QSig: explorarando las oportunidades de la criptografía cuántica
Autor: Prof Alexander Russell - Investigador principal
Un nuevo acontecimiento que reúne a destacados académicos e investigadores para construir un entendimiento común en una nueva era de la informática.
El 26 de enero de 2024, la Universidad de Edimburgo organizará QSig, un novedoso evento de investigación que reunirá a académicos y expertos de la industria para explorar un campo apasionante y en desarrollo de la informática. El evento, que contará entre sus asistentes con el profesor Aggelos Kiayias, científico jefe del IOG, y Justin Drake, de la Fundación Ethereum, se centrará en las aplicaciones de la computación cuántica a la criptografía, la ciencia blockchain y la tecnología financiera. QSig se inspira en los recientes descubrimientos de nuevas primitivas criptográficas posibilitadas específicamente por las tecnologías cuánticas. Entre otras apasionantes aplicaciones, abordan antiguos retos en el diseño y la seguridad de las cadenas de bloques.
La computación cuántica fue reconocida inicialmente como una ciencia para el estudio de sistemas cuánticos complejos a través de la simulación. La idea era que los ordenadores cuánticos servirían para crear una ciencia de la simulación cuántica, similar a la teoría y la práctica de la simulación clásica (es decir, no cuántica), que tanto éxito ha tenido. Sin embargo, un inesperado avance de Peter Shor en 1994 estableció que la computación cuántica -cuando finalmente se haga realidad- proporcionará una extraordinaria ventaja sobre los problemas computacionales puramente clásicos que surgen en la teoría de números. Una consecuencia bien conocida es que los ordenadores cuánticos escalables romperán muchos de nuestros actuales caballos de batalla criptográficos, como el cifrado RSA y las firmas DSA.
Una rica veta de investigación
La investigación de las últimas décadas ha revelado una relación aún más rica entre la computación cuántica y la criptografía de lo que sugerían estos primeros resultados. Una avalancha de avances recientes en el campo de los protocolos mejorados cuánticamente ha sugerido nuevas y emocionantes formas en las que las tecnologías financieras pueden beneficiarse potencialmente de la tecnología cuántica.
En concreto, ahora comprendemos que hay primitivas criptográficas naturales que son sencillamente imposibles de construir en el entorno clásico, pero que la computación cuántica permite de forma espectacular. Entre ellas se encuentran esquemas de distribución de claves cuánticas perfectamente seguros, técnicas de cifrado que permiten a un destinatario “demostrar que ha borrado un texto cifrado” y esquemas de firma de un solo paso con claves privadas que se “autodestruyen”. Un aspecto poco intuitivo pero fundamental de la física cuántica es esencial para estos nuevos y extraordinarios mecanismos: en general, los estados cuánticos no pueden duplicarse. A un nivel más abstracto, este “teorema de no clonación” articula una sorprendente diferencia entre la información clásica y la cuántica. El simple acto de copiar información, trivial en el entorno clásico, está prohibido por las leyes físicas básicas que rigen los estados cuánticos.
Para destacar la relevancia de estas nuevas herramientas criptográficas en el contexto de la ciencia de las cadenas de bloques, volvamos al tercer ejemplo mencionado anteriormente: los esquemas de firma de “un solo disparo”. En principio, estos esquemas de firma cuántica abordan de forma exhaustiva la amenaza bien estudiada de los ataques de largo alcance en las cadenas de bloques de prueba con un notable dispositivo algorítmico. Cada vez que se firma un mensaje, se destruye la clave (cuántica) utilizada para generar la firma (clásica) y, al mismo tiempo, se genera una nueva clave (cuántica) para firmar el siguiente mensaje. Además, aunque la nueva clave puede utilizarse para una firma futura, no puede utilizarse para recuperar claves antiguas. Los lectores reconocerán esto como una realización ideal de la noción clásica de “seguridad hacia delante”, que exige una evolución periódica de las claves (clásicas) con el requisito explícito de que se borren las claves caducadas. Esto garantiza que los mensajes antiguos no puedan revisarse y firmarse aunque se revelen claves futuras. En este sentido, las firmas “one-shot” aprovechan la teoría cuántica de la información para producir firmas seguras hacia adelante que no requieren ninguna suposición adicional de borrado.
Exploración y optimización
La promesa de este nuevo género de herramientas criptográficas se complica por el impredecible calendario de desarrollo de una computación y comunicación cuánticas robustas y escalables. A pesar de los impresionantes avances de la ingeniería, cabe esperar que los dispositivos cuánticos disponibles a corto plazo presentan delicadas compensaciones en términos de tamaño de memoria, duración de los cálculos, tiempos de almacenamiento y precisión. Estas consideraciones exigen una dimensión adicional de exploración y optimización por parte de las nuevas construcciones criptográficas. En concreto, es probable que las cuestiones de eficiencia, específicamente las relacionadas con los aspectos computacionales que requieren dispositivos cuánticos, desempeñen un papel más importante a la hora de determinar la viabilidad práctica. Desde esta perspectiva, las firmas de un solo disparo tienen otra característica destacable: mientras que la firma y el almacenamiento de claves requieren un ordenador cuántico, las propias firmas son mensajes puramente clásicos verificables por medios puramente clásicos.
Para concluir, QSig explorará el poder de la criptografía cuántica, las perspectivas y los retos que plantean los dispositivos cuánticos a medio plazo, y la relevancia directa de éstos para la ciencia del blockchain y la tecnología financiera. ¿El objetivo? Contribuir a la investigación futura que, en última instancia, resolverá las cuestiones pendientes antes de que las tecnologías financieras mejoradas por la cuántica se hagan realidad.
El evento QSig (patrocinado por Input Output, la Fundación Cardano y la Fundación Ethereum) tendrá lugar el 26 de enero de 2024. Para más información sobre el evento, también puedes ver este reciente vídeo de Charles Hoskinson.
Traducción al Español 
por Martín Ungar @LatinStakePools
Texto original: https://iohk.io/en/blog/posts/2024/01/19/qsig-exploring-opportunities-in-quantum-cryptography/