Ordenadores cuánticos y la seguridad de los algoritmos criptográficos actuales

¿Cómo aseguramos la confidencialidad y seguridad a través de la criptografía? ¿Cómo nos afecta la llegada de la tecnología cuántica?

La criptografía es fundamental para asegurar la confidencialidad y la seguridad de los datos gestionados por cualquier entidad, especialmente en el sector bancario. Por eso, CaixaBank utiliza protocolos criptográficos para proteger las comunicaciones entre los clientes y la entidad, garantizando que las transacciones en línea sean seguras y estén protegidas contra posibles ataques.

Además del cifrado de datos, la criptografía se utiliza en otros campos, como en la autenticación, la firma digital, la validación de integridad. En resumen, la criptografía en el ámbito bancario actúa como un escudo virtual que protege la integridad y la confidencialidad de los activos financieros de los clientes y de la infraestructura bancaria en su conjunto. Es por ello que, un cambio de paradigma como es la computación cuántica requiere de un replanteamiento de la criptografía actual.

La amenaza cuántica. ¿Cómo nos afecta?

Los avances en computación cuántica plantean una amenaza importante para los sistemas criptográficos convencionales y, de hecho, CaixaBank se ha unido recientemente al Foro Financiero Quantum Safe (QSFF), una iniciativa del Centro Europeo de Ciberdelincuencia de la Europol para abordar la transición a la criptografía poscuántica o la nueva encriptación de datos en todo el sector financiero, con especial atención en Europa.

A diferencia de los sistemas clásicos, los computadores cuánticos pueden realizar cálculos exponencialmente más rápidos gracias a los principios de la mecánica cuántica, lo que pone en riesgo la seguridad de algoritmos criptográficos actuales. Uno de los mayores temores radica en el algoritmo de Shor, que podría factorizar números primos grandes y desestabilizar sistemas de clave pública como RSA y ECC, utilizados ampliamente en la seguridad digital. Esta amenaza cuántica obliga a replantearse la forma en que se diseñan y utilizan los sistemas de seguridad digital, impulsando la investigación y el desarrollo de nuevas técnicas criptográficas resistentes a la potencia computacional de la era cuántica.

Algoritmo de Shor, la causa de nuestros dolores de cabeza

El algoritmo de Shor representa una amenaza disruptiva para la criptografía convencional al ofrecer una capacidad sin precedentes para factorizar números enteros grandes en tiempo polinomial utilizando computación cuántica. Este algoritmo, desarrollado por Peter Shor en 1994, explota la capacidad de los qubits cuánticos para representar múltiples valores simultáneamente a través de la superposición, permitiendo que la computadora cuántica explore un amplio espacio de soluciones de manera eficiente.

En particular, el algoritmo de Shor es capaz de factorizar números enteros en sus componentes primos, un problema intrínsecamente difícil para las computadoras clásicas. La dificultad de resolver este problema es la base de la seguridad de la criptografía RSA y ECC, y la reducción de esta dificultad causa que estos algoritmos vayan a dejar de ser tan seguros como pensábamos.

Nuevos métodos criptográficos más seguros

No todo son malas noticias, la computación cuántica también puede proporcionar nuevos métodos criptográficos más seguros. Public Quantum Key Distribution (PQKD) es un avance revolucionario en el campo de la seguridad de la información que aprovecha las propiedades únicas de la física cuántica para garantizar la confidencialidad de las comunicaciones.

A diferencia de los métodos tradicionales de distribución de claves, que dependen de algoritmos matemáticos, la PQKD utiliza estados cuánticos para generar claves criptográficas que son invulnerables a los ataques de computación cuántica.

Al transmitir estas claves a través de canales cuánticos, como fotones entrelazados, cualquier intento de interceptación perturbaría el estado cuántico de las partículas, lo que podría detectarse fácilmente. Este enfoque innovador ofrece una seguridad inherente, dado que su seguridad se basa en que las leyes fundamentales de la física funcionen, y abre nuevas posibilidades para la protección de la información sensible en un mundo cada vez más digital. No obstante, la infraestructura requerida para la transmisión y detección de fotones cuánticos es costosa y compleja, lo que dificulta su implementación a gran escala por ahora, pero sigue planteando casos de uso interesantes.

