Un salto cuántico en criptografía

Hasta hace poco, el cifrado cuántico se había escondido en laboratorios especializados.

Pero sus defensores dicen que la tecnología, en la que se utilizan partículas individuales de luz, o fotones, para codificar datos, ahora está lista para dar el salto al mundo real. En los últimos meses, los dos principales proveedores de productos de cifrado cuántico, id Quantique y MagiQ Technologies, han introducido productos de segunda generación que, según ellos, son más sencillos de operar, es decir, orientados a administradores de red en lugar de científicos.

Mientras tanto, esta tecnología de vanguardia no solo se está volviendo más fácil de usar, sino que también los desarrollos recientes pueden desbloquear una mayor gama de aplicaciones para ella, como su aplicación a mayores distancias, en entornos inalámbricos y para asegurar las comunicaciones por satélite. Los gigantes japoneses de la electrónica NEC Corp. y Toshiba Research Europe Ltd. y el desarrollador líder de tecnología de EE. UU. BBN Technologies han anunciado éxitos en la ampliación del rango y la duración de la generación de claves cuánticas, la codificación de archivos de audio y video y la transmisión de claves o comunicaciones a través de aire así como fibra óptica.

Ciertamente, los científicos han avanzado mucho en las dos décadas transcurridas desde que se introdujo la idea de la criptografía cuántica. Aún así, la tecnología se ha mantenido en gran parte en la fase de I + D, ya que los investigadores han luchado con varios desafíos técnicos. En particular, la distancia a la que podían transmitir claves y la capacidad de generar fotones individuales ha sido limitada.

En la criptografía cuántica, las partículas individuales de luz representan unos y ceros en una clave de cifrado binaria. Para codificar la información real, los fotones son polarizados por el sistema del emisor, es decir, las ondas de luz se organizan en un solo plano. En el otro extremo, un receptor mide la polarización para recuperar la información.

Dado que las claves cuánticas en sí pueden ser tan grandes como los datos que se cifran, los usuarios pueden utilizar cifrados impenetrables, según Josh Kessler, analista y gerente de producto de TowerGroup, con sede en Boston. Estos cifrados son extremadamente seguros porque la clave nunca se repite y es tan larga como el mensaje en sí, en contraste con el cifrado de clave pública, donde la clave es más corta.

El poder de la criptografía cuántica en realidad surge de uno de los principios clave de la mecánica cuántica: a nivel atómico, cualquier objeto que se observe también cambia. Como resultado, alguien que intente robar datos cifrados cuánticamente midiendo los fotones mientras viajan alteraría la clave, un acto que los usuarios legítimos podrían detectar.

Durante casi dos décadas, los protocolos de seguridad desarrollados por Rivest, Shamir y Adleman (RSA) para el cifrado de clave pública se han mantenido firmes. Sin embargo, las recientes brechas de seguridad en Bank of America Corp., Wachovia Corp. y LexisNexis, que comprometieron la información financiera y personal de cientos de miles de consumidores, han expuesto el creciente problema del robo de datos. Si bien estos escándalos no fueron necesariamente culpa de un cifrado débil o de una distribución de claves, han puesto mayor énfasis en la necesidad de una mejor seguridad en torno a los datos más confidenciales de las empresas.

No es sorprendente que en este momento los sectores objetivo de la seguridad cuántica sean las empresas de servicios financieros, las empresas de telecomunicaciones y las agencias gubernamentales, organizaciones que se ocupan de información altamente sensible y que también tienen los bolsillos profundos para pagar por una mejor protección.

En la feria comercial Infosecurity Europe 2005 en Londres en abril, los clientes potenciales pudieron ver el estado del arte en criptografía cuántica. Id Quantique, con sede en Ginebra, Suiza, presentó su nuevo sistema de cifrado llave en mano, que proporciona una conexión segura entre dos redes de fibra óptica Fast Ethernet que pueden ubicarse a una distancia de hasta 100 kilómetros. Su sistema, Vectis Link Encryptor, combina la distribución de claves cuánticas con estándares de cifrado avanzados: las claves cuánticas se distribuyen de forma segura y continua a través de un enlace de fibra óptica dedicado, y esas claves, a su vez, se pasan dentro del dispositivo a un motor de cifrado avanzado que es utilizado para cifrar y descifrar la información.

