Die Messlatte für die Möglichkeiten der sicheren Verschlüsselung höher legen
Von Gesundheitsakten über Finanzinformationen bis hin zu Industriegeheimnissen – in der Gesellschaft werden regelmäßig digitale Systeme für die Verarbeitung äußerst sensibler Daten verwendet. „Wir sind jetzt an einem Punkt angelangt, an dem die Frage nicht mehr lautet, wie man Daten verschlüsselt, sondern wie man auf deren Basis eine sichere Verarbeitung ermöglichen kann“, sagt Jean-Sébastien Coron, Leiter des Fachbereichs Informatik an der Universität Luxemburg. Bei der Beantwortung dieser Frage hilft das Team vom EU-finanzierten Projekt CLOUDMAP. Mit Unterstützung durch den Europäischen Forschungsrat(öffnet in neuem Fenster) zielte das Projekt darauf ab, die Grundlagen und die praktische Anwendbarkeit fortschrittlicher Verschlüsselungstechniken wie der homomorphen Verschlüsselung zu stärken, die Nutzerinnen und Nutzern eine direkte Verarbeitung verschlüsselter Daten ermöglicht, ohne diese zuvor entschlüsseln zu müssen.
Auf dem Weg zu einer robusteren fortgeschrittenen Verschlüsselung
Zum Erreichen dieses Ziels strebten die Forschenden ein tieferes mathematisches Verständnis neuer kryptographischer Primitive an, darunter homomorphe Verschlüsselung, multilineare Abbildungen und neue gitterbasierte Verschlüsselungssysteme. „Eine unserer wichtigsten Entdeckungen waren neue kryptoanalytische Ergebnisse, die bisher unbekannte Schwachstellen in bekannten Konstruktionen von multilinearen Abbildungen offenlegten und dazu beitragen, die realistischen Sicherheitsgrenzen bei Obfuscation und verwandten Werkzeugen zu verdeutlichen“, erklärt Coron, der als Projektkoordinator fungierte. Das Projekt zielte ferner auf eine deutliche Effizienzsteigerung ab, insbesondere in Bezug auf anspruchsvolle Operationen wie dem Bootstrapping bei der homomorphen Verschlüsselung und dem Schutz vor Seitenkanalangriffen hoher Ordnung. „Im Hinblick auf die Seitenkanalresistenz wurden über das Projekt asymptotisch optimale Gegenmaßnahmen sowie hochmoderne Maskierungstechniken hoher Ordnung für Post-Quantum-Schemata eingeführt, die jetzt standardisiert werden – Ergebnisse, die die fortgeschrittene Verschlüsselung wesentlich robuster gegen physikalische Angriffe machen“, fügt Coron hinzu.
Neue kryptographische Werkzeuge in die Praxis umsetzen
Ein weiterer wichtiger Aspekt der Projektarbeit war das Ziel, die Kluft zwischen Theorie und Praxis zu überbrücken und sicherzustellen, dass kryptographische Werkzeuge tatsächlich bei echter Hardware eingesetzt werden können – einschließlich Embedded- und Constraint-Plattformen. „Wir haben nicht nur Grenzen und Schwachstellen ermittelt, sondern auch untersucht, wie theoretische Erkenntnisse in praktikablere Designs einfließen können, die zu neuen Algorithmen, Primitiven und messbaren Effizienzsteigerungen führen“, bemerkt Coron. „Dieses Zusammenspiel trägt zu einer höheren Relevanz der fortschrittlichen kryptographischen Forschung für reale Anwendungen bei.“ Im Laufe des Projekts passten sich die Forschenden an wichtige Entwicklungen auf diesem Gebiet an. Als sich beispielsweise mehrere vorgeschlagene Konstruktionen mit multilinearen Abbildungen als unsicher erwiesen und gitterbasierte und homomorphe Techniken schnelle Fortschritte machten, reagierten die Forschenden darauf, indem sie Schwachstellen in den bestehenden Techniken aufdeckten und robustere, effizientere Alternativen vorschlugen.
Datenschutzfreundliche Technologien unterstützen
Das CLOUDMAP-Projekt hat unser Verständnis über sichere und unsichere Verfahren erfolgreich erweitert – eine Erkenntnis, die dazu beitragen könnte, dass die Einführung anfälliger Systeme verhindert wird. Seine Arbeit unterstützt zudem datenschutzfreundliche Technologien, welche die Analyse von Daten ermöglichen, ohne diese offenzulegen. „Da wir die Messlatte für die Möglichkeiten der sicheren und effizienten Verschlüsselung deutlich höher gelegt haben, leisteten wir einen Beitrag dafür, dass zukünftige digitale Systeme in einer Post-Quantenwelt sowohl leistungsfähig als auch vertrauenswürdig bleiben können“, lautet das Fazit von Coron. Nach dem offiziellen Abschluss des Projekts konzentrieren sich die Forschenden nun darauf, die Techniken zu verfeinern und sie in weiter gefasste kryptographische Ökosysteme zu integrieren, einschließlich sicherer künstlicher Intelligenz und datenschutzfreundlicher Datenanalyse.
