A lo largo de la historia, el ser humano se ha valido de muy diversos métodos para enviar mensajes que solo pudieran ser leídos por sus destinatarios, usando sistemas de codificación muy variados y, en ocasiones, con un gran despliegue de imaginación.
Desde el comienzo de la era digital el formato de los mensajes se ha visto modificado de manera radical; no así el interés de emisores y receptores por mantener su contenido fuera del alcance de terceros deseosos de interceptarlos, siendo continuos los avances tecnológicos realizados en uno y otro sentido.
Con la llegada de la física cuántica al mundo de la ciberseguridad, se abre una nueva etapa en la encriptación. Sí, has leído bien. La criptografía cuántica es una disciplina que utiliza los principios de la mecánica cuántica para el cifrado de mensajes o, más específicamente, para el envío seguro de códigos de desencriptación. Para poder entender los fundamentos de este tipo de encriptación, debemos comenzar señalando que la física cuántica representa una serie de propiedades de la realidad que se ponen de manifiesto cuando nos centramos en unidades a muy pequeña escala, del orden atómico.
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Los llamados qubits
Para implementar las propiedades cuánticas en computación, debemos sustituir los tradicionales bits (unidad básica para el almacenamiento de información con comportamiento binario) por los llamados cubits, o qubits, es decir, los bits cuánticos. Físicamente, los cubits pueden ser iones, fotones, electrones u otros tipos de partículas, siempre y cuando estas sean capaces de presentar comportamiento cuántico.
Para implementar las propiedades cuánticas en computación, debemos sustituir los tradicionales bits por los llamados qubits, es decir, los bits cuánticos
Una de las propiedades más interesantes en este ámbito es el llamado principio de incertidumbre de Heisenberg: según este, no se pueden determinar, de forma simultánea y totalmente precisa, ciertos pares de variables físicas, a los que se llama variables conjugadas. El clásico ejemplo es el de la posición y la velocidad (momento lineal) de un objeto dado, aunque también son un par conjugado las variables tiempo y energía, entre otras.
Además, en el mundo cuántico, la medición condiciona el resultado. Si aplicamos esta idea a la criptografía nos permitirá detectar si alguien ha interceptado un mensaje. Este es, de hecho, uno de los principios reflejados en la famosa metáfora de ‘El Gato de Schroedinger’: un gato con un 50% de probabilidades de morir por la emisión de un veneno puede estar vivo y muerto a la vez siempre y cuando permanezca en una caja cerrada, es decir, siempre y cuando no sea observado. Es al abrir la caja, esto es, al producirse la observación, cuando el gato tiene que estar en un estado concreto: vivo o muerto.
Teniendo todas estas teorías en cuenta, por tanto, la forma más segura a nivel práctico de efectuar el intercambio de información es, en primer lugar, enviar la secuencia de información sin el código. Una vez recibida esta, se comparte el código, y se emplean las medidas realizadas en la dirección adecuada para contrastar la fiabilidad del canal de comunicación, y la posibilidad de que haya habido o no alguna intercepción del mensaje. Finalmente, en caso de considerarse un canal seguro, se utiliza la información transmitida para generar un código de desencriptación que se puede aplicar a un mensaje o serie de mensajes cifrados. Este proceso es conocido como Distribución de Claves Cuánticas (o QKD, Quantum Key Distribution).
Lógicamente, cada vez que se crea un nuevo sistema de encriptación, aquellos interesados en interceptar las comunicaciones mejoran sus respectivos sistemas; por tanto, la criptografía cuántica no se puede limitar al empleo más básico de los principios cuánticos. Así, esta disciplina estudia las posibilidades que nos ofrecen estas técnicas para anticiparse a aquellos que buscan encontrar la manera de contrarrestar los mecanismos de encriptación.
Eagle-1, el primer satélite de cifrado cuántico en 2024
Aunque la primera red de ordenadores protegida mediante encriptación cuántica se implementó en 2008, esta tecnología se encuentra actualmente en proceso de desarrollo para poder llegar a toda la población. El proceso no es ni fácil ni rápido, ya que a lo largo de este se deben solventar varias dificultades técnicas, como son las interferencias que provocan falta de estabilidad de los estados cuánticos, especialmente para tiempos y distancias largas. Hoy en día existen dispositivos comerciales que permiten el empleo de la tecnología de distribución de claves cuánticas, aunque con importantes limitaciones en el alcance y en la velocidad de desencriptación de los códigos.
Entre las empresas que vuelcan una gran parte de sus esfuerzos en mejorar estos procesos se encuentran gigantes tecnológicos, como IBM, HP o Mitsubishi. En cuanto a los progresos que se esperan alcanzar en un futuro no muy lejano, la Agencia Espacial Europea (ESA) se ha propuesto lanzar en 2024 el satélite Eagle-1, el primer sistema espacial europeo basado en la tecnología de encriptación cuántica y que, sin duda, allanará el camino hacia una red ultrasegura basada en las leyes de la mecánica cuántica para mantener protegida la información dentro de la Unión Europea.
¿Quién trabaja en la criptografía cuántica?
Los ataques cibernéticos y la geopolítica amenazan a un mundo cada vez más digital. Y, si bien es cierto que el interés de la encriptación pertenece al ámbito de la ciberseguridad, las habilidades que se precisan son distintas a las que esta disciplina requiere habitualmente: en particular, se emplean conocimientos de física cuántica, una rama de la física moderna, que actualmente se encuentra involucrada en diversos avances tecnológicos.
La conjunción de conocimientos más propios del área tecnológica, especialmente los relativos a las nuevas tecnologías digitales, con las ciencias aplicadas conforma un perfil cada vez más demandado en múltiples sectores. La necesidad de profesionales que aúnen ambos conocimientos, física computacional con programación, nos permitirá desarrollar aplicaciones tan punteras como la investigación en física atómica, el desarrollo de gemelos digitales y, por supuesto, las aplicaciones del mundo cuántico.
