• BGP, el principal protocolo que rige Internet, se diseñó hace más de 30 años y hoy ya no es adecuado para su propósito.
• La arquitectura de Internet SCION ofrece una alternativa madura y estable.
• SCION utiliza la «verificación formal» para garantizar la estabilidad y elimina las dependencias circulares que hacen problemático a BGP.
La pandemia de COVID-19 ha puesto de manifiesto y aumentado la dependencia de la sociedad de la comunicación digital. Para respaldar el espectacular aumento del uso de videollamadas, las redes globales se han ampliado rápidamente: el ancho de banda de Internet aumentó un 35 % en 2020. Las aplicaciones de comunicación, como WhatsApp o Zoom, se actualizan y refuerzan constantemente para ofrecer servicios más eficientes y seguros a través de Internet.
Si bien estos esfuerzos son, sin duda, útiles para garantizar una experiencia de Internet sin interrupciones, una amenaza fundamental para la disponibilidad de Internet sigue oculta, enterrada en lo profundo de la maquinaria digital.
El “eslabón” débil de Internet
El Protocolo de Puerta de Enlace Fronteriza (BGP) permite la coordinación entre las más de 70.000 redes diferentes que se interconectan en la única infraestructura global de comunicación que llamamos Internet. Resulta que BGP es una de las partes más frágiles de Internet. Aunque la mayoría de los cientos de interrupciones semanales causadas por el mal funcionamiento de BGP pasan en gran medida desapercibidas, ya que normalmente solo afectan a una pequeña fracción de usuarios; las interrupciones prolongadas no son infrecuentes.
En 2020, por ejemplo, un incidente importante que afectó al proveedor de servicios estadounidense Cloudflare duró siete horas y provocó una caída del 3,5 % del tráfico mundial. Este suceso, causado por una configuración errónea sin importancia, ilustra cómo pequeños fallos en los enrutadores regionales pueden desencadenar el conocido efecto mariposa, que provoca la interrupción de la conectividad en amplias zonas de Internet. Estas interrupciones generan enormes costes para las empresas y afectan de forma desproporcionada a las instituciones que dependen de Internet para servicios esenciales.
Dada la naturaleza crucial de Internet, una pregunta importante es: ¿cómo llegamos a depender de una infraestructura tan poco fiable? La respuesta es sorprendentemente sencilla: BGP no fue diseñado para gestionar la escala global ni el número de redes interconectadas que tenemos hoy. Popularmente conocido como «protocolo de dos servilletas» (ya que se inventó en una cafetería durante el recreo), BGP se creó para respaldar la interconexión de la Internet mucho más pequeña de finales de los años ochenta. Su funcionamiento, en gran medida correcto durante los últimos 30 años, ha generado una falsa sensación de estabilidad. Para lograr una garantía sólida de comunicación fiable, necesitamos propiedades más robustas de las que BGP puede ofrecer.
Una alternativa estable y verificada
En ETH Zurich llevamos tiempo trabajando en un reemplazo moderno del envejecido BGP. La Internet de próxima generación SCION está diseñada para ser demostrablemente estable frente a grandes interrupciones e incluso a los piratas informáticos. Por «demostrablemente» queremos decir que nuestros investigadores, con la ayuda de software de última generación, aplicaron la «verificación formal» para elaborar pruebas matemáticas de la estabilidad de SCION. Con la verificación formal es posible razonar matemáticamente sobre protocolos interactivos complejos y demostrar afirmaciones sobre sus resultados. Esta tarea es imposible con BGP, ya que se construyó de una manera que no puede garantizar la estabilidad en general.
Ningún proyecto de investigación anterior ha aplicado la verificación formal a una arquitectura de Internet completa, pero no nos detuvimos ahí. Además, utilizamos la verificación de código para demostrar que los enrutadores de SCION están programados correctamente para ejecutar el protocolo. Si bien estas dos herramientas, la verificación del protocolo y la del código, se han utilizado por separado en el pasado, nunca antes se habían combinado para un sistema tan complejo.
Romper el círculo
Se estima que la economía digital representó entre el 4,5 % y el 15,5 % del PIB mundial en 2019, y ha seguido creciendo desde entonces. Además, un reciente ataque a un importante ISP en Bélgica demuestra hasta qué punto muchas entidades gubernamentales dependen de la comunicación por Internet.
Al igual que otras infraestructuras y servicios públicos clave, Internet debe gestionarse y protegerse con gran cuidado. Las redes eléctricas, por ejemplo, están protegidas con cuidado frente a fallos mediante planes de contingencia elaborados. En ese sector, una parte fundamental de este proceso es el análisis de dependencias, que pone de relieve las dependencias circulares que pueden impedir la reanudación del servicio tras un apagón. Lo más importante es que la red eléctrica debe ser capaz de realizar un “arranque en negro”, es decir, recuperarse de un apagado total, a pesar de que, paradójicamente, muchas centrales consumen ellas mismas electricidad para producirla y, por tanto, necesitan una fuente de energía externa para ponerse en marcha.
Internet debería tener una característica similar: tras la desconexión de una gran parte de la red, el restablecimiento de la conectividad debería tardar segundos como máximo. Con BGP, por desgracia, las dependencias circulares las crean precisamente las extensiones de seguridad diseñadas para proteger a las redes participantes de injerencias externas: ¡necesitan conectividad de Internet para lograr una conectividad segura de Internet! Estas dependencias ralentizan aún más la recuperación de las interrupciones descritas anteriormente.
Nuestro análisis de la interdependencia de los componentes de SCION demostró que la conectividad completa de toda Internet puede lograrse en cuestión de segundos desde un arranque en negro. Partiendo únicamente de raíces de confianza locales basadas en criptografía, las redes que participan en el protocolo SCION pueden descubrir y autenticar rutas de comunicación para habilitar rápidamente un enrutamiento seguro de Internet. Esto se logra mediante un proceso denominado “beaconing”, en el que mensajes infalsificables se originan en una raíz de confianza y viajan de red en red.
Una Internet de nueva generación
Gracias a la verificación formal y al análisis de dependencias, tenemos una confianza profunda en la estabilidad operativa y la seguridad de SCION, mayor que la de cualquier otra arquitectura de Internet. Mientras nos dedicábamos a diseñar y analizar SCION, también trabajamos para llevar estas innovaciones al mundo real. Ya hoy, siete ISP ofrecen conectividad SCION.
¿Qué hace el Foro Económico Mundial en materia de ciberseguridad?
El Centro para la 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 reforzar su ciberresiliencia y a abordar retos que requieren respuestas colectivas.
A medida que las vacunas se distribuyen a nivel mundial, esperamos volver pronto a nuestro estilo de vida físicamente conectado. Sin embargo, muchas de las innovaciones que se aceleraron con la pandemia han llegado para quedarse. La arquitectura de Internet SCION ofrece una base segura y fiable para estas innovaciones hoy, con su funcionamiento verificado formalmente, libre de dependencias circulares, y un despliegue operativo en crecimiento.