¿Qué esfuerzos se están realizando para seguir protegidos?

Está claro que necesitamos nuevos algoritmos criptográficos para poder mantener la seguridad de nuestros datos ante la aparición de la computación cuántica. Estos algoritmos tienen que ser estándares y que, así, todo el mundo trabaje en un mismo lenguaje y la comunicación entre entornos sea posible y segura.

Para ello, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) ha asumido un papel líder en el desarrollo de estándares criptográficos postcuánticos que sean resistentes a los ataques de computación cuántica. Consciente de la creciente amenaza que representa la computación cuántica para los sistemas criptográficos tradicionales, el NIST lanzó una iniciativa en 2016 para identificar y estandarizar algoritmos criptográficos que sean seguros en un entorno cuántico. Desde entonces, el NIST ha estado evaluando rigurosamente una amplia gama de propuestas de algoritmos postcuánticos, incluidos esquemas de firma digital, esquemas de cifrado y protocolos de intercambio de claves.

Estas evaluaciones incluyen criterios de seguridad, eficiencia computacional y facilidad de implementación, con el objetivo de seleccionar algoritmos que puedan proporcionar una transición suave hacia la criptografía poscuántica en el futuro. Los avances del NIST en este campo son cruciales para garantizar la seguridad de la información en un mundo cada vez más influenciado por la computación cuántica, y su trabajo continúa siendo una piedra angular en el desarrollo de un sistema criptográfico moderno y seguro.

¿Qué medidas preventivas podemos tomar?

Ante la creciente amenaza que representa la computación cuántica para la seguridad de la información, las entidades deben adoptar medidas proactivas para protegerse y prepararse para el futuro de la criptografía poscuántica. A continuación, se presentan algunas acciones clave que las organizaciones pueden tomar:

1. Evaluación de Riesgos: Las entidades deben realizar evaluaciones de riesgos para comprender cómo la computación cuántica podría impactar en su infraestructura de seguridad digital. Esto implica identificar activos críticos, evaluar las vulnerabilidades existentes y comprender las posibles consecuencias de un ataque cuántico.
2. Conciencia y Formación: Es fundamental concienciar al personal sobre la amenaza que representa la computación cuántica y la necesidad de adaptarse a las nuevas realidades de la seguridad digital. Proporcionar formación en criptografía cuántica y concienciar sobre las mejores prácticas de seguridad puede ayudar a fortalecer las defensas de la organización.
3. Implementación de Criptografía Post-Cuántica: A medida que los estándares de criptografía poscuántica sean desarrollados y estandarizados por organizaciones como el NIST, las entidades deben estar preparadas para adoptar estos nuevos algoritmos en sus sistemas de seguridad digital. Esto puede implicar la actualización de infraestructuras y la migración hacia sistemas criptográficos resistentes a la computación cuántica.
4. Diversificación de Claves Criptográficas: Para mitigar los riesgos asociados con un posible compromiso de la seguridad cuántica, las entidades pueden considerar la diversificación de claves criptográficas. Esto implica la generación y el uso de múltiples claves criptográficas para diferentes aplicaciones y sistemas, reduciendo así la exposición a posibles ataques.
5. Colaboración y Seguimiento de Avances: Las organizaciones deben mantenerse al tanto de los avances en el campo de la criptografía cuántica y colaborar con instituciones de investigación y organizaciones gubernamentales para compartir conocimientos y mejores prácticas en materia de seguridad digital. Esto puede ayudar a anticipar y mitigar las amenazas emergentes en un entorno cuántico en evolución.

