Multipath Key Reinforcement in Weitverkehrsnetzen

Durch die drohende Existenz von praktikablen Quantencomputern steigt das Verlangen nach quantenresistenten Schlüsselaustauschprotokollen immer weiter. Vor allem in Weitverkehrsnetzen (WANs) ist das Absichern der Kommunikation entscheidend. Dabei setzt der momentane Stand der Wissenschaft auf die Post-Quanten-Kryptographie (PQC). Verfahren aus dieser Klasse haben aber entscheidende Nachteile: das Vertrauen in die Sicherheit fehlt oder die Performance ist im Vergleich zu etablierten Verfahren schlecht. Die Nachteile schließen sich dabei nicht gegenseitig aus. Aufgrund dessen wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Schlüsselaustauschprotokoll entwickelt, welches auf Verfahren aus der PQC verzichtet. Das Verfahren bestimmt dabei möglichst viele Pfade, über die jeweils eine Zufallszahl ausgetauscht wird. Diese Zufallszahlen werden dann zu einem gemeinsamen Schlüssel abgeleitet. Die Erkundung der Wege ist dabei die zentrale Aufgabe des Protokolls, da sich die Sicherheit auf die Diversität und Anzahl der Pfade stützt, und wird mithilfe von begrenzten Fluten gelöst. Zusätzlich kann das Protokoll die erreichte Sicherheit automatisiert bewerten. Ein Quantencomputer stellt dabei keine große Bedrohung dar, da ein Angreifer alle Pfade kompromittieren muss, um den Schlüssel abzuleiten. Das Konzept wird dabei in ein VPN-Autokonfigurationsnetz integriert. Mithilfe einer Simulation wird dann das Konzept evaluiert, um die Eigenschaften Skalierbarkeit, Robustheit und Sicherheit zu untersuchen. Das entwickelte Konzept bietet dabei zusätzlich zu der Quantenresistenz hohe Robustheit gegenüber dynamischen Änderungen im Netz, logarithmische Abhängigkeit der Paketgröße von der Netzgröße und eine hohe Diversität der Pfade.