• Los datos que actualmente se consideran seguros podrían ser robados y, posteriormente, accedidos mediante métodos cuánticos.
• Algoritmos cuánticos como el de Shor pueden romper problemas criptográficos clásicos.
• Los gobiernos, el mundo académico y la industria deben colaborar en la transición cuántica.
¿Cuándo logrará la computación cuántica romper la criptografía? Es una pregunta que se formula con frecuencia, pero, lamentablemente, es capciosa, porque sitúa la amenaza en el futuro. Para los datos que deberán protegerse durante décadas, la amenaza existe hoy. El impacto se producirá en el futuro. Los datos considerados hoy protegidos de forma segura ya están perdidos frente a un eventual adversario cuántico si son robados o recopilados ahora.
Todos los datos —pasados, presentes y futuros— que no estén protegidos mediante seguridad poscuántica estarán en riesgo. La amenaza afecta a la infraestructura digital en la que confían las sociedades modernas. Toda infraestructura crítica, transacción y proceso que dependa de una criptografía no poscuántica podría verse comprometido, lo que causaría disrupciones generalizadas. Dado que la amenaza cuántica existe hoy, los gobiernos y las empresas no deberían demorar las medidas.
Los ordenadores cuánticos manipulan estados mecánico-cuánticos delicados para resolver problemas que son difíciles para la computación clásica. Al codificar los problemas en estados mecánico-cuánticos y ejecutar los circuitos adecuados para identificar con precisión unos pocos resultados que contienen la solución, los ordenadores cuánticos pueden realizar hazañas fuera del alcance de los ordenadores clásicos más potentes. Esta potencia computacional sin precedentes ofrece enormes oportunidades de crecimiento para las economías y la sociedad, pero también supone un desafío para las aplicaciones de seguridad que se basan en la falta de soluciones sencillas a los métodos criptográficos actuales para proteger los datos.
¿Cómo funcionan los algoritmos cuánticos?
Algunos algoritmos cuánticos son capaces de resolver de forma eficiente algunos de los problemas criptográficos fundamentales que se utilizan hoy para proteger sistemas y datos. El más potente es el algoritmo de Shor. Ofrece un método exponencialmente más rápido para factorizar números enteros grandes, un problema matemático complejo en el que se basa gran parte de nuestra criptografía de clave pública. Ejecutar el tipo de algoritmos que rompen el cifrado requiere un ordenador cuántico capaz de realizar cientos de millones de operaciones cuánticas con menos de un error por cada mil millones de operaciones.
¿Cuándo existirá una máquina de este tipo? Depende del nivel de seguridad de la criptografía utilizada y del ritmo de innovación en la computación cuántica.
El mayor entero RSA (un criptosistema de clave pública común) resuelto de forma clásica tiene 768 bits. La mejor estimación para que un ordenador cuántico lo rompa requiere 2.400 cúbits (la versión mecánico-cuántica de los bits clásicos, que representa una unidad de información) capaces de ejecutar 153 millones de operaciones. Estas operaciones no pueden tener errores, ya que los errores hacen que el cálculo falle y produzcan resultados incorrectos. Esto significa menos de 0,000000006 errores por operación. Romper la criptografía RSA 2048 requeriría 6.200 cúbits y 2.700 millones de operaciones, y exigiría una tasa de error inferior a 0,0000000003 para completar la tarea en unas ocho horas.
Las mejores máquinas actuales alcanzan tasas de error por puerta de dos cúbits de alrededor del 1 %, y nuestra tasa de error alcanzable se limita a entre 0,0001 y 0,00001, a menos que utilicemos códigos de corrección de errores cuánticos para codificar la información en cúbits lógicos, lo que hoy resulta técnicamente complejo. Todavía no se ha demostrado ni un solo cúbit lógico. Por tanto, es muy improbable que llegue una máquina capaz de romper el cifrado en menos de una década.
La última década ha sido testigo de una migración significativa del RSA 2048 a un esquema denominado criptografía de curva elíptica (ECC). Los ordenadores cuánticos también pueden romperla, pero el coste del cálculo cuántico para la ECC se ha estudiado menos que para el RSA. Por ello, no podemos concluir que este problema sea menos o más difícil que la factorización RSA en ordenadores cuánticos sin más estudios. Pero ambos son vulnerables a los algoritmos cuánticos. Los gobiernos y las empresas deben prepararse comprendiendo el riesgo que la computación cuántica supone para sus infraestructuras.
