Traducción al español de How quantum computers will reshape the cryptographic landscape
Publicado en Digital Bulletin por el Profesor Aggelos Kiayias.
El profesor Aggelos Kiayias, Jefe Científico en IOHK, explica por qué la computación cuántica es una oportunidad y no una amenaza para la seguridad informática.
A finales del año pasado, Google afirmó que había logrado el Santo Grial de la “supremacía cuántica”, la capacidad de los ordenadores cuánticos para resolver problemas que van más allá de los ordenadores clásicos. El gigante de la búsqueda anunció que había realizado un cálculo en 200 segundos que le habría llevado al ordenador clásico más poderoso del mundo 10.000 años. Esto naturalmente evoca visiones de una futura supercomputadora de poder insondable capaz de resolver algoritmos criptográficos previamente irrompibles.
En teoría, esto dejaría a los protocolos de seguridad convencionales, e incluso a las blockchains vulnerables a los ataques cuánticos. Por ejemplo, las computadoras cuánticas capaces de realizar grandes cálculos instantáneamente podrían romper las firmas digitales utilizadas actualmente, y acelerar considerablemente los cálculos de hashes criptográficos; tales primitivas son las que forman el escudo protector que asegura los protocolos de las blockchains, pero también de muchas otras tecnologías, como la infraestructura mundial de tecnología de la información y las comunicaciones.
No cabe duda que las computadoras cuánticas reconfigurarán el panorama criptográfico y dejarán potencialmente vulnerables a ataques a muchos criptosistemas clásicos. Para abordar esta seria consideración, tenemos que estudiar el uso de la criptografía cuántica, que, por defecto, tiene por objetivo combatir “fuego con fuego” por así decirlo, y frustrar a los adversarios cuánticos utilizando los mismos medios, o profundizar en la investigación de los algoritmos clásicos para que sean seguros para la computación cuántica.
De manera importante, ambos enfoques tendrán serias repercusiones y plantearán conjuntos de problemas. Primero, tendremos que considerar el impacto de equipar cuánticamente nuestra infraestructura de tecnología informática para esas tareas, como el intercambio de claves, por ejemplo, para el que tengamos equivalentes de criptografía cuántica. Segundo, tendremos que comprender la seguridad de los nuevos algoritmos, y en gran parte no probados, así como cuantificar la penalización de rendimiento en la que se incurrirá frente a sus homólogos cuánticos no seguros.
Profesor Aggelos Kiayias, Jefe Científico en IOHK.
Un reciente avance en la investigación por parte de los científicos de la Universidad de NYC, la Universidad de Princeton, la Universidad de Edimburgo, NTT Research e IOHK (una empresa de ingeniería que crea sistemas blockchains basados en la ciencia revisada por pares) ha indicado que podría ser posible crear un feliz matrimonio entre la criptografía cuántica y la clásica. En este trabajo, el equipo encontró que la criptografía híbrida cuántica/clásica, que aprovecha los beneficios conjuntos de las características clásicas y cuánticas, ofrece un camino para asegurar la blockchain y demás sistemas informáticos convencionales.
Una característica de la mecánica cuántica que durante mucho tiempo se ha considerado una mina de oro para las aplicaciones criptográficas es la no clonación. Simplemente afirma que es imposible copiar un estado cuántico. En el trabajo anterior, aprovechamos la no-clonación cuántica y alguna sofisticada criptografía clásica cuántica segura para crear “firmas de un solo uso”. Tal esquema de firma posee una única clave secreta cuántica autodestructiva que puede ser usada para firmar un mensaje. Sin embargo, la verificación de la firma puede hacerse de forma totalmente clásica.
Es crucial que esta característica de la informática cuántica pueda aprovecharse para impulsar la ciberseguridad de los sistemas informáticos clásicos, como la blockchain o los sistemas de pago online, debido a su capacidad de verificación informática clásica. De esta manera, este sistema muestra cómo aprovechar los beneficios de la mecánica cuántica para salvaguardar las transacciones informáticas clásicas.
Por ejemplo, el dinero cuántico es una forma novedosa de dinero inmune a la falsificación. El uso de firmas de un solo uso permite enviar dinero cuántico mediante mensajes clásicos utilizando su capacidad de emitir certificados, que es la piedra angular de la infraestructura clásica de claves públicas.
Para acuñar un billete de cierto valor, cualquiera crea simplemente un par de claves secretas/públicas para un esquema de firma de un sólo uso, y lo valida de alguna manera, por ejemplo, en un entorno despermisionado atándolo a una prueba de trabajo, o, en un entorno permisionado consiguiendo que lo certifique una autoridad de acuñación. En el primer caso, la oferta total de dinero cuántico se controla mediante la potencia de cálculo disponible; en el segundo caso, lo determina la autoridad de acuñación. Posteriormente, las transferencias de dinero cuántico pueden tener lugar sucesivamente de forma totalmente igualitaria utilizando únicamente la comunicación clásica y sin la asistencia de una autoridad. Este esquema de dinero cuántico también puede hacerse infinitamente divisible, lo que permite en principio utilizar el dinero cuántico incluso para “microtransacciones”, como los productos pay-per-view (pago-por-ver).
Las firmas de un sólo uso podrían convertirse en un elemento básico para nuevos protocolos de criptografía cuántica con muchas aplicaciones económicas prometedoras. Por ejemplo, las firmas únicas podrían permitir a los bancos aprovechar las ventajas del dinero cuántico para prevenir el fraude y la falsificación. El concepto conexo de “firmas por dilación”, introducido también en el documento, en que el firmante debe esperar cierto tiempo entre cada firma de mensajes, podría combinarse con el dinero cuántico para reducir el ritmo al que la autoridad de acuñación puede acuñar nuevas monedas, impidiendo que un emisor no fiable pague deudas imprimiendo dinero ilimitado.
Esta investigación en la intersección de la criptografía y la computación cuántica demuestra que la computación cuántica podría ayudar a salvaguardar, en lugar de amenazar, los sistemas informáticos clásicos. Hace que la “supremacía cuántica” sea más una oportunidad que una amenaza, permitiendo a los ordenadores clásicos aprovechar los beneficios de la revolución cuántica para salvaguardar nuestra infraestructura de tecnología de la información y nuestra economía.
Lejos de que los ordenadores cuánticos supongan una amenaza para las comunicaciones y los criptosistemas clásicos, los sistemas criptográficos híbridos cuántico/clásico pueden asegurar una coexistencia mutuamente beneficiosa entre ambos.