Criptografía de última generación

La criptografía actual —basada en computación clásica— fundamenta sus supuestos de seguridad en estrategias que computacionalmente se estiman en miles de años de procesamiento o con costos valuados en millones de dólares; sin embargo, si se llegara a construir una máquina cuántica lo suficientemente grande, estas estimaciones de seguridad se reducirían drásticamente.

Ante el avance en el desarrollo de la computación cuántica, muchos de los estimados de la computación clásica se verán afectados, como es el caso de la criptografía, metodología informática que, entre otros, se utiliza para la protección de datos. Como adaptación ante este desarrollo tecnológico, un equipo de investigadores del Centro de Investigación en Matemáticas (Cimat), unidad Zacatecas, en coordinación con la Universidad Autónoma de Zacatecas (UAZ), trabaja en la búsqueda de alternativas seguras para las computadoras de hoy y del futuro con el fortalecimiento de criptografía de siguiente generación. 

La criptografía actual —basada en computación clásica— fundamenta sus supuestos de seguridad en estrategias que computacionalmente se estiman en miles de años de procesamiento o con costos valuados en millones de dólares; sin embargo, si se llegara a construir una máquina cuántica lo suficientemente grande, estas estimaciones de seguridad se reducirían drásticamente.

En entrevista con la Agencia Informativa Conacyt, el doctor Luis Julián Domínguez Pérez informó que a nivel mundial son diversos los grupos de investigación que trabajan en resolver este problema desde distintos enfoques. En México, uno de los grupos comenzó con este proyecto desde 2014 junto con el doctor Edwin León Cardenal, ambos del Cimat, unidad Zacatecas, en coordinación con el doctor Hernán de Alba, de la Unidad Académica de Matemáticas de la UAZ. 

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“Lo que buscamos es generar algoritmos que sean seguros ante ataques ejecutados con máquinas cuánticas. En la actualidad solamente existen máquinas clásicas, pero con el avance de la computación cuántica se pone en riesgo lo que ya está cifrado. En la criptografía nos protegemos con operaciones que tardarían miles de años en descifrarse, que con la creación de la computación cuántica —hecho que hace años era un mito y ahora sabemos que se aproxima— sus resultados se podrían obtener muy fácilmente. Por ejemplo, si tenemos un contrato confidencial resguardado, con un ataque hecho con máquina cuántica se podría develar en un instante”, explicó.

Por su parte, Edwin León indicó que cuando la capacidad de cómputo se supere de manera extraordinaria —por medio de la computación cuántica—, se requiere contar con medidas de seguridad que esa capacidad de cómputo no sea capaz de romper. Explicó que el equipo de investigación actualmente le apuesta al uso de códigos como alternativa al cómputo de primera generación, en particular, el uso de códigos con herramientas de teoría de gráficas y álgebra conmutativa.

Luis Julián Domínguez explicó que las máquinas cuánticas probablemente no serán como las computadoras contemporáneas, en donde el usuario trabaja con documentos de texto, hojas de cálculo o verifica su correo electrónico, sino que serán dispositivos adicionales para su procesamiento. “Si bien no tenemos este dispositivo que nos permita romper los esquemas de hoy, es necesario proteger la información desde ahora para que cuando las máquinas cuánticas sean desarrolladas, los datos protegidos con antelación continúen seguros”.

¿Qué hace una máquina cuántica en criptografía?

Luis Julián Domínguez, del programa de Cátedras Conacyt, explicó que la criptografía tradicional se basa en el problema de la factorización o en el problema del logaritmo discreto, en donde se utilizan números sumamente grandes, y la complejidad de los algoritmos de ataque presenta complejidad subexponencial, lo que los hace sumamente seguros hoy en día, pero esto es para el caso de las computadoras tradicionales.

“Entre más grandes sean los números utilizados, más se tardará una computadora clásica en descifrarlos; sin embargo, una máquina cuántica, al tener la capacidad de resolver múltiples operaciones al mismo tiempo, podría romper cualquier esquema tradicional. La idea es contar con un esquema de criptografía diferente a la factorización de enteros o del logaritmo discreto que pudiera ser seguro ante ataques con una máquina cuántica”. 

Criptografía  para la seguridad social

Luis Julián Domínguez expuso que otro ejemplo de los problemas que se podrían generar con el desarrollo de ataques con máquinas cuánticas es la alteración de software para control de automóviles; por ejemplo, el sistema antibloqueo de frenos (ABS, por sus siglas en inglés) o el control de tracción (ASR, por sus siglas en inglés).

“Hoy en día, los automóviles ya traen sistemas de entretenimiento y con actualizaciones vía Internet, incluidos el ABS o el ASR, que se pueden controlar mediante software. Si su vehículo tiene este dispositivo, puede ser que ya está conectado a Internet, pero se trata de un sistema protegido contra la tecnología actual; su criptografía no es resistente a un ataque con una máquina cuántica. Próximamente, alguien podría cambiar remotamente el software de ese vehículo y provocar un accidente. Como este, hay muchos ejemplos de problemas que nos trae el desarrollo de máquinas cuánticas, que si bien representan un avance tecnológico importante, también puede llegar a perjudicar en múltiples aspectos, porque muchos sistemas se volverán obsoletos de un día para otro, por ello debemos proteger la información desde ahora”.

El doctor Luis Julián Domínguez especificó que entre los principales retos que enfrentan los investigadores que abordan el tema de la criptografía de siguiente generación es la verificación del sistema del esquema de algoritmo propuesto y la mejora de los algoritmos ya presentes.

“La verificación se refiere a que yo puedo estudiar los algoritmos actuales para proponer nuevos esquemas, pero eso no significa que por pasar mis pruebas de verificación ya sea del todo seguro, sino que se tiene que experimentar y debe de haber un tercero o más que intente romper mi algoritmo para corroborar su seguridad”.

El doctor en ciencias con especialidad en informática aplicada expuso que el equipo de investigadores ya ha analizado algunas de las alternativas existentes y actualmente ya cuenta con varias observaciones. Su ocupación presente consiste en validarlas por medio de experimentaciones para la implementación de mejoras y consolidación de nuevas alternativas.

El doctor Edwin León explicó que la criptografía de siguiente generación tiene dos fuertes enfoques: el primero relacionado con códigos —que sirven, por ejemplo, para la transmisión de información— y el segundo, con isogenias de curvas elípticas —utilizadas actualmente para el intercambio seguro de información—. El equipo se ha enfocado en trabajar en el desarrollo de códigos relacionados con herramientas como teoría de gráficas, geometría algebraica y álgebra conmutativa.

“La estrategia que planteamos es desarrollar un algoritmo de decodificado eficiente en la teoría de códigos que pueda servir para la protección de información. Como esta teoría sirve para la transmisión de información, hay ciertos códigos con características que en particular son útiles para criptografía: transmitir llaves, compartir llaves secretas y otros esquemas propios de la criptografía”.

Luis Julián Domínguez explicó que el equipo de investigadores ha identificado que la criptografía basada en códigos tiene un problema con la detección de errores, por lo que buscan continuar en la experimentación para posteriormente hacer propuestas de solución.

“Hoy en día estamos analizando las propuestas de esquemas basados en códigos para que la corrección pueda ser eficiente. La ventaja es que los códigos están presentes en muchas áreas de investigación y la idea es que, si llegase el caso de que no se puedan utilizar estos códigos en criptografía, tal vez los resultados de nuestras investigaciones se puedan utilizar para lo que normalmente se utilizan los códigos, que es la transmisión de información”.

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