Vectis cuenta con una pantalla táctil a través de la cual los usuarios pueden monitorear el sistema y una aplicación de servidor web que muestra la información de registro del sistema, utilizando el Protocolo simple de administración de red (SNMP v.3), que permite a los administradores de red monitorear y administrar de manera centralizada cualquier dispositivo de hardware de cifrado cuántico. en toda su red.

Automatizamos todo, por lo que un ingeniero de redes podría hacer esto, dice Gregoire Ribordy, CEO de id Quantique, no solo un físico.

En marzo, su rival MagiQ Technologies de la ciudad de Nueva York reelaboró ​​su red privada Quantum, después de recibir comentarios de clientes gubernamentales y empresariales que la habían probado. La última versión ahora incorpora procesadores de seguridad de alto rendimiento y puede ejecutarse en sistemas operativos Windows o Linux.

El director ejecutivo de MagiQ Technologies, Bob Gelfond, admite que realmente no ha cambiado mucho en el lado cuántico, pero la red, la distribución básica y otros elementos se han ajustado para convertirlo en un producto más utilizable que se puede integrar en el sistema existente de una empresa.

Con una interfaz más amigable para los negocios, MagiQ está en proceso de cerrar acuerdos con fabricantes de equipos originales (OEM) que resultarían en la integración de sus productos de criptografía cuántica en hardware de los principales fabricantes ya en 2006.

Si bien los pequeños proveedores como MagiQ e id Quantique ya han hecho un reclamo en este campo, no estarán solos por mucho tiempo. En mayo, el Laboratorio de Investigación de Cambridge de Toshiba en el Reino Unido mostró su reciente avance: un sistema de criptografía cuántica que se puede utilizar para codificar video y voz en tiempo real hasta 100 cuadros o claves por segundo. Sus desarrolladores creen que la tecnología hará que sea práctico para las empresas y los gobiernos asegurar enlaces de video a través de un enlace de fibra óptica.

El Dr. Andrew Shields, líder del grupo en investigación y desarrollo de criptografía cuántica en Toshiba Cambridge y director del proyecto, cree que el sistema debería estar en el mercado en un par de años. Si bien el video encriptado se ve un poco nervioso debido a las velocidades de cuadro finitas de la cámara, dice Shields, se ve bastante bien. Hemos tenido una muy buena reacción. La gente estaba bastante sorprendida pero encantada de que estas aplicaciones ahora sean reales.

En mayo, los investigadores de NEC Corp.anunció que, con la ayuda del Instituto Nacional de Tecnología de la Información y las Comunicaciones y la Agencia de Ciencia y Tecnología de Japón, han podido generar claves cuánticas más rápido y durante un período de tiempo más sostenido de lo que era posible anteriormente. . El gigante de la red y las tecnologías de la información con sede en Tokio fue capaz de generar claves de forma continua a un promedio de 13 kilobits por segundo (kbps) en una red óptica comercial de 16 kilómetros durante dos semanas, el tipo de rendimiento que, en última instancia, podría generar la generación y distribución de tecnología cuántica. claves aún más fáciles y sin problemas para las empresas.

Kessler de TowerGroup dice que NEC ha obtenido recientemente numerosas patentes relacionadas con los sistemas cuánticos y espera que la empresa lance un producto comercial dentro de un año.

Kazuo Nakamura, director senior de los laboratorios de investigación ambiental y fundamental de NEC, cree que los casi ocho años de investigación dedicada de su empresa a la criptografía cuántica les ayudarán a superar a los competidores que ya están vendiendo productos.

Creemos que nuestros esfuerzos sostenidos en I + D le han dado a NEC una clara ventaja tecnológica sobre [MagiQ e id Quantique], dice Nakamura. Antes de que el mercado acepte la criptografía cuántica, los productos deben lograr costos de sistema más bajos, mayor estabilidad y un funcionamiento aún más rápido en distancias más largas.

Quizás el desarrollo de la criptografía cuántica más prometedor, sin embargo, es el reciente anuncio de BBN a principios de junio de que junto con el socio del Reino Unido QinetiQ Ltd. ha creado una versión inalámbrica funcional de la red de criptografía cuántica.

Chip Elliott, ingeniero principal de BBN con sede en Cambridge, MA, dice que han creado una red de criptografía cuántica de espacio libre que puede enviar claves cuánticas, o comunicaciones cifradas, a unas 15 millas utilizando telescopios alineados en cada punto. sin fibra óptica.

