Technische Universität Berlin

Medieninformation | 27. November 2020 | bk

Sichere Satelliten

Prof. Dr. Janik Wolters forscht im Bereich der abhörsicheren Quantenkommunikation und siegte gemeinsam mit Kollegen beim Innovationswettbewerb „INNOspace Masters“

Satelliten sind in unserer digitalen Welt nicht mehr wegzudenken. Internet, Telefonie, Kommunikation in der Luftfahrt oder dem Schiffsverkehr sind auf eine sichere Satellitenkommunikation angewiesen und somit verfügt diese über eine große strategische Bedeutung. Um Satellitenkommunikation sicher zu gestalten, werden heute Verschlüsselungsmethoden angewandt, die jedoch angreifbar sind. Dies birgt ein enormes Risiko für kritische Infrastrukturen beispielsweise im Energie-, Telekommunikations- und Verkehrssektor.

Mit dem Thema der sicheren Satellitenkommunikation beschäftigt sich Prof. Dr. Janik Wolters. Er ist Gruppenleiter am Institut für Optische Sensorsysteme des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt und zugleich Professor für „Physikalische Grundlagen der IT-Sicherheit“ an der TU Berlin und dem Einstein Center Digital Future (ECDF). Gemeinsam mit Kollegen vom Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) und der Humboldt-Universität zu Berlin forscht er im Bereich der abhörsicheren Quantenkommunikation.

Sicherung für nicht-vertrauenswürdige Satelliten

Die heute eingesetzten digitalen Verschlüsselungsmethoden bieten eine ganze Reihe von Angriffspunkten, die mit Hilfe der Quantenkommunikation (englisch: Quantum Key Distribution, QKD) überwunden werden können. „Es gibt bereits weltweit zahleiche Initiativen und Missionen, QKD im Bereich der Satellitenkommunikation einzusetzen“, erklärt Janik Wolters, „hierfür muss der Satellit jedoch vertrauenswürdig sein, da ansonsten Angriffe auf Hard- und Software nicht unbedingt bemerkt werden. Und vertrauenswürdig ist ein Satellit nur, wenn man ihn selbst entwickelt, ihn selbst baut und auch selbst betreibt. Für Großkonzerne oder staatliche Einrichtungen ist das schon schwierig, aber noch im Bereich des Möglichen. Für kleinere oder mittelständische Unternehmen ist das nicht realisierbar, da es bei weitem zu kostenintensiv wäre“.

Für Janik Wolters und seine Kollegen liegt daher die Lösung in der Entwicklung von Quantenspeichern. „QuMSeC - Quantum Memories for Secure Communication in Tomorrow‘s Society“ ist der Titel ihres gemeinsamen Forschungsprojektes. Ihr Ziel ist es, auch sogenannte nicht-vertrauenswürdige Satelliten sicher zu machen. „Quantenspeicher ermöglichen es, Quanteninformation an Bord des Satelliten zu verarbeiten und effizient zu den Nutzer*innen am Boden weiterzuleiten. Hierdurch wird es Anwender*innen ermöglicht, die Sicherheit des Satelliten vom Boden aus zu überprüfen. Anwender*innen würden bemerken, wenn an Soft- oder Hardware manipuliert worden wäre“, so Janik Wolters.

Gewinnerteam bei INNOspace Masters

Dass ihr Vorhaben zukunftsweisend ist, zeigt nicht zuletzt die erfolgreiche Teilnahme am Innovationswettbewerb „INNOspace Masters“, der vom Deutschen Zentrum für Luft und Raumfahrt (DLR) durchgeführt wurde. Unter 317 Teilnehmer*innen aus Unternehmen, Start-ups, Universitäten und Forschungseinrichtungen in 15 europäischen Ländern konnten sich die Berliner Wissenschaftler*innen durchsetzen und werden nun mit 400.000 Euro gefördert. Zum Gewinnerteam gehört neben Prof. Dr. Janik Wolters auch Dr. Markus Krutzik, der am FBH das Joint Lab Integrated Quantum Sensors leitet, das gemeinsam mit der Humboldt-Universität zu Berlin betrieben wird. Dritter im Bunde ist Dr. Mustafa Gündogan, der als Wissenschaftlicher Mitarbeiter im Joint Lab arbeitet. 

Das Ziel: Ein prototypischer Demonstrator des Quantenspeichers

Ziel des Forscherteams ist es, in der Projektlaufzeit von zwei Jahren tatsächlich einen Demonstrator eines Quantenspeichers zu konstruieren. Zu den Herausforderungen dabei gehört unter anderem, dass Quantenspeicher mit starken Laserpulsen angesprochen werden, was Auswirkungen auf das Ausleserauschen des Speichers hat. Darüber hinaus müssen größere Informationsmengen lange, nämlich zwischen zehn und 100 Millisekunden, gespeichert werden, also die Zeit, die das Licht Zeit benötigt, um sich zwischen Satellit und Bodenstation auszubreiten. Eine weitere Herausforderung besteht darin, die komplexe Technik weltraumtauglich zu machen.

Prof. Wolters und seine Kollegen sehen in dem Projekt nicht zuletzt auch das Potenzial, die Rolle Deutschlands im Bereich der weltraum-gestützten Kommunikation und im Bereich der Quantentechnologie zu stärken.

Kontakt

Prof. Dr.

Janik Wolters

TU Berlin, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt und Einstein Center Digital Future

j.wolters@tu-berlin.de

+49 30 67055 -7906