Schlüsseln.
  
• FIPS-204: Dieser Standard verwendet den Modul-Gitter-basierten digitalen Signaturalgorithmus (ML-DSA), eine Reihe von Algorithmen zum Erstellen und Validieren digitaler Signaturen. FIPS-204 verwendet gitterbasierte Kryptografie, um digitale Signaturen vor Quantencomputern zu schützen.
  
• FIPS-205: Dieser Standard, der ebenfalls zur Sicherung digitaler Signaturen verwendet wird, basiert auf dem Stateless Hash-Based Digital Signature Algorithm (SLH-DSA). Der hash-basierte Ansatz bietet eine alternative mathematische Methode zu den gitterbasierten Methoden in FIPS-204, um Bedrohungen durch Quantencomputer abzuwehren.
  

Was sind Hybridzertifikate?

Hybride Zertifikate sind eine vorgeschlagene Lösung, die den Übergang zur Post-Quanten-Kryptografie erleichtern soll. Sie sind noch keine etablierte oder einsetzbare Technologie, sondern vielmehr ein potenzieller Ansatz, der in der Kryptografie-Community diskutiert wird.

Das Konzept hinter hybriden Zertifikaten besteht darin, den aktuellen Verschlüsselungs- und Authentifizierungsanforderungen gerecht zu werden und gleichzeitig Unternehmen auf die Realität des Quantenzeitalters vorzubereiten. Diese einzigartige Art von Zertifikat würde sowohl klassische als auch Post-Quanten-Algorithmen in einem einzigen Zertifikat vereinen. Jedes Hybrid-Zertifikat würde zwei öffentliche Schlüssel und zwei Signaturen enthalten, wobei einer einen traditionellen Algorithmus wie RSA oder ECC und der andere einen quantensicheren Algorithmus verwendet, um Kompatibilität und Widerstandsfähigkeit zu gewährleisten.

Diese potenzielle Lösung zielt darauf ab, eine schrittweise Migration zu PQC zu ermöglichen und gleichzeitig die Kompatibilität mit bestehenden Systemen aufrechtzuerhalten.

Wie würden hybride Zertifikate funktionieren?

Der Wert des hybriden Zertifikats leitet sich weitgehend aus dem X.509-Standard ab, der die Formate für öffentliche Schlüsselzertifikate klar definiert und die Schnittstellenbeschreibungssprache Abstract Syntax Notation One (ASN.1) beinhaltet. Der X.509-Standard ist seit langem ein wichtiger Bestandteil von SSL/TLS-Zertifikaten – hybride Zertifikate würden dieses traditionelle Format jedoch um zukunftssichere PQC-Schlüssel und -Signaturen erweitern.

Mit Hybridzertifikaten könnten nicht kritische Erweiterungen PQC-spezifische Details wie quantensichere öffentliche Schlüssel und quantenresistente digitale Signaturen speichern. Da diese Elemente für die Kompatibilität mit Altsystemen nicht unmittelbar erforderlich sind, wäre es weiterhin möglich, mit klassischen Algorithmen wie RSA oder ECC zu arbeiten, wobei Altsysteme PQC-Elemente vorerst ignorieren würden. Gleichzeitig könnten PQC-fähige Systeme die Post-Quantum-Komponenten erkennen und validieren, was einen reibungslosen Übergang ermöglicht, während die Unterstützung für neue Standards weiterentwickelt wird.

Im Wesentlichen bildet dieser duale Ansatz die Grundlage für die Abwärtskompatibilität, indem er die aktuellen Vorteile der klassischen Kryptografie nutzt und gleichzeitig eine Schutzebene bietet, die sich in Zukunft als wertvoll erweisen wird.

Vorteile der Verwendung hybrider Zertifikate

Bei einer Einführung könnten hybride Zertifikate viele Vorteile bieten, die sie zu einer überzeugenden Option für die Bewältigung aktueller und zukünftiger Sicherheitsherausforderungen machen. Zu den Vorteilen gehören:

• Interoperabilität: Durch die Unterstützung sowohl älterer als auch PQC-zentrierter Systeme könnten hybride Zertifikate ein höheres Maß an Interoperabilität erreichen, das für andere Zertifikatstypen unerreichbar bleibt. Das bedeutet, dass sowohl aktuelle als auch Clients der nächsten Generation während der Migrationsphase dasselbe Zertifikat validieren könnten.
  
