Computer-Systeme in Flugzeugen müssen höchsten Sicherheitsanforderungen genügen, denn ein Fehler könnte katastrophale Folgen haben. Deshalb sind in modernen Transportflugzeugen sicherheitskritische digitale Steuergeräte mehrfach redundant vorhanden, um Fehler sicher zu erkennen und zu mitigieren. Alleine für die Flugsteuerungsfunktion sind typischerweise an die 10 Computer notwendig. Das Institut für Luftfahrtsysteme (ILS, https://www.ils.uni-stuttgart.de/) untersucht einen neuartigen Ansatz: Mithilfe von Succinct Non-Interactive Arguments of Knowledge (SNARKs), einer Familie neuartiger kryptographischer Methoden, sollen Computer-Fehler zuverlässiger erkannt werden, sodass weniger redundante Rechner-Einheiten bei gleichen Sicherheitsanforderungen notwendig sind. Der Machbarkeitsbeweis wurde erstmals auf der Digital-Avionics-Conference (DASC) vorgestellt:
https://doi.org/10.1109/DASC58513.2023.10311290
Das große Problem dabei: Der benötigte Mehraufwand an Rechenleistung für die kryptographischen Operationen ist groß und ist eine Hürde für eine praktische Anwendung. Durch sorgfältig ausgewählte und zueinander abgestimmte kryptographische Bausteine und manuelle Optimierungen konnten wir den Aufwand deutlich reduzieren: An einem Demonstrator einer vereinfachten Nickachsensteuerung (Bild) konnte das Team um Doktorand Johannes Reinhart eine Reglerrate von 25Hz (im Vergleich zu vorher 10Hz) erreichen. Hierzu wurde unter anderem der SNARK-Schaltkreis zur Signaturüberprüfung verbessert, indem ein kompatibles Hashing namens Poseidon verwendet wird, und effizientere SNARK-kompatible Operationen für elliptische Kurven implementiert wurden.