¿Por qué actuar ahora?
Cuanto más tardemos en migrar a estándares poscuánticos, más datos estarán en riesgo. Utilizamos la criptografía para proteger infraestructuras, garantizar la confianza en las transacciones electrónicas y asegurar las pruebas digitales. Los nuevos automóviles, aviones e infraestructuras críticas se diseñan hoy para estar muy conectados dentro de ecosistemas digitales y tienen una vida útil prevista de décadas. A medida que nuestro mundo se vuelve cada vez más conectado y automatizado, somos más vulnerables desde la perspectiva de la ciberseguridad.
Una futura vulnerabilidad en un componente heredado que no sea poscuántico podría provocar disrupciones generalizadas si fuera comprometido. Además, los sistemas actuales utilizan la criptografía para autenticar el origen y verificar la integridad de las actualizaciones y parches críticos, pero no los diseñamos de forma que la criptografía pueda actualizarse fácilmente. Numerosos informes detallan qué proporción de la infraestructura crítica del mundo está controlada por sistemas operativos que ya no reciben soporte. El Foro Económico Mundial estima que más de 20.000 millones de dispositivos digitales deberán actualizarse o sustituirse en todo el mundo en los próximos 10 a 20 años para utilizar criptografía poscuántica. En la mayoría de los dispositivos, esto no será posible de forma remota, ya que la criptografía para verificar las actualizaciones no siempre forma parte de la propia actualización. Las organizaciones deben planificar y actuar ahora para que esta transición se produzca lo antes posible.
¿Cómo podemos asegurar nuestro futuro cuántico?
El potencial revolucionario de la computación cuántica para el impacto científico, social y económico ha impulsado grandes inversiones e iniciativas ambiciosas en todo el mundo. Mantener el liderazgo en tecnologías cuánticas requiere inversiones centradas y la aceleración del desarrollo mediante la adopción temprana, las pruebas y la retroalimentación. Se necesita investigación fundamental en teoría, hardware y software cuánticos, lo que incluye el desarrollo de nuevos cúbits, métodos para mejorar la calidad de los cúbits y su rendimiento en circuitos cuánticos, técnicas para mitigar y corregir errores, el desarrollo de circuitos cuánticos optimizados y esquemas de compilación, y componentes que permitan el desarrollo de tecnologías avanzadas de escalado.
Los equipos individuales carecen de los medios necesarios para construir un ordenador cuántico con más de miles de cúbits capaz de ejecutar circuitos cuánticos con menos de un error por cada mil millones de operaciones. El gobierno, el mundo académico y la industria deben trabajar juntos para avanzar en la ciencia fundamental y ejecutar una hoja de ruta de desarrollo eficiente y ambiciosa, con métricas significativas y bien definidas.
Los gobiernos y las empresas también deben mitigar los riesgos de ciberseguridad. Estados Unidos patrocinó la selección y estandarización de la criptografía poscuántica mediante un proceso plurianual en el National Institute of Standards and Technology. Otros países han iniciado esfuerzos similares. El gobierno y la industria deben dar paso a la era de la criptografía e infraestructura poscuánticas con actividades para desarrollar marcos de riesgo y mitigación, y nuevos estándares para el uso de la criptografía.
¿Qué hace el Foro Económico Mundial en materia de ciberseguridad?
El Centro de Ciberseguridad proporciona una plataforma de confianza en la que los líderes se reúnen para comprender los riesgos cibernéticos en evolución y sus implicaciones sistémicas. Se centra en generar comprensión y confianza en un mundo digital cada vez más interconectado.
Al facilitar la colaboración intersectorial y el intercambio de conocimientos, el Centro ayuda a los socios a fortalecer su ciberresiliencia y a abordar desafíos que requieren respuestas colectivas.
Los algoritmos poscuánticos son solo el comienzo. Las normas y protocolos de seguridad de la industria deben actualizarse para estos nuevos algoritmos. En algunos organismos de normalización, esto puede llevar muchos años. Y, pese al papel de la criptografía en la protección de datos y sistemas, existe poca o ninguna gobernanza u orientación para su gestión, lo que dificulta la migración de las organizaciones a nuevos estándares criptográficos. Es urgente contar con ayuda para desarrollar orientaciones sobre gobernanza criptográfica.
El momento de prepararse para un futuro informático cuántico seguro es ahora.