• Krypto-Agilität: Um in einer sich schnell verändernden digitalen Umgebung vollständige Sicherheit zu gewährleisten, müssen Unternehmen in der Lage sein, Algorithmen schnell zu wechseln, ohne den Betrieb zu stören. Hybride Zertifikate sollen dies ermöglichen und damit die viel gepriesene Eigenschaft der Krypto-Agilität fördern.
  
• Einfachheit: Vermeiden Sie die Komplikationen, die mit der Pflege separater Zertifikatsketten verbunden sind. Hybridzertifikate würden so konzipiert sein, dass sie ansonsten komplexe Prozesse vereinfachen, indem sie klassische und PQC-Komponenten zu einem einfachen und effektiven Zertifikat zusammenfassen. Dies würde den Aufwand begrenzen und gleichzeitig den Verwaltungsaufwand reduzieren, der bei der Verwaltung mehrerer Zertifikatssysteme oder -lösungen wahrscheinlich entstehen würde.
  
• Sicherheit: PQC verspricht auch in Zukunft robuste Sicherheit und begegnet Herausforderungen mit stärkeren Algorithmen. Hybride Zertifikate sollen durch die Kombination von klassischen und Post-Quantum-Algorithmen mehr Flexibilität bieten und Unternehmen den Umstieg erleichtern, falls einer der Algorithmen später als anfällig erwiesen wird.
  

Einschränkungen und Herausforderungen

Hybride Zertifikate bieten eine der wertvollsten potenziellen Lösungen für aktuelle und zukünftige Herausforderungen im Bereich der Cybersicherheit – allerdings sind sie nicht völlig frei von Komplikationen. Größere Schlüsselgrößen in quantensicheren Algorithmen können die Bandbreiten- und Verarbeitungsanforderungen erhöhen, sodass die Leistung ein wichtiger Faktor bei ihrer Einführung ist.

Eine weitere potenzielle Einschränkung betrifft die Kompatibilität. Da Hybridzertifikate noch immer nur eine vorgeschlagene Lösung sind, werden sie derzeit von keinem Anbieter und keinem System unterstützt. Bei einer zukünftigen Einführung kann die Unterstützung je nach Anwendung und Plattform variieren, sodass Unternehmen die Interoperabilität vor der Bereitstellung sorgfältig prüfen müssen.

Ein weiterer wichtiger Punkt? Die Mängel der manuellen Zertifikatverwaltung, die weitaus weniger effizient ist und eine erhebliche Belastung für IT-Abteilungen darstellen kann. Diese Belastung wird mit zunehmender Komplexität der Zertifikat-Anforderungen weiter steigen, was eine wahrscheinliche Folge der möglichen Einführung hybrider Zertifikate wäre. Glücklicherweise können automatisierte Lösungen für das Zertifikatlebenszyklusmanagement diese Probleme lösen und sowohl die Effizienz als auch die Sicherheit verbessern, selbst wenn Unternehmen quantensichere oder hybride Zertifikate einführen.

Warum Sie nicht auf perfekte Kompatibilität warten können

Der Weg zu PQC mag derzeit beschleunigt erscheinen, aber es handelt sich eher um einen Marathon als um einen Sprint. Es wird einige Zeit dauern, bis das globale PKI-Ökosystem PQC erfolgreich eingeführt hat, und irgendwann wird eine Brücke zwischen den aktuellen und zukünftigen Systemen benötigt, um diesen Übergang zu optimieren. Die vollständige Unterstützung aller Plattformen und Anbieter wird Jahre dauern, und eine Verzögerung der Einführung erhöht das langfristige Risiko.

Hier könnten hybride Zertifikate ins Spiel kommen. Sie sind zwar keine dauerhafte Lösung, könnten aber während der Umstellung auf PQC von Vorteil sein.

Wie Unternehmen mit den Vorbereitungen beginnen können

Es ist nie zu früh, um mit der Umstellung auf PQC zu beginnen. Der erste Schritt ist eine detaillierte Bestandsaufnahme, bei der alle vorhandenen kryptografischen Systeme, Algorithmen, Schlüssel und anderen Ressourcen erfasst werden, um die aktuellen Hauptrisikobereiche zu ermitteln. Diese Bestandsaufnahme bildet die Grundlage für das Verständnis der kryptografischen Risiken und die Planung wirksamer Strategien zu deren Minderung.

