Drahtlos aber sicher durch Vollduplextechnik

Tra­di­tio­nell wer­den sol­che An­grif­fe ver­hin­dert, indem die Nutz­da­ten vor­her mit einem kryp­to­gra­fi­schen Schlüs­sel ver­schlüs­selt wer­den. Dabei wer­den diese Schlüs­sel mit­hil­fe von ma­the­ma­ti­schen Pro­blem­stel­lun­gen er­zeugt, die für die le­gi­ti­mier­ten Nut­zer recht ein­fach, für den Ab­hö­rer aber schwer zu lösen sind. Sol­che An­sät­ze er­for­dern je­doch meis­tens eine kom­ple­xe In­fra­struk­tur für die Schlüs­sel­ver­wal­tung. Ein al­ter­na­ti­ver An­satz zur Er­zeu­gung kryp­to­gra­fi­schen Schlüs­sel be­ruht auf der Idee, die Ei­gen­schaf­ten der phy­si­ka­li­schen Um­ge­bung, in der sich die Funk­teil­neh­mer be­fin­den (draht­lo­ser Kanal), als Ge­heim­nis zu ver­ein­ba­ren. Funk­wel­len ver­hal­ten sich grund­sätz­lich re­zi­prok, d.h. bei der Aus­brei­tung von Sen­der zu Emp­fän­ger er­fah­ren die Funk­wel­len die glei­chen Ver­än­de­run­gen wie in um­ge­kehr­ter Rich­tung. Die Aus­brei­tung der Funk­wel­len zum An­grei­fer hin ver­läuft je­doch an­ders und somit kann das Ge­heim­nis be­wahrt blei­ben.

For­scher am Lehr­stuhl für Di­gi­ta­le Kom­mu­ni­ka­ti­ons­sys­te­me (DKS) unter der Lei­tung von Prof. Dr.-Ing. Aydin Sez­gin be­schäf­ti­gen sich mit der Frage, wie eine sol­che Schlüs­se­l­er­zeu­gung ro­bus­ter gegen Ab­hö­rer ge­stal­tet wer­den kann, die sich in der Nähe der le­gi­ti­mier­ten Funk­teil­neh­mer be­fin­den. Dazu ver­wen­den sie eine zen­tra­le Tech­no­lo­gie zu­künf­ti­ger Funk­stan­dards: die Voll­du­plex­tech­nik. Dabei han­delt es sich um die Idee, zur glei­chen Zeit auf dem glei­chen Fre­quenz­band zu sen­den und zu emp­fan­gen. Die For­scher konn­ten zei­gen, dass es unter der Ver­wen­dung der Voll­du­plex­tech­nik für einen Ab­hö­rer er­heb­lich schwie­ri­ger wird, die Ei­gen­schaf­ten des draht­lo­sen Ka­nals zu er­mit­teln. Diese Er­kennt­nis wurde zu­nächst theo­re­tisch am Sys­tem­mo­dell ge­zeigt.

Um die­ses Er­geb­nis auch ex­pe­ri­men­tell be­le­gen zu kön­nen, wurde ein Auf­bau mit voll­du­ple­x­fä­hi­gen Pro­to­ty­pen er­stellt. Eine we­sent­li­che Her­aus­for­de­rung für den Voll­du­ple­x­be­trieb be­steht darin, dass der Sen­der den ei­ge­nen Emp­fän­ger durch den gleich­zei­ti­gen Be­trieb stört (Selbst­in­ter­fe­renz). Ge­mein­sam mit Herrn Priv.-Doz. Dr.-Ing. Ge­rald Enz­ner vom Lehr­stuhl All­ge­mei­ne In­for­ma­ti­ons­tech­nik und Kom­mu­ni­ka­ti­ons­a­kus­tik (AIKA) wurde ein ad­ap­ti­ver Al­go­rith­mus ent­wi­ckelt, wel­cher die Selbst­in­ter­fe­renz er­folg­reich ent­fernt. Die Er­kennt­nis­se zur ro­bus­te­ren Er­zeu­gung der kryp­to­gra­fi­schen Schlüs­sel aus Ka­nal­ei­gen­schaf­ten konn­ten an­schlie­ßend ex­pe­ri­men­tell ve­ri­fi­ziert wer­den.