Migration zu PQC: Hybride Ansätze

Der Übergang von klassischer zu Post-Quanten-Kryptografie ist die größte kryptografische Migration der Geschichte – komplexer als das Upgrade auf RSA mit 2048 Bit oder die Abkündigung von SHA-1. Dafür müssen Protokolle, Bibliotheken, HSMs, Zertifikate und Code gleichzeitig aktualisiert werden.

Hybrides KEM = klassisches KEM + PQC-KEM. Gemeinsames Geheimnis = KDF(classical_secret || pqc_secret). Sicherheit: Beide Verfahren müssen gebrochen werden. Ein Quantenangreifer bricht ECDH, aber nicht Kyber. Ein klassischer Angreifer bricht keines von beiden. Das bietet während der Übergangsphase zusätzliche Sicherheit durch eine mehrschichtige Verteidigung.

Google Chrome und Cloudflare haben 2023 X25519Kyber768 (eine Kombination aus ECDH X25519 und Kyber-768) in TLS 1.3 eingesetzt. Der IETF-Entwurf draft-ietf-tls-hybrid-design definiert das Nachrichtenformat. Beide Seiten handeln den kombinierten Key Share in der bestehenden TLS-ClientHello-Erweiterung aus.

X.509-Zertifikate verwenden derzeit öffentliche RSA- oder ECDSA-Schlüssel. Migrationspfad: (1) Stellen Sie Zertifikate mit zwei Algorithmen aus (klassisch + PQC), (2) verwenden Sie PQC-Schlüssel für Zwischenzertifizierungsstellen, (3) stellen Sie Root-CAs zuletzt um. Das CA/Browser Forum entwickelt Profile für PQC-Zertifikate.

Viele HSMs können nicht per Firmware-Update für PQC-Algorithmen fit gemacht werden. Hardware-Erneuerungszyklen dauern 5–10 Jahre. Organisationen müssen die Firmware-Roadmaps ihrer HSMs prüfen, den Hardwareaustausch planen und während des Übergangs softwarebasierte PQC-Bridges für ältere HSMs in Betracht ziehen.

Schritt 1: Erstellen Sie ein Inventar der Kryptografie. Identifizieren Sie: jeden RSA-/ECC-Schlüssel und jedes Zertifikat, jeden DH-Schlüsselaustausch und jede Protokollversion. Verwenden Sie dazu Cipher-Suite-Scanner, Tools zur Zertifikatsinventarisierung und statische Codeanalyse für Kryptografieaufrufe. Dokumentieren Sie die Lebensdauer aller Assets.

Höchste Dringlichkeit: langlebige Daten (klassifizierte Daten, medizinische Unterlagen) – heute durch Harvest-now-Decrypt-later-Angriffe gefährdet. Als Nächstes: Schlüsselaustausch in Protokollen (TLS, SSH, VPN) – zuerst mit hybriden KEMs migrieren. Geringste Dringlichkeit: Signaturen auf kurzlebigen Daten (Sitzungstokens).

Python: Verwenden Sie pyca/cryptography mit liboqs-Backend für ML-KEM. Java: BouncyCastle-PQC-Modul. Rust: pqcrypto-Crates. Ersetzen Sie: rsa.generate_private_key() → ML-KEM keygen; ecdh_key_agreement() → ML-KEM encap/decap. Kapseln Sie dies über eine Crypto-Agility-Schicht.

Krypto-Agilität: Entwerfen Sie Systeme so, dass Algorithmen ohne Codeänderungen ausgetauscht werden können. Verwenden Sie Felder für Algorithmusbezeichner, Schlüsseltyp-Register und austauschbare Backends. Vermeiden Sie fest codierte Algorithmusnamen in Serialisierungsformaten. Dadurch wurde die Migration von SHA-1 zu SHA-256 ermöglicht und künftig auch die Migration von RSA zu PQC.

Testen Sie mit Known-Answer-Testvektoren aus den NIST-PQC-Referenzimplementierungen. Validieren Sie mit der OQS-OpenSSL-Interoperabilitätstestsuite. Testen Sie hybrides TLS mit oqs-provider für OpenSSL. Überwachen Sie die NIST-FIPS-203/204/205/206-Errata-Seiten auf Aktualisierungen der Implementierungshinweise.

Empfehlungen von NIST/NSA: (1) Stellen Sie ab sofort keine neuen RSA/ECC-Systeme mehr bereit. (2) Führen Sie hybriden Schlüsselaustausch in TLS und VPNs bis 2025–2026 ein. (3) Migrieren Sie Zertifikate bis 2028–2030 zu PQC. (4) Schließen Sie die vollständige Migration (einschließlich HSMs) bis 2035 ab, bevor sich das CRQC-Risiko materialisiert.

Warum sind heute verschlüsselte Daten (mit RSA/ECDH) gefährdet, obwohl es noch keine Quantencomputer gibt?

Bei der PQC-Migration werden während der Übergangsphase hybride KEMs (klassisch + PQC) eingesetzt. Priorisieren Sie langlebige Daten und den Schlüsselaustausch. Führen Sie ein Krypto-Inventar durch, aktualisieren Sie die Hardware und setzen Sie Krypto-Agilität durch. NIST empfiehlt eine vollständige Migration bis 2035. Als Nächstes: Blockchain-Kryptografie – Merkle-Bäume und PoW.