Los avances recientes en las computadoras cuánticas pronto pueden dar acceso a los piratas informáticos a máquinas lo suficientemente potentes como para descifrar incluso los códigos de seguridad estándar más estrictos de Internet. Con estos códigos rotos, todos nuestros datos en línea, desde registros médicos hasta transacciones bancarias podrían ser vulnerablesatacar.
Para luchar contra la amenaza futura, los investigadores están manejando las mismas propiedades extrañas que impulsan a las computadoras cuánticas a crear formas teóricamente a prueba de piratería de cifrado de datos cuánticos.
Y ahora, estas técnicas de cifrado cuántico pueden estar un paso más cerca del uso a gran escala gracias a un nuevo sistema desarrollado por científicos de la Universidad de Duke, la Universidad Estatal de Ohio y el Laboratorio Nacional Oak Ridge. Su sistema es capaz de crear y distribuir cifradocódigos a velocidades de megabits por segundo, que es de cinco a 10 veces más rápido que los métodos existentes y a la par con las velocidades actuales de Internet cuando se ejecutan varios sistemas en paralelo.
Los investigadores demuestran que la técnica es segura frente a ataques comunes, incluso frente a fallas en el equipo que podrían abrir fugas.
"Ahora es probable que tengamos una computadora cuántica en funcionamiento que pueda comenzar a romper los códigos criptográficos existentes en el futuro cercano", dijo Daniel Gauthier, profesor de física en la Universidad Estatal de Ohio. "Realmente necesitamos serpensando mucho en las diferentes técnicas que podríamos utilizar para tratar de proteger Internet ".
Los resultados aparecen en línea el 24 de noviembre en Avances científicos .
Para un pirata informático, nuestras compras en línea, transacciones bancarias y registros médicos se ven como un galimatías debido a los cifrados llamados claves de cifrado. La información personal enviada a través de la web se codifica primero con una de estas claves, y luego el receptor la descifra con la mismallave.
Para que este sistema funcione, ambas partes deben tener acceso a la misma clave, y debe mantenerse en secreto. La distribución de claves cuánticas QKD aprovecha una de las propiedades fundamentales de la mecánica cuántica: medir pequeños trozos de materia comolos electrones o fotones cambian automáticamente sus propiedades, para intercambiar claves de una manera que alerta inmediatamente a ambas partes sobre la existencia de una violación de seguridad.
Aunque QKD se teorizó por primera vez en 1984 y se implementó poco después, las tecnologías para respaldar su uso a gran escala solo ahora están en línea. Las empresas en Europa ahora venden sistemas basados en láser para QKD, y en un evento muy publicitado el verano pasado, China utilizó un satélite para enviar una clave cuántica a dos estaciones terrestres ubicadas a 1200 km de distancia.
El problema con muchos de estos sistemas, dijo Nurul Taimur Islam, un estudiante graduado de física en Duke, es que solo pueden transmitir claves a velocidades relativamente bajas, entre decenas y cientos de kilobits por segundo, que son demasiado lentaspara la mayoría de los usos prácticos en internet
"A estas velocidades, los sistemas de encriptación de seguridad cuántica no pueden admitir algunas tareas diarias básicas, como realizar una llamada telefónica encriptada o transmisión de video", dijo Islam.
Al igual que muchos sistemas QKD, el transmisor clave del Islam utiliza un láser debilitado para codificar información en fotones individuales de luz. Pero encontraron una manera de empaquetar más información en cada fotón, haciendo que su técnica sea más rápida.
Al ajustar el momento en que se libera el fotón, y una propiedad del fotón llamada fase, su sistema puede codificar dos bits de información por fotón en lugar de uno. Este truco, junto con detectores de alta velocidad desarrollados por Clinton Cahall, estudiante de posgrado en ingeniería eléctrica e informática, y Jungsang Kim, profesor de ingeniería eléctrica e informática en Duke, potencia su sistema para transmitir claves de cinco a 10 veces más rápido que otros métodos.
"Estaba cambiando estas propiedades adicionales del fotón que nos permitieron casi duplicar la tasa de clave segura que pudimos obtener si no lo hubiéramos hecho", dijo Gauthier, quien comenzó el trabajo como profesor de física enDuke antes de mudarse a OSU.
En un mundo perfecto, QKD sería perfectamente seguro. Cualquier intento de piratear un intercambio de claves dejaría errores en la transmisión que el receptor podría detectar fácilmente. Pero las implementaciones de QKD en el mundo real requieren un equipo imperfecto, y estas imperfecciones se abrenfiltraciones que los hackers pueden explotar.
Los investigadores caracterizaron cuidadosamente las limitaciones de cada equipo que utilizaron. Luego trabajaron con Charles Lim, actualmente profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad Nacional de Singapur, para incorporar estos defectos experimentales en la teoría.
"Queríamos identificar todas las fallas experimentales en el sistema e incluir estas fallas en la teoría para asegurarnos de que nuestro sistema sea seguro y no haya un posible ataque de canal lateral", dijo Islam.
Aunque su transmisor requiere algunas partes especiales, todos los componentes están disponibles actualmente en el mercado. Las claves de cifrado codificadas en fotones de luz pueden enviarse a través de líneas de fibra óptica existentes que excavan bajo las ciudades, lo que hace que sea relativamente sencillo integrar su transmisor y receptor enla infraestructura actual de internet.
"Todo este equipo, aparte de los detectores de un solo fotón, existe en la industria de las telecomunicaciones, y con un poco de ingeniería probablemente podríamos colocar todo el transmisor y receptor en una caja tan grande como una CPU de computadora", dijo Islam.
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Materiales proporcionados por Universidad de Duke . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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