criptografía cuántica

Criptografía Cuántica: Las Características Revolucionarias para el Futuro Tecnológico

La criptografía es una ciencia que recientemente se ha empezado a estudiar. Su enfoque específico tiene alrededor de 100 años de existir. A pesar de esto, la práctica de codificar con criptografía ha existido por milenios, siendo observado desde el 1900 A.C. en una cueva antigua en la que se codificó un mensaje al lado de una tumba con el objetivo de dar un mensaje diferente a la inscripción original. Desde entonces a lo largo de la historia se han visto ejemplos de encriptación para todo tipo de propósitos.

Estos comienzos primitivos darían pie a la ciencia que conocemos ahora como Criptografía. Al inicio del siglo 19, cuando el mundo se convirtió en tecnológico, es cuando vemos los inicios de la codificación que conocemos ahora. En ese entonces Edward Hugh Hebern creó la Máquina de Hebern, la primera máquina de encriptación en usar claves.

Criptografía cuántica
La Máquina de Hebern

Seguido de esto, en vista de las necesidades en medio de la Segunda Guerra Mundial, el alemán Arthur Scherbius creo la maquina Enigma, una máquina que les permitía mandar líneas de texto encriptadas de una forma en la que jamás se había visto. Esta tecnología se mantuvo hasta que Polonia logró descifrar el código. Este originalmente fue creado por motivos militares y a pesar de mantenerse de esta forma desde el tiempo de Julio Cesar, eventualmente evolucionaría a otras áreas del mundo.

Tras esta lista de eventos históricos que marcan el trayecto de la criptografía, podemos ver cómo hemos llegado hasta el punto en el que nos encontramos ahora. Hoy en día la criptografía tiene el propósito de encriptar cualquier información o data que se categoriza sensible o privada.

Gracias a los avances tecnológicos que hemos visto en los últimos años, como la computadora cuántica, la criptografía ha avanzado al punto de utilizar no sólo algoritmos matemáticos sino ahora puede también usar física cuántica para su codificación, demostrando así como el arte y ciencia de la criptografía seguirá creciendo con nosotros y nuestra historia.

Como funciona la Criptografía cuántica.

Tradicionalmente las computadoras codifican información en código binario, es decir con 0 y 1. Estas mandan un mensaje codificado que llegará al receptor, el que luego deberá aplicar una clave secreta con la que aplicará el decodificador para revelar el mensaje original. (Banafa, 2021)

Este método ha funcionado por los últimos años gracias a la efectividad de este tipo de codificado y por la dificultad de poder descifrar las claves secretas, ya que se requeriría un poder de equipo imposible para poder lograrlo. A pesar de esto, la tecnología sigue avanzando y los sistemas encuentran otras formas de comprometer la información.

Un problema encontrado en este método de encriptación son las llamadas Claves débiles. Conocemos como Claves débiles a aquellas que se generan de tal forma que sean más fáciles de descifrar y comprometen la integridad de la data. Además de esto, los matemáticos mejoran sus algoritmos a medida que nuestros avances continúan, volviéndose más fácil el decodificar otros algoritmos.

criptografía cuántica

Algo más a tomar en cuenta es que hasta ahora las limitantes de equipos son las que evitan que los algoritmos puedan descifrar las claves secretas, pero podemos ver una tendencia de los equipos tecnológicos volverse más avanzados y más potentes cada año, por lo que abre la posibilidad de la capacidad de soportar tal esfuerzo y poder descifrarlas y acceder a la información.

Con todo esto en mente, podemos ver una serie de patrones en la que la encriptación como la conocemos empieza a volverse más riesgosa y menos confiable. Esto ha abierto la puerta a nuevas tecnologías en la que los algoritmos matemáticos ya no son la base del encriptado. Aquí es donde vemos el nacimiento de la Criptografía Cuántica.

Avances recientes de la Criptografía Cuántica

Luego de ver la criptografía que se ha utilizado por los últimos años, podemos ver los avances más recientes gracias a la Criptografía Cuántica.

A diferencia de la criptografía tradicional que utiliza algoritmos matemáticos, la criptografía cuántica utiliza la física cuántica a través de fenómenos o mecanismos naturales que no pueden ser hackeados. Además provee la característica única que es el hecho que es imposible ver o editar la data siendo transportada sin alertar al receptor o emisor. Esta es una característica ausente del método tradicional. (Love, 2017)

Podemos comprender mejor al ver como funciona esta nueva tecnología.

¿Cómo funciona la criptografía cuántica?

La criptografía cuántica funciona bajo el fundamento del uso de fotones para transmitir una clave. Esto se logra a través de partículas u ondas luminosas que representan información. Cada espín de fotón representa ceros y unos del código binario. Al mandar la clave en forma de fotones, el receptor lo recibirá, interpretará como código binario y podrá utilizar la clave de forma normal como en otras formas de encriptación. (Gillis, 2022)

La forma en la que este proceso sucede funciona de la siguiente manera:

Un sistema emisor crea una clave secreta a través de protones transmitidos a un receptor. Estos pasan primero por un polarizador que filtra protones que vibran en una forma previamente establecida, con esto el polarizador filtra los protones no deseados y alternándose a otra forma de vibración. Además de una vibración específica, estos protones llevan una forma vertical ( l ) u horizontal ( – ) que representan 0 y 1.