Anhand dieses fundierten Verständnisses lassen sich mehrere praktische Strategien entwickeln, um sicherzustellen, dass die Systeme für den bevorstehenden Quantensprung gerüstet sind.

• Automatisierung des Zertifikatlebenszyklusmanagements (CLM): Mit dem Fortschritt der Quantentechnologie gibt es keinen Platz mehr für manuelle Zertifikatsprozesse. Krypto-Agilität lässt sich leichter erreichen, wenn man automatisiertes CLM nutzt, das die nahtlose Ausstellung und Erneuerung digitaler Zertifikate in großem Umfang ermöglicht und so eine schnelle Reaktion auf neue Bedrohungen ermöglicht.
  
• Testen Sie in Sandbox-Umgebungen: PQC und hybride Zertifikate müssen ausgiebig getestet werden, aber Sandbox-Umgebungen bieten die perfekte Gelegenheit, diese Optionen in streng kontrollierten Räumen zu erkunden. Diese Bemühungen könnten wertvolle Erkenntnisse über die Leistung oder potenzielle Schwachstellen liefern, ohne dass dabei Störungen riskiert werden.
  
• Priorisieren Sie langlebige Assets: Angesichts des Risikos von HNDL ist es wichtig, Assets mit langer Lebensdauer zu untersuchen, um festzustellen, ob sie anfällig sind und wie schwierig es sein könnte, sie im Zusammenhang mit PQC zu aktualisieren. Diese Prioritäten können variieren, betreffen jedoch häufig unterzeichnete Verträge, Firmware oder sogar rechtliche Unterlagen.
  
• Schulen Sie Ihre Teams: IT-Fachleute müssen über Quantenbedrohungen und PQC informiert sein. Proaktive Schulungsinitiativen stellen sicher, dass diese Fachleute vollständig auf die Einführung von Post-Quantum-Lösungen vorbereitet sind und auch ergänzende Strategien wie automatisiertes CLM nutzen können. Die Schulungen sollten auch PQC-Standards, verfügbare Tools und wichtige Überlegungen für zukünftige Migrationspfade behandeln.
  

Sectigo ist führend in der Vorbereitung auf die Quantenverschlüsselung

Als PQC-Pionier bietet Sectigo mehrere Lösungen, die Unternehmen auf die Realitäten der Post-Quanten-Ära vorbereiten, angefangen mit dem Sectigo Certificate Manager (SCM). SCM ist eine speziell entwickelte Plattform, die das Lebenszyklusmanagement von Zertifikaten automatisiert und so eine schnellere und effizientere Ausstellung und Erneuerung ermöglicht.

Automatisiertes CLM bildet eine solide Grundlage für Krypto-Agilität, aber diese Bemühungen können durch das Q.U.A.N.T.-Framework von Sectigo weiter unterstützt werden, das dringend benötigte Anleitungen zur Vereinfachung des Übergangs zu PQC bietet. Diese End-to-End-Strategie ermöglicht es Unternehmen, proaktiv auf den bevorstehenden Quantumsprung zu reagieren, und bietet gleichzeitig Unterstützung bei jedem Schritt auf diesem Weg.

Machen Sie Ihre Sicherheit mit den quantensicheren Lösungen von Sectigo zukunftssicher

Quantum-Bedrohungen rücken immer näher. Die Untersuchung von Hybrid-Zertifikaten als Option für die Zukunft könnte einen umfassenden Weg für die Vorbereitung auf den Übergang zu PQC bieten, ohne die aktuellen Systeme zu stören. Sectigo bietet die erforderliche Unterstützung, um diesen Übergang sicher zu bewältigen.

Testen Sie quantensichere Zertifikate zunächst in einer absolut sicheren Umgebung: den PQC Labs von Sectigo, die eine zweckorientierte Umgebung für die Erforschung von Post-Quantum-Lösungen bieten. Starten Sie noch heute mit dem Sectigo Certificate Manager oder erfahren Sie mehr über unsere quantensicheren Lösungen.

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