ūüá™ūüáł C√≥mo los ordenadores cu√°nticos reconfigurar√°n el escenario criptogr√°fico

:es: Traducci√≥n al espa√Īol 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 a√Īo pasado, Google afirm√≥ que hab√≠a logrado el Santo Grial de la ‚Äúsupremac√≠a cu√°ntica‚ÄĚ, la capacidad de los ordenadores cu√°nticos para resolver problemas que van m√°s all√° de los ordenadores cl√°sicos. El gigante de la b√ļsqueda anunci√≥ que hab√≠a realizado un c√°lculo en 200 segundos que le habr√≠a llevado al ordenador cl√°sico m√°s poderoso del mundo 10.000 a√Īos. Esto naturalmente evoca visiones de una futura supercomputadora de poder insondable capaz de resolver algoritmos criptogr√°ficos 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 cu√°nticas reconfigurar√°n el panorama criptogr√°fico y dejar√°n potencialmente vulnerables a ataques a muchos criptosistemas cl√°sicos. Para abordar esta seria consideraci√≥n, tenemos que estudiar el uso de la criptograf√≠a cu√°ntica, que, por defecto, tiene por objetivo combatir ‚Äúfuego con fuego‚ÄĚ por as√≠ decirlo, y frustrar a los adversarios cu√°nticos utilizando los mismos medios, o profundizar en la investigaci√≥n de los algoritmos cl√°sicos para que sean seguros para la computaci√≥n cu√°ntica.

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 caracter√≠stica de la mec√°nica cu√°ntica que durante mucho tiempo se ha considerado una mina de oro para las aplicaciones criptogr√°ficas es la no clonaci√≥n. Simplemente afirma que es imposible copiar un estado cu√°ntico. En el trabajo anterior, aprovechamos la no-clonaci√≥n cu√°ntica y alguna sofisticada criptograf√≠a cl√°sica cu√°ntica segura para crear ‚Äúfirmas de un solo uso‚ÄĚ. Tal esquema de firma posee una √ļnica clave secreta cu√°ntica autodestructiva que puede ser usada para firmar un mensaje. Sin embargo, la verificaci√≥n de la firma puede hacerse de forma totalmente cl√°sica.

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 cu√°ntico es una forma novedosa de dinero inmune a la falsificaci√≥n. El uso de firmas de un solo uso permite enviar dinero cu√°ntico mediante mensajes cl√°sicos utilizando su capacidad de emitir certificados, que es la piedra angular de la infraestructura cl√°sica de claves p√ļblicas.

Para acu√Īar un billete de cierto valor, cualquiera crea simplemente un par de claves secretas/p√ļblicas para un esquema de firma de un s√≥lo uso, y lo valida de alguna manera, por ejemplo, en un entorno despermisionado at√°ndolo a una prueba de trabajo, o, en un entorno permisionado consiguiendo que lo certifique una autoridad de acu√Īaci√≥n. En el primer caso, la oferta total de dinero cu√°ntico se controla mediante la potencia de c√°lculo disponible; en el segundo caso, lo determina la autoridad de acu√Īaci√≥n. Posteriormente, las transferencias de dinero cu√°ntico pueden tener lugar sucesivamente de forma totalmente igualitaria utilizando √ļnicamente la comunicaci√≥n cl√°sica y sin la asistencia de una autoridad. Este esquema de dinero cu√°ntico tambi√©n puede hacerse infinitamente divisible, lo que permite en principio utilizar el dinero cu√°ntico incluso para ‚Äúmicrotransacciones‚ÄĚ, como los productos pay-per-view (pago-por-ver).

Las firmas de un s√≥lo uso podr√≠an convertirse en un elemento b√°sico para nuevos protocolos de criptograf√≠a cu√°ntica con muchas aplicaciones econ√≥micas prometedoras. Por ejemplo, las firmas √ļnicas podr√≠an permitir a los bancos aprovechar las ventajas del dinero cu√°ntico para prevenir el fraude y la falsificaci√≥n. El concepto conexo de ‚Äúfirmas por dilaci√≥n‚ÄĚ, introducido tambi√©n en el documento, en que el firmante debe esperar cierto tiempo entre cada firma de mensajes, podr√≠a combinarse con el dinero cu√°ntico para reducir el ritmo al que la autoridad de acu√Īaci√≥n puede acu√Īar nuevas monedas, impidiendo que un emisor no fiable pague deudas imprimiendo dinero ilimitado.

Esta investigaci√≥n en la intersecci√≥n de la criptograf√≠a y la computaci√≥n cu√°ntica demuestra que la computaci√≥n cu√°ntica podr√≠a ayudar a salvaguardar, en lugar de amenazar, los sistemas inform√°ticos cl√°sicos. Hace que la ‚Äúsupremac√≠a cu√°ntica‚ÄĚ sea m√°s una oportunidad que una amenaza, permitiendo a los ordenadores cl√°sicos aprovechar los beneficios de la revoluci√≥n cu√°ntica para salvaguardar nuestra infraestructura de tecnolog√≠a de la informaci√≥n y nuestra econom√≠a.

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.

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