Q-FENCE – Sicherheit für die digitale Zukunft Europas im Quantenzeitalter

Quantencomputer werden die Cybersecurity-Landschaft grundlegend verändern. Einerseits eröffnen sie neue technologische Möglichkeiten, andererseits bedrohen sie viele der heute weit verbreiteten kryptografischen Verfahren, die digitale Kommunikation, sensible Daten und kritische Infrastrukturen schützen. Organisationen in ganz Europa stehen daher vor der Herausforderung, auf quantensichere Technologien umzusteigen.

Das europäische Horizon-Europe-Projekt Q-FENCE adressiert diese Herausforderung durch die Entwicklung eines umfassenden Cybersicherheitsrahmens, der Post-Quanten-Kryptographie (PQC), Quantum Key Distribution (QKD), Quantum Random Number Generation (QRNG) sowie fortschrittliche hardwarebasierte Sicherheitslösungen kombiniert. Ziel des Projekts ist die Entwicklung skalierbarer und energieeffizienter Sicherheitsarchitekturen, die eine sichere Migration hin zu quantenresilienten digitalen Infrastrukturen ermöglichen.

Q-FENCE entwickelt einen mehrschichtigen Sicherheitsrahmen zum Schutz von Kommunikationsnetzen und digitalen Diensten vor zukünftigen quantenbasierten Cyberbedrohungen.

Zu den zentralen Projektzielen gehören:

• Entwicklung quantenresilienter Cybersicherheitsarchitekturen
• Integration von Post-Quanten-Kryptographie (PQC), quantenbasierten Sicherheitstechnologien und klassischen kryptographischen Verfahren in hybride Sicherheitsframeworks
• Entwicklung sicherer Migrationsstrategien für bestehende Kommunikations- und IT-Infrastrukturen
• Gewährleistung der Interoperabilität und Rückwärtskompatibilität mit bestehenden Systemen
• Entwicklung hardwarebeschleunigter kryptographischer Lösungen
• Reduktion des Rechen- und Energieaufwands moderner Sicherheitsmechanismen
• Validierung quantensicherer Technologien in realitätsnahen Einsatzszenarien
• Unterstützung von Standardisierungsaktivitäten und der europaweiten Einführung von Post-Quanten-Technologien

Durch die Verbindung von Forschung, Standardisierung und praktischer Umsetzung trägt Q-FENCE dazu bei, Europas digitale Infrastruktur auf das Post-Quanten-Zeitalter vorzubereiten.

Q-FENCE verfolgt einen hybriden Sicherheitsansatz, der etablierte Cybersicherheitsmechanismen mit neuen quantenresistenten und quantenbasierten Technologien kombiniert.

Der entwickelte Sicherheitsrahmen umfasst:

• Post-Quanten-Kryptographie (PQC) für quantenresistente Verschlüsselung und Authentifizierung
• Quantum Random Number Generators (QRNG) zur Erzeugung hochwertiger Zufallszahlen
• Quantenbasierte Sicherheitsverfahren für zukünftige Kommunikationsnetze
• Hardwarebasierte Vertrauensanker und kryptographische Beschleunigung
• Datenschutzverbessernde Technologien
• Sichere Datenverarbeitungstechniken
• Energieeffiziente Sicherheitsarchitekturen

Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung eines hybriden Übergangsrahmens, der die schrittweise Einführung quantensicherer Technologien ermöglicht, ohne bestehende Kommunikations- und IT-Infrastrukturen grundlegend verändern zu müssen.

Zur Demonstration der praktischen Anwendbarkeit der entwickelten Technologien bewertet Q-FENCE seinen Sicherheitsrahmen in repräsentativen Anwendungsfällen aus zentralen Bereichen der europäischen Wirtschaft.

Die entwickelten Lösungen werden auf unterschiedlichen Plattformen und in verschiedenen Einsatzszenarien getestet, darunter:

• Finanzdienstleistungen
• Gesundheitssysteme
• Industrie- und Fertigungsumgebungen
• Internet-of-Things-(IoT)-Netzwerke
• Cloud-Infrastrukturen
• Kritische digitale Infrastrukturen
• Sichere Kommunikationsnetze

Darüber hinaus werden unterschiedliche Hardwareplattformen und Referenzarchitekturen untersucht, um die Skalierbarkeit, Leistungsfähigkeit und Interoperabilität der entwickelten Lösungen zu bewerten.

Die Demonstratoren liefern wichtige Erkenntnisse für die praktische Einführung quantensicherer Sicherheitslösungen in Europa.

Die Umstellung auf quantenresistente Sicherheitsverfahren zählt zu den größten Herausforderungen der Cybersicherheit in den kommenden Jahren. Q-FENCE unterstützt diesen Transformationsprozess durch die Entwicklung interoperabler Sicherheitsarchitekturen, Migrationsstrategien und praxisnaher Werkzeuge für die Einführung quantensicherer Technologien.

Darüber hinaus erarbeitet das Projekt Empfehlungen für die Umsetzung von Post-Quanten-Sicherheitskonzepten im Einklang mit europäischen Standards und regulatorischen Anforderungen. Damit leistet Q-FENCE einen wichtigen Beitrag zur digitalen Souveränität und Cyberresilienz Europas.

Beitrag des Fraunhofer IPMS

Das Fraunhofer IPMS bringt seine Expertise in den Bereichen Quantenkommunikation, sichere Hardwareplattformen und Digitaldesign in das Projekt ein. Hauptfokus ist die Unterstützung der Entwicklung eines Hardwarebeschleunigers für PQC.

Im Rahmen von Q-FENCE unterstützt das Institut die Integration und Validierung von Quantentechnologien für zukünftige Kommunikations- und Sicherheitsarchitekturen. Dabei leistet das Fraunhofer IPMS einen Beitrag zur Entwicklung praxisnaher Lösungen für sichere digitale Infrastrukturen und zur Vorbereitung Europas auf die Anforderungen des Post-Quanten-Zeitalters.

Q-FENCE vereint ein multidisziplinäres europäisches Konsortium aus Forschungseinrichtungen, Universitäten, Industriepartnern und Cybersicherheitsexperten. Das Konsortium kombiniert Expertise in Quantentechnologien, Kryptographie, sicherer Hardware, digitalen Infrastrukturen und der Implementierung von Cybersicherheitslösungen.

Organisationen und Partner

• South East Technological University (Koordinator, Irland)
• Fraunhofer-Gesellschaft (Deutschland)
• Politecnico di Torino (Italien)
• University of Luxembourg (Luxemburg)
• University College Cork (Irland)
• Spanish National Research Council (CSIC) (Spanien)
• Toshiba Europe Ltd. (Vereinigtes Königreich)
• LogiicDev GmbH (Österreich)
• University of Bucharest (Rumänien)
• Institute of Theoretical and Applied Informatics, Polish Academy of Sciences (Polen)
• Telespazio S.p.A. (Italien)

Assoziierte Partner

• Martel GmbH
• IoT Lab Association
• Mandat International Foundation