Forscher der King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) haben ein hochentwickeltes Authentifizierungssystem vorgestellt, das künstliche Intelligenz mit ultrakleinen Lasern kombiniert, um die Sicherheit moderner Netzwerke grundlegend zu verbessern. Das Verfahren wurde kürzlich in der Fachzeitschrift Nature Electronics publiziert und adressiert die wachsenden Sicherheitsbedürfnisse bei Milliarden von vernetzten Geräten in Cloud-Diensten und dem Internet der Dinge. Bisher stützt sich die digitale Sicherheit häufig auf statische kryptografische Schlüssel. Diese festen digitalen Codes werden verwendet, um Daten zu verschlüsseln, erweisen sich jedoch in großen, dynamischen Umgebungen oft als problematisch, da sie schwer zu schützen sind und bei einer großen Anzahl von Geräten zunehmend an Effizienz verlieren. Das neue System von KAUST bricht mit diesem Ansatz. Statt statischer Schlüssel generiert es Authentifizierungsdaten auf Abruf direkt aus den physikalischen Dynamiken eines Chips. Im Kern nutzt das Team chaotische Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers (VCSELs). Diese kleinen, halbleiterbasierten Laser emittieren Licht vertikal aus ihrer Oberfläche. Das von ihnen erzeugte optische Signal ist chaotisch und für Außenstehende praktisch nicht vorhersagbar oder nachzumachen. Dennoch besitzt jedes einzelne Gerät unter gleichen Betriebsbedingungen wiedererkennbare statistische Merkmale. Forscher betrachten dies als einen einzigartigen Hardware-Fingerabdruck. Künstliche Intelligenz-Algorithmen dienen als Verifikatoren, die diese komplexen Signale in Bruchteilen einer Sekunde analysieren und den Zugriff nur für legitime Geräte freigeben. Die experimentellen Tests ergaben beeindruckende Leistungsdaten. Die Laseremitter erreichten Übertragungsraten von über 500 Gigabit pro Sekunde bei einer Latenz von nur etwa zehn Nanosekunden. Gleichzeitig lag der Energieverbrauch pro Bit unter einer Pikojoule, was das System besonders energiesparend macht. Durch Variation von Gerätetyp, Stromstärke oder Temperatur lassen sich zudem zahlreiche unterschiedliche Herausforderungs-Antwort-Szenarien auf derselben Hardwareplattform realisieren, was die Sicherheit weiter erhöht. Die Wissenschaftler betonen, dass ihr Beitrag weit über die bloße Erzeugung chaotischen Lichts hinausgeht. Sie haben ein vollständiges Authentifizierungsframework geschaffen, das dynamische Schlüsselgenerierung, KI-basierte Verifikation, geschützte Übertragung und ein neuartiges Hardware-Design umfasst. Dies etabliert photonische Hardware als neue Basis für die Sicherheit in Cloud-, Edge- und IoT-Systemen, bei der Schlüssel nicht gespeichert, sondern physikalisch generiert werden. Aktuell befindet sich die Technologie noch im Forschungsstadium als Prototyp. Das Team arbeitet jedoch intensiv an der Weiterentwicklung, um sie für den realen Einsatz bereit zu machen. Geplant sind Verbesserungen der Verpackungstechnik, die Entwicklung standardisierter Herstellungsverfahren sowie Langzeittests unter realen Bedingungen wie Temperaturschwankungen und Gerätealterung. Zukünftig sollen die Systeme auf größere VCSEL-Arrays skaliert und die photonischen Entropiequellen enger mit elektronischer Steuerungs- und Signalverarbeitung sowie KI-Verifikation integriert werden. Zudem sind umfangreiche Sicherheitstests unter Berücksichtigung größerer Angriffsszenarien in typischen Einsatzumgebungen vorgesehen. Dies könnte in absehbarer Zeit eine neue Ära für die sichere Kommunikation zwischen Milliarden von Geräten einläuten.