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Neuartiges Verfahren zur Atomwaffenkontrolle

Mit der Technik könnte zukünftig überprüft werden, ob Staaten sich an Abrüstungsverträge halten.

Ein inter­na­tio­na­les IT-For­scher­team aus Bochum, Prince­ton und Har­vard hat eine Tech­nik ent­wi­ckelt, mit der sich Ver­än­de­run­gen in Atom­waf­fen­la­gern beob­ach­ten las­sen, ohne dass dabei gehei­me Infor­ma­tio­nen über die Waf­fen preis­ge­ge­ben wer­den. Sie könn­te zukünf­tig hel­fen zu kon­trol­lie­ren, ob sich Staa­ten an Abrüs­tungs­ver­trä­ge hal­ten. Die Raum­über­wa­chung erfolgt phy­si­ka­lisch mit­tels Radio­wel­len; ein aus­ge­klü­gel­tes kryp­to­gra­fi­sches Ver­fah­ren macht den Pro­zess fäl­schungs­si­cher.

Aus wis­sen­schaft­li­cher Sicht stellt die Atom­waf­fen­kon­trol­le dabei eine maxi­ma­le Her­aus­for­de­rung dar: Poten­zi­el­le Angrei­fer sind in die­sem Fall nicht klei­ne­re Grup­pen von Hackern oder ande­re Kri­mi­nel­le, son­dern gan­ze Staa­ten. Die­se ver­fü­gen über annä­hernd unbe­grenz­te finan­zi­el­le Res­sour­cen und unein­ge­schränk­ten Zugang zu moderns­ter Angriffs­tech­no­lo­gie.

In dem inter­dis­zi­pli­nä­ren Pro­jekt koope­rie­ren Mit­glie­der des Bochu­mer Horst-Görtz-Insti­tuts für IT-Sicher­heit (HGI) eng mit ame­ri­ka­ni­schen Kol­le­gen von der Prince­ton Uni­ver­si­ty und der Har­vard Uni­ver­si­ty. Das Bochu­mer Wis­sen­schafts­ma­ga­zin Rubin berich­tet.

Radiowellenkarte zeigt Veränderungen

Um Ver­än­de­run­gen in einem Atom­waf­fen­la­ger fest­stel­len zu kön­nen, nut­zen die For­scher elek­tro­ma­gne­ti­sche Wel­len im Radio­be­reich. Die­se wer­den von Wän­den und Gegen­stän­den reflek­tiert, sodass sich eine Art ein­zig­ar­ti­ge Radio­wel­len­kar­te des Raums erzeu­gen lässt. Jede Ver­än­de­rung – etwa wenn ein Atom­spreng­kopf aus dem Lager ent­fernt wür­de – wür­de das Refle­xi­ons­mus­ter ändern und könn­te so detek­tiert wer­den. Staat A könn­te also die Atom­waf­fen­la­ger von Staat B kon­trol­lie­ren, indem er in regel­mä­ßi­gen Abstän­den eine Radio­wel­len­kar­te des Raums anfor­dert.

Aller­dings müs­sen wir ver­hin­dern, dass Staat B eine Radio­wel­len­kar­te von einem voll bestück­ten Atom­waf­fen­la­ger erstellt, spei­chert und dann immer wie­der an Staat A schickt, obwohl längst Spreng­köp­fe aus dem Lager ent­fernt wur­den“, erklärt Dr. Dr. Ulrich Rühr­mair vom HGI. Dafür haben die For­scher eine soge­nann­te Chal­len­ge in das Sys­tem ein­ge­baut, also eine Varia­ti­on in der Anfra­ge für die Radio­wel­len­kar­te zwi­schen den bei­den Staa­ten.

Täuschung vorbeugen

In dem zu kon­trol­lie­ren­den Raum wer­den dazu meh­re­re dreh­ba­re Spie­gel instal­liert, die sich fern­ge­steu­ert aus­rich­ten las­sen. Die Spie­gel reflek­tie­ren die Radio­wel­len und ändern so das Refle­xi­ons­mus­ter des Raums, wobei jede Spie­gel­stel­lung ein indi­vi­du­el­les Mus­ter erzeugt. Vor jeder Abfra­ge der Radio­wel­len­kar­te wür­de Staat A die Spie­gel in eine bestimm­te Anord­nung dre­hen. Als Ant­wort müss­te Staat B die Radio­wel­len­kar­te des Raums mit exakt die­ser Spie­ge­l­an­ord­nung schi­cken, und das inner­halb weni­ger Sekun­den. Das geht nur, wenn Staat B den Raum jedes Mal live mit Radio­wel­len und der aktu­el­len Spie­gel­stel­lung ver­misst; zuvor auf­ge­zeich­ne­te Radio­wel­len­kar­ten wären nutz­los.

Damit Staat A die Ant­wort auf Rich­tig­keit prü­fen kann, muss er bei Inbe­trieb­nah­me der Tech­nik die Refle­xi­ons­mus­ter des Raums für eine bestimm­te Anzahl ver­schie­de­ner Spie­gel­stel­lun­gen gemes­sen und gespei­chert haben.

Spiegelanordnung darf nicht vorhersagbar sein

Das Sys­tem tes­ten die IT-Sicher­heits­for­scher der­zeit in einem Con­tai­ner an der Ruhr-Uni­ver­si­tät mit Atom­waf­fen­at­trap­pen und 20 Spie­geln. Mit die­sem Set­ting kön­nen sie Mil­li­ar­den Tril­li­ar­den ver­schie­de­ner Spie­gel­stel­lun­gen erzeu­gen. „Eine Her­aus­for­de­rung dabei ist, dass der über­wach­te Staat nicht im Lauf der Zeit ler­nen darf, die nächs­te Spie­gel­stel­lung vor­her­zu­sa­gen“, sagt HGI-For­scher Prof. Dr. Chris­tof Paar. Dann könn­te er die erfor­der­li­che Radio­wel­len­kar­te even­tu­ell selbst erzeu­gen, ohne den Raum neu ver­mes­sen zu haben.

Um das zu ver­hin­dern, nut­zen die Bochu­mer IT-Exper­ten ein nicht vor­her­sag­ba­res kryp­to­gra­fi­sches Pro­to­koll, um die Spie­gel ein­zu­stel­len. „Wich­tig ist unter ande­rem, dass der Zusam­men­hang zwi­schen der Chal­len­ge und der Ant­wort dar­auf nicht durch ein linea­res Glei­chungs­sys­tem ein­deu­tig beschrie­ben wer­den kann, weil man das Sys­tem ansons­ten leicht mathe­ma­tisch über­lis­ten kann“, sagt Dr. Chris­ti­an Zen­ger, Grün­der des Start-ups Phy­sec, das eng in das Pro­jekt invol­viert ist. Glei­ches gilt für die Phy­sik, also für die Spie­gel­ma­te­ria­li­en, deren Refle­xi­ons­ei­gen­schaf­ten nicht line­ar sein soll­ten.

(Foto © Rober­to Schir­de­wahn)