SQuIRRL — Secure Quantum Infrastructure for Rail, Road, and Flight

Etablierte Verschlüsselung beruht darauf, dass bestimmte Rechenaufgaben zu aufwendig sind, um sie zu lösen. Gegen die erwartete Leistung von Quantenrechnern trägt diese Annahme nicht mehr. Der Quantenschlüsselaustausch (Quantum Key Distribution, QKD) stützt sich stattdessen auf die Gesetze der Quantenmechanik und tauscht Schlüssel so aus, dass ein Mithören auffällt.

SQuIRRL arbeitet an zwei Stellen: an kostengünstigen, skalierbaren und gehärteten Kommunikationseinheiten für verschränkungsbasierte QKD-Lösungen, und an Kommunikationskonzepten für Anwendungsfälle in der Mobilität, die darauf aufsetzen.

Warum Mobilität die Sache schwer macht

QKD braucht eine physikalische Verbindung für den Schlüsselaustausch. In der Mobilität lässt sich aber gerade nicht vorhersagen, wer wann mit wem spricht: Züge und Flugzeuge fahren zwar nach Fahrplan, nehmen aber Umleitungen, und der Halter eines Elektroautos zieht um. Genau dafür braucht es neue Architekturen.

Dazu kommt die körperliche Zugänglichkeit der Anlagen. Im Bahnbetrieb liegen Balisen zur Ortung zwischen den Schienen — sicherheitsrelevant und mit realistischem Aufwand manipulierbar. Für Weichen, Signale, Triebfahrzeuge und Stellwerke gilt dasselbe mit höherem Aufwand und größerer Wirkung.

Was demonstriert wird

Die technische Machbarkeit weist das Projekt in drei Domänen nach: im Bahnbetrieb für die Kommunikation zwischen Feldelementen und Stellwerk, für den Funk zwischen Triebfahrzeug und Stellwerk und für authentische Anweisungen zwischen Personal auf dem Fahrzeug und an der Strecke; im Automobilbereich für Ladeinfrastruktur, Software-Updates und V2X-Kommunikation; in der Luftfahrt für die eindeutige Kennung von Avionikkomponenten an Bord.

In allen drei Domänen gelten strenge Zulassungsanforderungen — von ISO, ETSI, UNECE, UIC, ERA, EBA, BSI, EUROCAE und RTCA. Die Zulassungsfähigkeit ist deshalb keine nachgelagerte Frage, sondern läuft in der Entwicklung mit.

Förderung und Verbund

Das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR, vormals BMBF) fördert SQuIRRL über drei Jahre mit insgesamt über fünf Millionen Euro. Verbundpartner sind Quantum Optics Jena, die Technische Universität Chemnitz, die Technische Universität Berlin, die Technische Hochschule Ingolstadt, die Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden, das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS, die Universität Stuttgart und X-Fab Global Services.