En resumen, protegerse en un entorno cuántico requiere una combinación de conciencia, preparación y acción proactiva por parte de las entidades. Adoptar medidas para comprender y mitigar los riesgos asociados con la computación cuántica es esencial para garantizar la seguridad y la integridad de la información en un mundo digital cada vez más influenciado por la tecnología cuántica.

Criptoagilidad, cómo prepararse para el cambio de paradigma

La criptoagilidad se ha convertido en un concepto fundamental en el contexto de la llegada de la computación cuántica y la necesidad de migrar hacia algoritmos de seguridad poscuántica (PQC). La preparación para la transición hacia estos nuevos protocolos implica una serie de consideraciones y acciones que las organizaciones debemos tomar para garantizar la seguridad de su infraestructura digital. En particular, la necesidad de tener una infraestructura preparada para el cambio de algoritmos es crucial en este proceso de criptoagilidad.

1.  Abstracción de servicios criptográficos: Además de evaluar la infraestructura actual, es esencial considerar la integración de abstracciones criptográficas en las aplicaciones y sistemas de la organización. Esta abstracción permite separar la lógica de los algoritmos criptográficos subyacentes, facilitando así la futura migración hacia nuevos protocolos criptográficos postcuánticos sin afectar la funcionalidad de las aplicaciones.
2. Desarrollo de una Estrategia de Transición: Basándose en la evaluación de la infraestructura actual y la integración de abstracciones criptográficas, la organización debe desarrollar una estrategia de transición que defina los pasos necesarios para migrar hacia los nuevos protocolos de seguridad. Esto puede incluir la implementación de algoritmos híbridos que combinen técnicas criptográficas clásicas con postcuánticas durante un período de transición.
3. Actualización de Políticas y Procedimientos: La criptoagilidad no solo se trata de actualizar la infraestructura tecnológica, sino también de adaptar las políticas y procedimientos de seguridad de la organización para reflejar los cambios en los protocolos criptográficos. Esto puede incluir la revisión de políticas de gestión de claves, la capacitación del personal en nuevos procedimientos de seguridad y la implementación de controles de seguridad adicionales.
4. Monitoreo y Mantenimiento Continuo: Una vez que se haya completado la transición hacia los protocolos postcuánticos, es fundamental establecer un proceso de monitoreo y mantenimiento continuo para garantizar la eficacia y la seguridad de la nueva infraestructura criptográfica. Esto implica la vigilancia constante de posibles vulnerabilidades y la actualización periódica de los algoritmos criptográficos conforme evoluciona la tecnología.

En resumen, la criptoagilidad juega un papel crucial en la preparación de las organizaciones para la llegada de protocolos postcuánticos y la mitigación de los riesgos asociados con la computación cuántica.

Al tener una infraestructura preparada para el cambio de algoritmos, integrar abstracciones criptográficas y adoptar una mentalidad de adaptación continua, las organizaciones pueden garantizar la seguridad y la integridad de su información en un entorno digital en constante evolución.

Nuevos desafíos significativos con la llegada de la computación cuántica

La aparición de la computación cuántica plantea desafíos significativos para la seguridad digital, especialmente en lo que respecta a la amenaza que representa para los algoritmos criptográficos tradicionales. La vulnerabilidad de estos algoritmos frente a ataques cuánticos, como el algoritmo de Shor, requiere una respuesta proactiva por parte de las organizaciones.

La criptoagilidad se presenta como un enfoque clave para enfrentar estos desafíos, permitiendo una transición suave hacia algoritmos postcuánticos más seguros y la protección de la infraestructura digital contra posibles vulnerabilidades. Al evaluar y actualizar nuestras prácticas de seguridad, integrar abstracciones criptográficas y mantenernos al tanto de los avances en estándares criptográficos postcuánticos, podemos estar preparados para el futuro de la seguridad digital. Si bien la llegada de la computación cuántica representa un cambio disruptivo, la adopción de la criptoagilidad nos permite no solo enfrentar los peligros presentes, sino también aprovechar las oportunidades emergentes en un mundo tecnológico que no para de avanzar.