Hasta el día dehoy utilizamos sistemas basados en binario, es decir en 1 o 0, encendido y apagado, pero en este caso nos centraremos en algo que va más allá del mundo binario, y es el mundo cuántico, ¿a qué nos referimos con esto? Bien, las computadoras cuánticas basadas en principios de la mecánica cuántica permiten trabajar por fuera del estado binario, con esto puede llevar múltiples procesos a la vez, siendo por ende extremadamente rápido en resolver problemas criptográficos más eficazmente, un sistema cuántico podría romper cifrados rápidamente en comparación al binario (Podría tardar cientos de años en resolver “x” cifrado).
Criptografía post-cuántica(PQC):
La criptografía cuántica está basada en retículos, implica el Teorema de no clonación que garantiza la seguridad en esquemas como la Distribución Cuántica de Claves (QKD), ya que un intruso no puede copiar un estado cuántico y obtener la clave sin ser detectado. Si intentara hacerlo, cualquier intento de medición perturbaría el estado y los participantes (como Alice y Bob) sabrían que ha ocurrido un ataque.
Enunciado del Teorema:
Dado un estado cuántico ∣ψ⟩|, no existe una operación cuántica que pueda copiar este estado desconocido de manera perfecta. En otras palabras, no existe un proceso unitario U tal que para cualquier estado cuántico ∣ψ⟩|, se cumpla:
U(∣ψ⟩⊗∣0⟩)=∣ψ⟩⊗∣ψ⟩
Donde:
⦁ ∣ψ⟩ es el estado cuántico original.
⦁ ∣0⟩ es un estado base inicial vacío.
⦁ ∣ψ⟩⊗∣ψ⟩ es el estado que representaría la copia deseada del estado cuántico original.
Su fundamento radica en la dificultad de resolver ciertos problemas matemáticos asociados a estructuras geométricas compuestas de puntos distribuidos regularmente en un espacio multidimensional que, aunque son sencillas en pocas dimensiones, se vuelven increíblemente complejas en espacios de alta dimensión, en este contexto se puede imaginar como una cuadrícula infinita de puntos distribuidos regularmente en un espacio de múltiples dimensiones.
Los puntos en una estructura como esta son el resultado de sumar o restar múltiplos enteros de un conjunto base de vectores. Mientras que en dos dimensiones estas operaciones son relativamente sencillas, en dimensiones más altas, la resolución de estos problemas se vuelve computacionalmente difícil.
Distribución Cuántica de Claves (QKD):
La distribución de claves cuánticas (QKD) es un enfoque innovador que utiliza las propiedades cuánticas de la luz, en lugar de depender de la matemática compleja, para garantizar la seguridad en la generación y distribución de claves de cifrado entre dos partes. Este enfoque forma la base de las redes de seguridad cuántica, proporcionando una solución criptográfica que es resistente incluso contra los ataques realizados por computadoras cuánticas.
Funcionamiento de QKD:
Propiedades cuánticas de la luz
QKD se basa en principios de la física cuántica, como el principio de incertidumbre de Heisenberg y el teorema de no clonación, que garantizan que cualquier intento de interceptar las claves cuánticas generadas altera su estado, permitiendo a las partes detectar una intrusión.
Generación de claves aleatorias
Las claves de cifrado generadas mediante QKD son completamente aleatorias, lo que las hace prácticamente imposibles de predecir. A diferencia de los métodos tradicionales, donde las claves se generan mediante algoritmos matemáticos, QKD usa fotones (partículas de luz) para transmitir información sobre las claves.
Seguridad a prueba de ataques cuánticos
Una de las principales ventajas de QKD es que ofrece una seguridad a prueba de computadoras cuánticas. Mientras que las computadoras cuánticas pueden amenazar a la criptografía basada en algoritmos tradicionales (como RSA o ECC), QKD permanece seguro, ya que no depende de la dificultad computacional, sino de las leyes de la física cuántica.
Protocolo BB84
El protocolo más comúnmente utilizado en QKD es el BB84, desarrollado por Charles Bennett y Gilles Brassard en 1984. Este protocolo permite a dos partes, comúnmente llamadas Alice y Bob, intercambiar claves criptográficas de manera segura a través de un canal cuántico, mientras usan un canal público tradicional para verificar y corregir errores.
Garantía de detección de intrusos:
Uno de los aspectos más destacados de QKD es su capacidad para detectar cualquier intento de espionaje. Si un adversario intenta interceptar los fotones utilizados para generar las claves, su intervención alterará las propiedades cuánticas de los mismos, lo que alertará a las partes involucradas sobre la presencia de un intruso, y las claves afectadas pueden ser descartadas.
Pueden encontrar un laboratorio que simula el BB84 en el siguiente link.
Tecnologías actuales
La empresa japonesa Toshiba ha desarrollado sistemas de hardware asociados a QKD.
Conclusion
El mundo de la seguridad cuántica es complejo y amplio. A pesar de los avances alcanzados, aún queda mucho más por explorar. El mantenernos a la vanguardia es una necesidad imperante en el ámbito de la ciberseguridad, donde las amenazas y las tecnologías evolucionan día a día, exigiendo nuevas soluciones y enfoques innovadores para garantizar la protección de la información en un entorno cada vez más desafiante.
Referencias:
https://csrc.nist.gov/projects/post-quantum-cryptography
https://www.global.toshiba/ww/products-solutions/security-ict/qkd.html
