La distribución de claves cuánticas se encuentra con la criptografía poscuántica

De acuerdo a Cielo Qianalista de investigación de la empresa con sede en Nueva York Grupo del rodiohay un líder claro en la investigación y desarrollo de QKD, al menos por ahora. “Si bien China probablemente tiene una ventaja en la criptografía basada en QKD debido a su inversión y desarrollo tempranos, otros se están poniendo al día”, dice Qi.

Dos tipos diferentes de tecnología de “seguridad cuántica”

En el centro de estos variados esfuerzos criptográficos se encuentra la distinción entre QKD y sistemas de criptografía post-cuántica (PQC). La QKD se basa en la física cuántica, que sostiene que qubits entrelazados Pueden almacenar la información compartida de forma tan segura que cualquier intento de descubrirla será inevitablemente detectable. El envío de pares de cúbits de fotones entrelazados a ambos extremos de una red proporciona la base para claves criptográficas físicamente seguras que pueden bloquear los paquetes de datos enviados a través de esa red.

Por lo general, los sistemas de criptografía cuántica se construyen alrededor de fuentes de fotones que emiten pitidos. pares de fotones entrelazados—donde el fotón A que se dirige a lo largo de una fibra tiene una polarización perpendicular a la polarización del fotón B que se dirige en la otra dirección. Los receptores de estos dos fotones realizan mediciones separadas que permiten a ambos receptores saber que ellos y solo ellos tienen la información compartida transmitida por estos pares de fotones. (De lo contrario, si un tercero hubiera intervenido y medido uno o ambos fotones primero, los delicados estados de los fotones se habrían alterado irreparablemente antes de llegar a los receptores).

“La gente no puede predecir teóricamente que estos algoritmos PQC no se romperán algún día”. —Doug Finke, Inteligencia Cuántica Global

Este bit compartido que las dos personas en extremos opuestos de la línea tienen en común se convierte entonces en un 0 o 1 en una clave secreta en ciernes que los dos receptores construyen al compartir cada vez más fotones entrelazados. Si se construyen suficientes 0 y 1 secretos compartidos entre el emisor y el receptor, esa clave secreta se puede utilizar para un tipo de criptografía fuerte, llamada libreta de un solo usoque garantiza la transmisión segura de un mensaje y Recepción fiel únicamente por el destinatario previsto.

Por el contrario, la criptografía poscuántica (PQC) no se basa en la física cuántica, sino en las matemáticas puras, en las que los algoritmos criptográficos de próxima generación están diseñados para funcionar en ordenadores convencionales. Y es la enorme complejidad de los algoritmos lo que hace que los sistemas de seguridad de PQC sean prácticamente indescifrables, incluso por un tanto como una computadora. Así que el NIST, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de los Estados Unidos, Instituto Nacional de Normas y Tecnología—está en desarrollo sistemas PQC de referencia que sustentarán las redes y comunicaciones post-cuánticas del mañana.

El gran problema con este último enfoque, dice Doug Finke, director de contenido de la empresa con sede en Nueva York, Inteligencia cuántica globales PQC es solo creído (en Muy, muy buena pero no infalible evidencia) que no pueda ser descifrada por una computadora cuántica completamente desarrollada. En otras palabras, la PQC no necesariamente puede ofrecer la férrea “seguridad cuántica” que se promete.

“La gente no puede predecir teóricamente que estos algoritmos PQC no se romperán algún día”, dice Finke. “Por otro lado, en el caso de la QKD, existen argumentos teóricos basados ​​en la física cuántica que indican que no se puede romper una red QKD”.

Dicho esto, las implementaciones de QKD en el mundo real aún podrían ser… hackeable a través de canal lateralbasado en dispositivos y Otros ataques inteligentesAdemás, la QKD también requiere acceso directo a una red de fibra óptica de grado cuántico y tecnología de comunicaciones cuánticas sensibles, ninguna de las cuales es exactamente común hoy en día. “Para las cosas del día a día, para que yo envíe la información de mi tarjeta de crédito a Amazonas En mi teléfono móvil”, dice Finke, “no voy a usar QKD”.

La ventaja inicial de China en QKD se está reduciendo

Según Qi, es posible que China haya elegido originalmente QKD como punto focal del desarrollo de su tecnología cuántica en parte porque Estados Unidos era… no “orientando sus esfuerzos en esa dirección”.[The] “El enfoque estratégico en QKD puede estar impulsado por el deseo de China de asegurar una ventaja tecnológica única, particularmente porque Estados Unidos lidera los esfuerzos de PQC a nivel mundial”, afirma.

En particular, destaca los esfuerzos intensificados para utilizar los enlaces ascendentes y descendentes por satélite como base para el espacio libre chino. Sistemas QKDCitando como fuente al “padre de la cuántica” de China, Pan Jian WeiQi dice: “Para lograr una cobertura de red cuántica global, China está desarrollando actualmente un satélite cuántico de órbita media-alta, cuyo lanzamiento se espera alrededor de 2026”.

