La seguridad de los datos, que busca garantizar comunicaciones seguras en internet, debe mantenerse al ritmo de la capacidad de piratería informática de los escuchas clandestinos. Los datos y las comunicaciones serán más vulnerables a los ataques a medida que las tecnologías de descifrado se fortalezcan con computadoras más rápidas y potentes.
Los estándares de cifrado actuales se basan en generadores de números aleatorios y en fórmulas matemáticas complejas. El problema es que el avance tecnológico dejará obsoletos los métodos de cifrado actuales. Esto dejará los datos expuestos y vulnerables a la interceptación hasta que se desarrollen mejores métodos de descifrado.
Pero se abre un mundo completamente nuevo. La seguridad futura reside en distribución cuántica de claves, un campo que ha experimentado un rápido desarrollo en investigación desde la aparición del primer esquema en 1984. La distribución cuántica de claves utiliza la mecánica cuántica para garantizar una comunicación segura. Esto permite a dos partes generar una clave secreta compartida y aleatoria, conocida solo por ellas, que luego puede utilizarse para cifrar y descifrar mensajes.
Puede aplicarse tanto a redes de fibra óptica como a comunicaciones por satélite en el espacio libre. La tecnología que respalda las transmisiones de distribución cuántica de claves a altas velocidades a través de distintos canales se está desarrollando para integrarse fácilmente en las redes existentes.
La física cuántica abre un nuevo mundo
La distribución cuántica de claves tiene el potencial de convertirse en la tecnología clave para garantizar la confidencialidad y la privacidad. Las leyes de la mecánica cuántica no son vulnerables al avance tecnológico, lo que convierte a la distribución cuántica de claves en el primer y único método de cifrado de datos incondicionalmente seguro.
¿Cómo es posible? Los sorprendentes efectos de la física cuántica significan que los mensajes protegidos cuánticamente están a salvo de las escuchas. Utilizada en una técnica de cifrado de una sola vez (one-time pad), la distribución cuántica de claves puede cifrar transferencias de datos, ya sea para uso corporativo, gubernamental o personal.
El desarrollo de tecnologías de distribución cuántica de claves en distintos canales de telecomunicaciones hará posible una red cuántica global.
Cómo funciona
El poder de la distribución cuántica de claves permite a dos partes establecer una clave secreta a partir de una contraseña de autenticación corta compartida previamente y de un intercambio público. Esto no es posible con los medios tradicionales no cuánticos.
Es capaz de cumplir dos requisitos para una seguridad inquebrantable:
La generación de una secuencia de bits verdaderamente aleatoria a partir de un generador cuántico de números aleatorios, para utilizarla como clave de cifrado de una sola vez (one-time pad); y
La distribución segura de la clave de cifrado entre usuarios autenticados.
La distribución cuántica de claves utiliza las leyes de la mecánica como herramienta para asegurar una clave de cifrado compartida entre usuarios. La clave adopta la forma de una secuencia binaria de bits y puede combinarse con datos sensibles para volverlos ininteligibles. La premisa es sencilla: si un escucha clandestino roba datos cifrados, no puede obtener información de ellos si la clave es aleatoria y segura.
Las partículas cuánticas, como los fotones individuales de luz, se utilizan como portadores de datos para formar la clave de cifrado. Las partículas cuánticas presentan un comportamiento que puede emplearse para mantener la información en secreto.
Si un escucha clandestino intenta medir o copiar la información transportada por una partícula cuántica antes de que llegue al destinatario previsto, los usuarios autenticados detectarán una alta tasa de error durante su transmisión. Entonces podrán descartar la clave y reiniciar el proceso. La clave interceptada aún no se ha utilizado para cifrar información sensible, por lo que descartarla no causa ningún daño.
Se han diseñado y adaptado muchos esquemas de distribución de claves para satisfacer distintas aplicaciones. Los fotones individuales se codifican con bits cuánticos de información mediante sistemas de dos niveles, como los estados de polarización o las diferencias de fase entre pulsos, para representar datos binarios.
Los bits cuánticos se envían por un canal cuántico dedicado, pero los procedimientos de depuración de claves se discuten públicamente. Los protocolos cuánticos están diseñados de modo que la comunicación pública resulte ambigua para un escucha clandestino y no requiera más seguridad.
De la idea a un producto listo para el mercado
Los sistemas actuales disponibles comercialmente pueden utilizarse para cifrar comunicaciones de redes de fibra óptica en áreas metropolitanas. La nueva investigación se centra en ampliar la longitud del canal mediante fibra de bajas pérdidas o detectores más eficientes.
Los investigadores también estudian los repetidores cuánticos, un dispositivo capaz de amplificar una señal sin destruir la información.
La comunicación cuántica en el espacio libre mediante satélite es más adecuada para grandes distancias. La distribución cuántica de claves en el espacio libre es un área de investigación activa, centrada en superar los efectos de la turbulencia que perturban las transmisiones.
Los dispositivos personales de distribución cuántica de claves de corto alcance son un área de investigación nueva y muy prometedora. Estos dispositivos pueden proporcionar a los consumidores una recarga de clave de cifrado que puede utilizarse para pagos con tarjeta de crédito o transacciones bancarias. Están diseñados para ser lo bastante pequeños como para caber en la mano o incluso dentro de teléfonos móviles.
La distribución cuántica de claves ha echado raíces en Sudáfrica. En 2008, Durban se convirtió en la primera Quantum City del mundo, al utilizar sistemas comerciales de distribución cuántica de claves para cifrar la red de fibra municipal de eThekwini. El Estadio Moses Mabhida de Durban también se convirtió en el primer estadio en utilizar tecnología cuántica para cifrar las comunicaciones de seguridad durante la Copa Mundial de 2010.
Usos de la distribución cuántica de claves
El Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones ha publicado normas relativas al uso de la tecnología cuántica. Algunas posibles aplicaciones incluyen:
Cifrado de transmisiones entre sucursales de una empresa o agencia gubernamental a través de una red metropolitana. Esto incluye las transferencias de datos hacia y desde un servidor de respaldo externo;
Comunicación segura para el control de infraestructuras críticas o en la red troncal; y
Comunicación cifrada entre sitios remotos a través de nodos no confiables.
En una sociedad impulsada por la comunicación digital, es fácil querer aplicar medidas de seguridad inquebrantables a todas las comunicaciones. Pero ¿cuáles son las implicaciones de que todas las transmisiones de datos sean completamente seguras y secretas?
No hay garantía de que el cifrado inquebrantable no se aplique a comunicaciones sobre actividades perniciosas. Si bien la distribución cuántica de claves ofrece nuevas posibilidades en la seguridad de los datos, es importante considerar cómo debe utilizarse esta tecnología.
Este artículo se publica en colaboración con The Conversation. La publicación no implica el respaldo de las opiniones por parte del Foro Económico Mundial.
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Autor: Sharmini Pillay es candidata a doctora (PhD) en la Universidad de KwaZulu-Natal.
Imagen: Una mano aparece en silueta frente a una pantalla de computadora en esta ilustración fotográfica tomada en Berlín. REUTERS/Pawel Kopczynski
