El cifrado cuántico, la herramienta que puede convertir internet en una fortaleza inexpugnable

MADRID (EP). Los avances recientes en los ordenadores cuánticos pronto pueden dar acceso a los 'hackers' a máquinas lo suficientemente potentes como para descifrar incluso los códigos de seguridad de Internet más exigentes. Con estos códigos rotos, todos nuestros datos en línea, desde los registros médicos hasta las transacciones bancarias, podrían ser vulnerables a los ataques.

Para luchar contra esa futura amenaza, los investigadores están manejando las mismas extrañas propiedades que impulsan las computadoras cuánticas para crear teóricamente formas de encriptación de datos cuánticos a prueba de intrusiones. Estas técnicas de cifrado cuántico pueden estar un paso más cerca del uso a gran escala gracias a un nuevo sistema desarrollado por científicos de la Universidad de Duke, la Universidad Estatal de Ohio y el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, en Estados Unidos.

Su sistema es capaz de crear y distribuir códigos de cifrado a tasas de megabits por segundo, que es entre cinco y diez veces más rápido que los métodos existentes y a la par con las velocidades actuales de Internet cuando se ejecutan varios sistemas en paralelo. Los científicos demuestran que la técnica es segura contra ataques comunes, incluso frente a fallos en los equipos que podrían abrir fugas.

"Ahora es probable que tengamos un ordenador cuántico en funcionamiento que podría comenzar a romper los códigos criptográficos existentes en el futuro cercano", afirma uno de los investigadores de este trabajo, Daniel Gauthier, profesor de Física en la Universidad Estatal de Ohio. "Realmente tenemos que pensar mucho en diferentes técnicas que podríamos usar para tratar de proteger Internet", añade este experto, cuyo trabajo se detalla en la edición digital de este viernes de 'Science Advances'.

Para un pirata informático, nuestras compras en línea, transacciones bancarias y registros médicos parecen un galimatías debido a los códigos llamados claves de cifrado. La información personal enviada a través de la web se codifica primero usando una de estas teclas, y luego el receptor la descifra utilizando la misma clave.

Dos partes con acceso a la misma clave

Para que este sistema funcione, ambas partes deben tener acceso a la misma clave, y debe mantenerse en secreto. La distribución de claves cuánticas (QKD, por sus siglas en inglés) aprovecha una de las propiedades fundamentales de la mecánica cuántica -medir pequeños bits de materia como electrones o fotones cambia automáticamente sus propiedades- para intercambiar claves de una manera que alerta inmediatamente a ambas partes de la existencia de una violación de la seguridad.

Aunque se realizó la teoría sobre QKD por primera vez en 1984 y se implementó poco después, las tecnologías para respaldar su uso a gran escala ahora se están conectando. Las empresas en Europa venden sistemas basados ??en láser para QKD y en un evento muy publicitado el verano pasado, China utilizó un satélite para enviar una clave cuántica a dos estaciones terrestres ubicadas a 1200 kilómetros de distancia.

El problema con muchos de estos sistemas, dice Nurul Taimur Islam, estudiante graduado en Física en Duke, es que solo pueden transmitir claves a tasas relativamente bajas, entre decenas y cientos de kilobits por segundo, que son demasiado lentas para la mayoría usos prácticos en Internet. "A estas tasas, los sistemas de encriptación de seguridad cuántica no pueden soportar algunas tareas diarias básicas, como el alojamiento de una llamada telefónica encriptada o la transmisión de vídeo", dice Islam.

Al igual que muchos sistemas QKD, el transmisor clave de Islam utiliza un láser debilitado para codificar información sobre fotones individuales de luz. Pero los científicos encontraron una forma de empaquetar más información en cada fotón, lo que hace que su técnica sea más rápida.

Ajustando el tiempo en que se libera el fotón y una propiedad del fotón llamada fase, su sistema puede codificar dos bits de información por fotón en lugar de uno. Este truco, junto con los detectores de alta velocidad desarrollados por Clinton Cahall, estudiante graduado en Ingeniería Eléctrica e Informática, y Jungsang Kim, profesor de Ingeniería Eléctrica e Informática en Duke, alimenta su sistema para transmitir claves de cinco a diez veces más rápido que otros métodos.

"Fue cambiando estas propiedades adicionales del fotón lo que nos permitió casi duplicar la tasa de seguridad de la que seríamos capaces de obtener si no hubiéramos hecho eso", señala Gauthier, quien comenzó el trabajo como profesor de Física en Duke antes y luego se trasladó a OSU.

En un mundo perfecto, QKD sería perfectamente seguro. Cualquier intento de 'hackear' un intercambio de claves dejaría errores en la transmisión que podrían ser fácilmente detectados por el receptor. Pero las implementaciones de QKD en el mundo real requieren equipos imperfectos y estas imperfecciones abren filtraciones que pueden explotar los 'hackers'.

Los investigadores caracterizaron cuidadosamente las limitaciones de cada equipo que usaron. Entonces, trabajaron con Charles Lim, actualmente profesor de Ingeniería Eléctrica e Informática en la Universidad Nacional de Singapur, para incorporar estos defectos experimentales en la teoría.

"Queríamos identificar todos los fallos experimentales en el sistema, e incluir estos defectos en la teoría para poder garantizar que nuestro sistema sea seguro y no haya un posible ataque de canal lateral", afirma Islam.

Aunque su transmisor requiere algunas piezas especiales, todos los componentes están actualmente disponibles comercialmente. Las claves de cifrado codificadas en fotones de luz se pueden enviar a través de líneas de fibra óptica existentes que se ubican debajo de las ciudades, lo que facilita la integración de su transmisor y receptor en la infraestructura de Internet actual.

"Todos estos equipos, además de los detectores de fotón único, existen en la industria de las telecomunicaciones, y con algo de ingeniería probablemente podríamos colocar todo el transmisor y el receptor en una caja tan grande como la CPU de un ordenador", concluye Islam.