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Estos protones viajan a través de líneas de fibra óptica hacia un receptor que no conoce previamente la polarización utilizada en el polarizador del emisor. Para poder saberlo, es necesaria la comunicación entre ambos para poder iniciar a decodificar el mensaje. Luego de establecer la polarización en el filtro, el mensaje es procesado por el receptor.

Teniendo esto en cuenta nos podemos preguntar, ¿Cómo evita este sistema que la clave siendo transmitida sea vista o editada?

Como establecimos antes, al momento en el que los fotones son leídos o editados, su vibración y polarización son cambiados, por lo que si un tercero llamado Eavesdropper intenta modificar o ver la clave, estos cambios serian aplicados y el receptor y emisor notara el cambio, siendo notificados que alguien más tuvo acceso a la señal.

Los Usos de la Criptografía Cuántica

Luego de ver el funcionamiento de la criptografía cuántica podemos comprender mejor porqué es considerado un método más seguro y confiable que el método tradicional, especialmente para transmisión de información sensible.

Dicha tecnología aún no está del todo desarrollada pero es estimado que dentro de relativamente poco, con los avances de tecnología vistos, estemos cada vez más cerca a utilizarlo. En el prospecto de lo que es la criptografía cuántica y lo que podría llegar a ser, podemos ver las áreas en las que será útil el aplicarla.

A continuación algunos ejemplos de áreas a aplicar basado en aplicaciones actuales documentadas por SDT Inc. (2022).

Posibles usos:
  • Transmisión de información militar
  • Comunicación privada y encriptada
  • Transmisión de información de clientes para negocios de varias industrias.
  • Transferencia de data entre centros de almacenaje

Ventajas y Desventajas

Ahora que hemos visto lo que propone la criptografía cuántica, podemos analizar las ventajas y desventajas que esta presenta y su comparación ante la criptografía tradicional.

Ventajas

Información Segura: Este método de encriptación asegura un transporte seguro de información, ya que en lugar de confiar en líneas de números, se basa en las leyes de la física.

Detecta el intento de robo: A diferencia de otros métodos de encriptación, este es el único que puede detectar cuando los datos se ven comprometidos por terceros con su habilidad de detectar cambios o aun solo el hecho que la información fue vista.

Adaptabilidad: Gracias a su adaptabilidad, este método se puede acoplar a otros métodos existentes, haciéndolo compatible con criptografía tradicional además de ofrecer varios métodos de encriptación.

Desventajas

Posibles cambios en tránsito: Ya que los protones siguen interactuando con el ambiente, es posible que en algún momento su polaridad o vibración cambien en tránsito, por lo que abre la posibilidad a errores que comprometen la información.

Limitaciones de espacio: Debido a que los protones son transportados por fibra óptica, existe la limitación que la información puede solo ser transportada a lugares relativamente cercanos que pueden ser conectados físicamente. Además, existe la limitación de la distancia, ya que el rango máximo observado en la criptografía cuántica es de 400 a 500 km.

Equipo costoso: Por ser una tecnología tan avanzada y que requiere el uso de procesos de alto rendimiento, los equipos necesarios para el uso de este método pueden ser muy costosos, especialmente cuando este método requiere su propia infraestructura e instalación adecuada de fibra óptica.

Límite de locaciones: No es posible mandar una clave secreta a más de una locación a la vez.

Comparando Criptografía Tradicional y Criptografía Cuántica

Criptografía TradicionalCriptografía Cuántica
Utiliza Lógica AlgorítmicaUtiliza Fisica Cuantica
Manda la información por bits digitalesManda la información en forma de protones
No tiene limitaciones de rango o lugarTiene limitaciones de rango y lugar por su uso de fibra óptica
No requiere equipo demasiado costoso gracias a los avances de tecnología que lo vuelven más accesibleEs muy costoso gracias al uso de protones además de necesitar su propia infraestructura e instalación de fibra óptica

Finalmente

La ciencia de la criptografía es parte del mundo en el que vivimos ahora. Se ha vuelto esencial en todas las áreas de nuestro día a día, por lo que la tecnología continuará avanzando para mejorarlo a medida que el tiempo pase.

Tras lo que hemos visto aquí, la historia nos demuestra que la criptografía cuántica es un paso más en la trayectoria que esta hará en el mundo de la tecnología y a pesar de verse como algo lejano, será un método que usaremos tarde o temprano.

Parte de avanzar como Ingeniería es el conocer de estas nuevas tecnologías y aceptarlas como el siguiente gran paso que son, por lo que nuestro deber como profesionales es aprender sobre todas las posibilidades de la criptografía cuántica y conocer sobre estos procesos que muy pronto estarán dando forma a nuestro mundo.

La tecnología avanza más rápido que nunca antes, y cuando es así, es normal ver avances tan increíbles como estos. Si mencionaremos a los originarios de la encriptación y codificación lo que estamos logrando ahora con el manejo de la física cuántica, protones y fotones, se escucharía como un lenguaje alienígena, pero así de lejos hemos llegado en una cuestión de pocos cientos de años.

En conclusión, como parte del mundo de la tecnología y computación, es increíble ver los avances que se logran cada año y lo capaces que somos de ver las posibilidades hasta en una minúscula partícula de luz. La criptografía cuántica está aquí para revolucionar nuestro entendimiento de la criptografía y aunque sea difícil y complejo, estamos siendo parte de la historia en este gran salto para el mundo.

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