Dicho esto, el factor limitante en todos los sistemas QKD hasta la fecha es su dependencia final de un solo fotón para representar cada cúbit. Ni siquiera los más exquisitamente refinados láseres y las líneas de fibra óptica no pueden escapar de la vulnerabilidad de los fotones individuales.

Los repetidores QKD, que replicarían ciegamente el estado cuántico de un único fotón pero no filtrarían ninguna información distintiva sobre los fotones individuales que pasan a través de ellos (lo que significa que el repetidor no sería pirateable por espías), no existen hoy en día. Pero, dice Finke, esa tecnología es alcanzable, aunque al menos dentro de 5 a 10 años. “Definitivamente es pronto”, dice.

“Si bien China probablemente tiene una ventaja en la criptografía basada en QKD debido a su inversión y desarrollo tempranos, otros se están poniendo al día”. —Ciel Qi, Grupo Rodio

“En China tienen una red de 2.000 kilómetros”, dice Finke. “Pero utilizan algo llamado nodos de confianza. Creo que tienen más de 30 en la red de Pekín a Shanghái. Así que tal vez cada 100 kilómetros, tienen una unidad que básicamente mide la señal… y luego la regenera. Pero el nodo de confianza tiene que estar ubicado en una base militar o en algún lugar así. Si alguien entra allí, puede piratear las comunicaciones”.

Mientras tanto, India ha estado tratando de ponerse al día, según Satyam Priyadarshyasesor principal de Global Quantum Intelligence. Priyadarshy dice que la India Misión Cuántica Nacional incluye planes para la investigación en comunicaciones QKD, cuyo objetivo final es crear redes QKD que conecten ciudades a distancias de 2.000 km, así como redes de comunicaciones satelitales de alcance similar.

Priyadarshy señala tanto los esfuerzos de investigación del gobierno sobre QKD, incluso en la Organización de Investigación Espacial de la India, como la I+D basada en empresas privadas, incluida la de Bengaluru. Ciberseguridad firme Laboratorios QuNuPriyadarshy dice que QuNu, por ejemplo, ha estado trabajando en un marco de trabajo de tipo hub-and-spoke llamado ChaQra para QKD.Espectro También envió solicitudes de comentarios a los funcionarios del Departamento de Telecomunicacionesque no habían recibido respuesta hasta el momento de la publicación).

“Un híbrido de QKD y PQC es la solución más probable para una red cuántica segura”. —Satyam Priyadarshy, Inteligencia Cuántica Global

En los Estados Unidos y la Unión Europea también se están llevando a cabo iniciativas similares en sus primeras etapas. Espectro IEEEfuncionarios de la Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones (ETSI); el Organización Internacional de Normalización (ISO); el Comisión Electrotécnica Internacional (IEC); y la Sociedad de Comunicaciones IEEE iniciativas confirmadas y grupos de trabajo que ahora están trabajando para promover las tecnologías QKD y los estándares emergentes que ahora están tomando forma.

“Si bien ETSI tiene la suerte de contar con expertos en una amplia gama de temas relevantes, hay mucho por hacer”, dice Barrio Martíncientífico investigador senior con sede en Toshiba Laboratorio de investigación de Cambridge en Inglaterra, y presidente de un grupo de estándares de la industria QKD en ETSI.

Varias fuentes contactadas para este artículo imaginaron un futuro probable en el que PQC probablemente será el estándar predeterminado para la mayoría de las comunicaciones seguras en un mundo de computación cuánticaSin embargo, la PQC tampoco puede evitar su potencial talón de Aquiles frente a algoritmos y máquinas cuánticas cada vez más potentes. Es aquí donde, sugieren las fuentes, la QKD podría ofrecer la perspectiva de comunicaciones híbridas seguras que la PQC por sí sola nunca podría proporcionar.

“QKD proporciona [theoretical] seguridad de la información, mientras que PQC permite la escalabilidad[ility]“, dice Priyadarshy. “Un híbrido de QKD y PQC es la solución más probable para una red cuántica segura”. Pero agregó que los esfuerzos para investigar tecnologías y estándares híbridos de QKD-PQC hoy son “muy limitados”.

En tal caso, dice Finke, la QKD podría tener la última palabra, incluso en un mundo en el que la PQC sigue siendo preeminente. El desarrollo de la tecnología QKD, señala, también proporciona la base para una futura Internet cuántica.

“Es muy importante entender que la QKD es en realidad solo un caso de uso para una red cuántica completa”, afirma Finke.

“Hay muchas aplicaciones, como la computación cuántica distribuida, los centros de datos cuánticos y las redes de sensores cuánticos”, añade Finke. “Por eso, incluso la investigación que se está haciendo ahora en QKD sigue siendo muy, muy útil porque gran parte de esa misma tecnología se puede aprovechar para algunos de estos otros casos de uso”.