Criptografía segura cuántica: se necesita un salto cuántico ahora
Los empleados trabajan en el Centro de Operaciones Cibertácticas … [+] del Comando X-Force de International Business Machines Corp. (IBM) dentro de un camión de carga en Londres, Reino Unido, el lunes 21 de enero de 2019. IBM dio otro paso para traer desde el mundo de la computación cuántica hasta las aplicaciones comerciales, y la directora ejecutiva, Ginni Rometty, prevé resultados reales a partir de 2021. Fotógrafo: Luke MacGregor/Bloomberg
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Nos demos cuenta o no, la criptografía es el elemento fundamental en el que se basa nuestra vida digital. Sin suficiente criptografía y la confianza inherente que engendra, cada aspecto de la condición humana digital que conocemos y en la que confiamos hoy nunca habría llegado a buen término y mucho menos continuaría evolucionando a su asombroso ritmo actual. Internet, las firmas digitales, la infraestructura crítica, los sistemas financieros e incluso el trabajo remoto que ayudó al mundo a avanzar con dificultad durante la reciente pandemia mundial se basan en una suposición fundamental: que el cifrado actual empleado en la actualidad es indescifrable incluso para las computadoras más poderosas que existen. . Pero, ¿y si esa suposición no solo fuera desafiada sino comprometida de manera realista?
Esto es exactamente lo que sucedió cuando Peter Shor propuso su algoritmo en 1995, denominado Algoritmo de Shor. La clave para desbloquear el cifrado en el que se basa la seguridad digital actual es encontrar los factores primos de los números enteros grandes. Si bien la factorización es relativamente simple con números enteros pequeños que tienen solo unos pocos dígitos, la factorización de números enteros que tienen miles de dígitos o más es otra cuestión completamente diferente. Shor propuso un algoritmo cuántico de tiempo polinomial para resolver este problema de factorización. Dejaré que los matemáticos más calificados expliquen la teoría detrás de este algoritmo, pero baste decir que cuando se combina con una computadora cuántica, el Algoritmo de Shor reduce drásticamente el tiempo que llevaría factorizar estos números enteros más grandes en múltiples órdenes de magnitud.
Antes del Algoritmo de Shor, por ejemplo, la computadora más potente de la actualidad tardaría millones de años en encontrar los factores primos de un entero compuesto de 2048 bits. Sin el algoritmo de Shor, incluso las computadoras cuánticas tardarían una cantidad de tiempo tan excesiva en realizar la tarea que los malos actores la dejarían inutilizable. Con el Algoritmo de Shor, esta misma factorización puede lograrse potencialmente en cuestión de horas.
Dicho esto, incluso con este algoritmo innovador, todavía se requiere una computadora cuántica para comprometer el cifrado actual. Esto plantea la pregunta, ¿por qué nosotros, como industria, debemos abordar este problema ahora, antes de tener computadoras cuánticas prácticas? En primer lugar, esta eventualidad no es una consecuencia potencial sino inevitable del progreso actual de la computación cuántica. Según el Dr. Michele Mosca, del Instituto de Computación Cuántica de la Universidad de Waterloo, "hay una probabilidad de 1 en 7 de que la criptografía fundamental de clave pública se rompa cuánticamente para 2026 y una probabilidad de 1 en 2 de que ocurra lo mismo para 2031". .” Estos plazos y la capacidad de almacenar datos confidenciales actuales dan lugar a la segunda razón: un concepto llamado "Cosechar ahora, descifrar más tarde". Un porcentaje materialmente significativo de datos confidenciales seguirá siendo relevante en este período de tiempo, y esos son datos que actualmente no están protegidos contra las técnicas de descifrado basadas en cuánticas. Este concepto permite a los malhechores "recolectar" los datos ahora y actuar sobre ellos más adelante cuando la tecnología haya madurado para hacer que el descifrado de esos datos sea práctico y viable.
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Como tal, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) ha estado liderando el cambio desde 2016 para la estandarización de la criptografía cuántica segura. Después de varias rondas de presentaciones de algoritmos, se seleccionaron cuatro finalistas en julio de 2022 y tres de esos cuatro algoritmos fueron creados por IBM junto con sus socios industriales y académicos. Esto no es del todo sorprendente dado que, además de su trabajo en el cifrado seguro cuántico, IBM también es una fuerza impulsora en la computación cuántica y planea introducir un nuevo sistema qubit 4k para 2025 e incluso está trabajando para resolver los problemas técnicos para finalmente llegar a un Sistema de 1 millón de qubits. Entre estos cuatro algoritmos, se abordan el cifrado de clave pública y el establecimiento de clave, así como las firmas digitales.
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Estos algoritmos criptográficos de seguridad cuántica no podrían haber llegado en mejor momento. La infraestructura digital, como pasaportes, vehículos, infraestructura crítica y transporte público, requiere mucho tiempo para actualizarse, con algunos períodos de tiempo que abarcan entre 10 y 50 años. El uso de esa infraestructura digital ya es generalizado y seguirá aumentando exponencialmente a medida que se introduzcan nuevos casos de uso y aplicaciones. Cuanto más dependamos de la infraestructura digital y más datos confidenciales almacenemos en esa infraestructura digital, mayor será la motivación para que los malos actores comprometan el cifrado que protege esos datos. La industria está lista para dar un salto cuántico tanto en criptografía como en computación. Ahora es el momento de dar ese salto.
