MANTIS

Das Projekt MANTIS erforscht und entwickelt photonisch integrierte Komponenten und Systemansätze für Measurement Device Independent Quantum Key Distribution (MDI-QKD) mit dem Ziel, eine sichere Kommunikationslösung für kritische Infrastrukturen, insbesondere Gasleitsysteme, bereitzustellen. Durch den Einsatz von Quantenkommunikationstechnologien soll die Sicherheit von Leitsystemen erhöht und die Widerstandsfähigkeit gegenüber Cyberangriffen verbessert werden.

Ein besonderer Fokus liegt auf der Entwicklung einer messgerätunabhängigen QKD-Technologie, die besonders robust gegenüber Seitenkanalangriffen ist. Dabei wird die technische Umsetzbarkeit und der Nutzen dieser Technologie für Energie- und Gasleitsysteme evaluiert.

MANTIS wird zudem neue Technologieansätze für photonisch integrierte Schaltkreise (PICs) und FPGA-basierte Postprocessing-Systeme für QKD-Systeme vorantreiben, um eine skalierbare und wirtschaftlich einsetzbare Sicherheitslösung zu ermöglichen.

Die Digitalisierung und Vernetzung von Energie- und Gasnetzen erhöht die Sicherheitsanforderungen an die Kommunikationsinfrastruktur. Kritische Infrastrukturen sind zunehmend Ziel von Cyberangriffen, insbesondere durch Timing- und Blinding-Attacken, welche die Funktionalität der bestehenden Kommunikationssicherheit gefährden.

MDI-QKD bietet hier eine innovative Lösung:

• Sichere Schlüsselverteilung: Angriffe auf Detektorsysteme werden durch die Trennung von Sender- und Empfängermodulen eliminiert.
• Skalierbarkeit: Mehrere Nutzer können über eine zentrale, nicht vertrauenswürdige Relaisstation sicher kommunizieren, was kosteneffiziente Multi-User-Netzwerke ermöglicht.
• Robustheit: Durch den Einsatz von Lithium Niobate on Insulator (LNOI) für die photonische Integration wird eine höhere Effizienz, Miniaturisierung und Stabilität gegenüber externen Störungen erreicht.
• Zukunftssicherheit: Quantencomputer bedrohen klassische Verschlüsselungsverfahren; MDI-QKD ist quantensicher und zukunftsbeständig.

MANTIS zielt darauf ab, ein demonstrierbares System für Gasleitnetze zu entwickeln, um die Sicherheit der Kommunikationsverbindungen zwischen Produktiv- und Backup-Systemen zu bewerten und zu verbessern.

Das Projekt gliedert sich in mehrere technologische Entwicklungen:

1. Entwicklung von photonisch integrierten Sender- und Empfängermodulen für MDI-QKD.
2. Implementierung eines FPGA-basierten Postprocessing-Systems für eine effiziente Verarbeitung und Schlüsselgenerierung.
3. Untersuchung und Absicherung von Seitenkanälen sowie die Entwicklung robuster Synchronisationsalgorithmen.
4. Integration und Demonstration der Technologie in einer realen Anwendung im Kontext eines Gasleitsystems.

MANTIS setzt dabei auf die Expertise eines interdisziplinären Konsortiums, das Forschung, Industrie und angewandte Technologieentwicklung verbindet.

Fördergeber: 

Das Projekt wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Bekanntmachung „Sicherer Einsatz von Quantenkommunikation in der Anwendung“ gefördert.

Projektpartner:

• Fraunhofer IOF: Projektkoordinator 
• Fraunhofer IIS/EAS – Entwicklung der FPGA-Postprocessing-Module für MDI-QKD.
• Fraunhofer FIT – Bewertung der Cybersicherheit und Demonstration in Gasleitsystemen.
• PSI Software SE – Integration der QKD-Technologie in bestehende Leitsysteme.
• WWU Münster – Entwicklung photonisch integrierter Schaltungen für die Bell-Zustandsmessung.

• Quantum Optics Jena (assoziiert)
• Pixel Photonics (assoziiert)