Criptografia quàntica: el futur de la seguretat de la informació

La criptografia quàntica representa una revolució en el camp de la seguretat de la informació, i ofereix solucions que superen les limitacions de la criptografia actual. A mesura que avancen els anys, anem cap a una nova època dominada per la computació quàntica. Per això, és essencial comprendre com aquesta tecnologia pot garantir la confidencialitat i la integritat de les dades en un món cada vegada més interconnectat.

A diferència de la criptografia tradicional, que es basa en complexos problemes matemàtics difícils de resoldre amb els ordinadors actuals, o que basen la seguretat en la gran quantitat de temps necessari per trencar-los, la criptografia quàntica utilitza les lleis fonamentals de la mecànica quàntica, els principis clau de la qual són:

• El principi de superposició: permet que les partícules quàntiques, com els fotons, existeixin en múltiples estats simultàniament fins que es mesurin.
• El principi d’entrellaçament quàntic: dues partícules poden estar tan interconnectades que l’estat d’una afecta instantàniament l’estat de l’altra, sense importar la distància que les separa.

El procés es basa en la transmissió de claus quàntiques mitjançant fotons que representen informació binària. El principi d’incertesa de Heisenberg garanteix que qualsevol intervenció en aquest procés alteraria l’estat dels fotons, la qual cosa faria evident qualsevol intent d’espionatge. Aquests principis permeten la creació de sistemes de comunicació on qualsevol intent d’intercepció és detectable, ja que la mera observació de les partícules altera el seu estat.

L’aplicació més coneguda de la criptografia quàntica és la distribució de claus quàntiques (QKD). La QKD permet a dues parts generar una clau secreta compartida de manera segura. Un dels protocols més famosos és el BB84, desenvolupat per Charles Bennett i Gilles Brassard el 1984. Aquest protocol utilitza fotons polaritzats per transmetre informació, i qualsevol intent d’espionatge introdueix anomalies que poden ser detectades.

Avantatges sobre la criptografia clàssica

• Seguretat incondicional: basada en les lleis de la física quàntica, no en supòsits matemàtics.
• Detecció d’interceptació: qualsevol intent d’espionatge és detectable a causa del col·lapse de la funció d’ona quàntica. Es detecta qualsevol intent, encara que no arribi a fer-se.
• Resistència a la pròpia computació quàntica: a diferència dels mètodes clàssics, no és vulnerable als algorismes quàntics, que sí que poden trencar la criptografia actual.

Així i tot, la futura criptografia, que ja no és tan llunyana, cal que superi els reptes següents:

• Distàncies limitades: la transmissió de fotons a llargues distàncies sense degradació és complexa, encara que els satèl·lits quàntics i els repetidors quàntics estan en procés de desenvolupament per mitigar aquest problema.
• Costos elevats: la implementació de sistemes quàntics és actualment costosa i requereix infraestructura especialitzada.
• Atacs pràctics: si bé els principis quàntics ofereixen seguretat teòrica, en la pràctica, els dispositius poden ser vulnerables a nous atacs.

La criptografia quàntica té diverses aplicacions com, per exemple, el desenvolupament de xarxes de comunicació quàntica que connecten ciutats i centres de recerca a la Xina o el llançament del satèl·lit xinès Micius el 2016 que va permetre fer experiments de QKD a escala global. A més, també hi ha organitzacions que estan treballant en l’establiment d’estàndards per garantir la interoperabilitat i seguretat dels sistemes quàntics.

La transició cap a la computació quàntica fa inevitable l’adopció de la criptografia quàntica. Empreses, bancs i governs inverteixen de manera significativa en recerca i desenvolupament per assegurar que les comunicacions futures siguin segures. A més, s’estan explorant algorismes postquàntics, que són mètodes criptogràfics clàssics dissenyats per ser segurs contra atacs d’ordinadors quàntics.

La criptografia quàntica no solament representa un avenç tecnològic, sinó també un canvi de paradigma en com entenem i assegurem la informació. Tot i que encara enfronta desafiaments, la seva capacitat per proporcionar seguretat basada en les lleis fonamentals de l’univers la converteix en una peça clau per protegir les nostres dades en el futur.

Aquest article és fruit de la Càtedra Internacional ARTEMISA de Ciberseguretat. Una iniciativa finançada per INCIBE a través dels fons del Pla de recuperació, transformació i resiliència, finançats per la Unió Europea (Next Generation), el projecte del Govern d’Espanya que traça el full de ruta per a la modernització de l’economia espanyola, la recuperació del creixement econòmic i la creació d’ocupació, per a la reconstrucció econòmica sòlida, inclusiva i resilient després de la crisi de la COVID-19, i per respondre als reptes de la dècada vinent.