Criptografía cuántica: el futuro de la seguridad de la información

La criptografía cuántica representa una revolución en el campo de la seguridad de la información, ofreciendo soluciones que superan las limitaciones de la criptografía actual. A medida que avanzan los años, vamos hacia una nueva época dominada por la computación cuántica. Por ello, es esencial comprender cómo esta tecnología puede garantizar la confidencialidad y la integridad de los datos en un mundo cada vez más interconectado.

A diferencia de la criptografía tradicional, que se basa en complejos problemas matemáticos difíciles de resolver con los ordenadores actuales, o que basan la seguridad en la gran cantidad de tiempo necesario para romperlos, la criptografía cuántica utiliza las leyes fundamentales de la mecánica cuántica, cuyos principios clave son:

• El principio de superposición: permite que las partículas cuánticas, como los fotones, existan en múltiples estados simultáneamente hasta que se midan.
• El principio de entrelazamiento cuántico: dos partículas pueden estar tan interconectadas que el estado de una afecta instantáneamente al estado de la otra, sin importar la distancia que las separa.

El proceso se basa en la transmisión de claves cuánticas mediante fotones que representan información binaria. El principio de incertidumbre de Heisenberg garantiza que cualquier intervención en este proceso alteraría el estado de los fotones, lo que haría evidente cualquier intento de espionaje. Estos principios permiten la creación de sistemas de comunicación donde cualquier intento de interceptación es detectable, ya que la mera observación de las partículas altera su estado.

La aplicación más conocida de la criptografía cuántica es la distribución de claves cuánticas (QKD). QKD permite a dos partes generar una clave secreta compartida de manera segura. Uno de los protocolos más famosos es el BB84, desarrollado por Charles Bennett y Gilles Brassard en 1984. Este protocolo utiliza fotones polarizados para transmitir información, y cualquier intento de espionaje introduce anomalías que pueden ser detectadas.

Ventajas sobre la criptografía clásica

• Seguridad incondicional: basada en las leyes de la física cuántica, no en supuestos matemáticos.
• Detección de interceptación: cualquier intento de espionaje es detectable debido al colapso de la función de onda cuántica. Se detecta cualquier intento, aunque no llegue a realizarse.
• Resistencia a la propia computación cuántica: a diferencia de los métodos clásicos, esta no es vulnerable a los algoritmos cuánticos, que sí pueden romper la criptografía actual.

Aun así, la futura criptografía, que ya no es tan lejana, necesita superar los siguientes retos:

• Distancias limitadas: la transmisión de fotones a largas distancias sin degradación es compleja, aunque los satélites cuánticos y los repetidores cuánticos están en desarrollo para mitigar este problema.
• Costes elevados: la implementación de sistemas cuánticos es actualmente costosa y requiere infraestructura especializada.
• Ataques prácticos: si bien los principios cuánticos ofrecen seguridad teórica, en la práctica, los dispositivos pueden ser vulnerables a nuevos ataques.

La criptografía cuántica tiene varias aplicaciones como, por ejemplo, el desarrollo redes de comunicación cuántica que conectan ciudades y centros de investigación en China o el lanzamiento del satélite chino Micius en 2016 que permitió realizar experimentos de QKD a nivel global. Además, también hay organizaciones que están trabajando en establecer estándares para garantizar la interoperabilidad y seguridad de los sistemas cuánticos. 

La transición hacia la computación cuántica hace inevitable la adopción de la criptografía cuántica. Empresas, bancos y gobiernos invierten significativamente en investigación y desarrollo para asegurar que las comunicaciones futuras sean seguras. Además, se están explorando algoritmos post-cuánticos, que son métodos criptográficos clásicos diseñados para ser seguros contra ataques de ordenadores cuánticos.

La criptografía cuántica no solo representa un avance tecnológico, sino un cambio de paradigma en cómo entendemos y aseguramos la información. Aunque aún enfrenta desafíos, su capacidad para proporcionar seguridad basada en las leyes fundamentales del universo la convierte en una pieza clave para proteger nuestros datos en el futuro.

Este artículo es fruto de la Cátedra Internacional ARTEMISA de Ciberseguridad. Una iniciativa financiada por INCIBE a través de los fondos del Plan de Recuperación, Transformación y Resiliencia, financiados por la Unión Europea (Next Generation), el proyecto del Gobierno de España que traza la hoja de ruta para la modernización de la economía española, la recuperación del crecimiento económico y la creación de empleo, para la reconstrucción económica sólida, inclusiva y resiliente tras la crisis de la COVID-19, y para responder a los retos de la próxima década.