Al aplicar la misma tecnología, las empresas podrían enviar comunicaciones encriptadas cuánticas de un lado a otro utilizando un satélite. Elliott dice que si bien la criptografía cuántica de espacio libre no está tan avanzada en desarrollo como la variedad cableada, los sistemas serán más fáciles y baratos de implementar, ya que los componentes necesarios son menos costosos. Él dice que incluso puede haber productos de cifrado de espacio libre disponibles para empresas y gobiernos para fin de año.

Ray Trygstad, director asistente de tecnología de la información del campus de Rice del Instituto de Tecnología de Illinois en Wheaton, IL, está más entusiasmado con el potencial de la criptografía cuántica de espacio libre que los sistemas que utilizan fibra óptica. En última instancia, él ve el espacio libre como una forma preferida de asegurar la televisión de pago o las llamadas telefónicas clasificadas, o, en un plazo más cercano, para que las empresas proporcionen un acceso inalámbrico verdaderamente seguro a los empleados en sus campus corporativos.

Dado que la seguridad inalámbrica es tradicionalmente muy débil, dice Trygstad, acoplar la criptografía cuántica de espacio libre con WiMax podría proporcionar un beneficio mayor.

Parece que la criptografía cuántica ha pasado de las pizarras de los científicos a las salas de juntas más rápido de lo que incluso muchos observadores agudos creían posible.

Aún así, quedan desafíos. Trygstad cree que en los próximos años, solo unas pocas firmas financieras de alto nivel y agencias gubernamentales pueden usar el cifrado cuántico para proteger su información más sensible, ya que el costo sigue siendo relativamente alto, alrededor de $ 100,000 por dos puntos de conexión. Muchas empresas pueden optar por utilizar esos dólares del presupuesto de seguridad en otras áreas que están en mayor riesgo.

Pero, argumenta Kessler en su investigación, las empresas de servicios financieros, en particular, deberían considerar el uso de la criptografía cuántica, ya que actualmente se están produciendo avances en el mundo matemático que podrían debilitar sustancialmente los esquemas de cifrado basados ​​en computación, como RSA. Un ejemplo importante: los matemáticos pueden estar a punto de probar la Hipótesis de Riemann, que describe cuántos números primos existen por debajo de cierto valor. Si se prueba, razona Kessler, una persona podría descubrir el factoring detrás de un esquema de cifrado RSA en menos cálculos.

La distancia también sigue siendo problemática para la criptografía cuántica. Dado que sus claves no se pueden medir ni manipular en ruta, los tipos tradicionales de repetidores no funcionan, por lo que la mayoría de los sistemas cuánticos solo pueden transmitir datos entre dos dispositivos de cifrado entre 100 y 150 kilómetros.

Estas limitaciones de distancia mejoran continuamente con una mejor generación de fotones y fibra óptica, así como una mejor tecnología de transmisión general, dice Kessler, pero la distancia sigue siendo el elemento más limitante de la distribución de claves cuánticas.

Algunos usuarios pueden solucionar el problema vinculando sistemas, por lo que, básicamente, la información se descifra y se vuelve a cifrar en cada punto del camino. Además, Gelfond sostiene que para muchos de sus clientes la limitación de distancia no es un problema porque están transfiriendo y asegurando información dentro del núcleo del metro, entre una oficina principal y un sitio de respaldo que puede estar a solo unas pocas cuadras, o pisos, lejos.

Shields y Ribordy dicen que se están desarrollando repetidores cuánticos, y Shields cree que pueden ser una realidad dentro de cinco años. Si bien la mayoría de las empresas esperan que bajen los costos y que se resuelvan los desafíos tecnológicos, los pioneros como MagiQ, id Quantique y NEC aún ven la oportunidad en el mercado comercial.

Algunas organizaciones entienden que la comunicación de los datos más sensibles garantiza la mayor seguridad posible, dice Nakamura de NEC, y asignarán los presupuestos adecuados para garantizar esto. Consideramos que este tipo de usuario de alto nivel representa el principal mercado inicial de la criptografía cuántica.

Karen Epper Hoffman escribe sobre temas comerciales y tecnológicos desde su casa en Poulsbo, WA.

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