La ciberseguridad con ordenadores cuánticos, plan de actuación frente a ventajas y amenazas

Qué es la computación cuántica

La computación cuántica es una forma de procesamiento de información que se basa en los principios de la mecánica cuántica. En la computación cuántica, la información se procesa utilizando cúbits (qubits, en inglés) en lugar de bits. Los bits son unidades de información clásicas que solo pueden ser 0 o 1, mientras que los qubits pueden ser 0, 1 o ambos al mismo tiempo.

La computación cuántica une disciplinas como ciencias de la computación, física y matemáticas y aprovecha aspecto de la mecánica cuántica para resolver problemas complejos que ordenadores tradicionales no pueden. A diferencia de la computación clásica, la computación cuántica se caracteriza por su mayor potencia de cálculo, su capacidad de memoria y menor consumo de energía.

Asimismo, los cúbits desempeñan una función similar a los bits para ejecutar algoritmos cuánticos multidimensionales.

Para qué sirve la computación cuántica

La computación cuántica está abriendo las puertas a un nuevo nivel de procesamiento para solucionar asuntos que hasta el momento se creían imposibles de resolver. Por ejemplo, las computadoras cuánticas pueden realizar simulaciones moleculares de alta velocidad y precisión, lo que acelera los descubrimientos científicos.

Dentro de las principales funciones que podemos realizar con la computación cuántica están la resolución de problemas de optimización, lo que significa encontrar la mejor solución entre múltiples posibilidades. Otro aspecto para lo que será muy útil es la simulación, ya que permitirá entender fenómenos a los que no se tiene acceso físico, por ejemplo, creando gemelos digitales para analizar patrones meteorológicos.

Igualmente, podemos encontrar usos potenciales en otros sectores que estarán paulatinamente disponibles con las investigaciones que se están llevando a cabo. Se prevé que la computación cuántica podrá generar importantes descubrimientos en varias disciplinas.

Algunos escenarios que se pronostican son en el campo de la farmacéutica, ya que la computación cuántica puede acelerar la investigación, el diseño de fármacos, las pruebas de toxicidad y hacer llegar más rápido los medicamentos a la gente que los necesita. Asimismo, la industria automotriz puede aprovechar esta tecnología para el diseño de productos, gestión de la cadena de suministro, producción y gestión de la movilidad y el tránsito. En el sector financiero, la computación cuántica podría ayudar a mitigar riesgos y gestionar carteras.

Finalmente, la tecnología cuántica ha sido inspiración para desarrollar herramientas como sensores cuánticos y la seguridad cuántica, lo que evidencia su gran potencial y que todavía queda mucho más por descubrir.

Ventajas y desventajas de la computación cuántica

Según IT Release, la computación cuántica tiene las siguientes ventajas: 

•Cálculos más rápidos: La computación Cuántica puede procesar datos 100 veces más rápidos que una computadora digital o una supercomputadora, es decir, lo que le puede tomar años a una computadora clásica, a una computadora cuántica le tomará segundos.

•Es excelente para la simulación: Tiene la capacidad de simular datos y con ayuda de algoritmos podrá crear escenarios, por ejemplo, para enfrentar los retos climáticos, temas de logística, e incluso para diagnosticar enfermedades.

•Búsquedas en Google: Google hace uso de la computación cuántica para perfeccionar las búsquedas. Con esta podemos obtener resultados más precisos y relevantes.

•Privacidad: La computación cuántica destaca por la capacidad para lograr algoritmos de criptografía de alto cifrado, lo que hace prácticamente imposible quebrar su seguridad.

•Inteligencia Artificial: Trabajando conjuntamente con la computación cuántica, la inteligencia artificial se beneficia del poder de procesamiento cuántico para procesar mayores volúmenes de información en menor tiempo y así poder afinar sus procesos de respuesta con mayor precisión.

•Aprendizaje automático: Combinando ambas tecnologías se simplifican los procesos, se reduce el uso de código y se aprovecha el Aprendizaje Automático para potenciar los resultados. 

•Creación de algoritmos: Es necesario escribir nuevos algoritmos para cada cálculo que se le solicite a diferencia de la computación tradicional.

•Funciona a una temperatura muy baja: Debido a que el procesamiento que realiza es muy demandante, necesita estar a una temperatura de -240 °C, la cual es muy difícil de mantener.

•No está disponible para todos: Su uso no está disponible para el público general porque aún está en fase de desarrollo y sus elevados costos.

•Seguridad en Internet: Los científicos piensan que si se implementa la computación cuántica con éxito, la seguridad del Internet estará en riesgo, ya que se podrán descifrar los códigos y contraseñas en segundos.

Ordenadores cuánticos: lo bueno y lo malo

Al igual que otros avances tecnológicos históricos, los ordenadores cuánticos tienen el potencial de cambiar nuestra forma de ver y actuar en este mundo. Utilizando propiedades subatómicas, los ordenadores cuánticos funcionan de forma diferente a los ordenadores estándar que utilizamos hoy en día. Estas propiedades, como la superposición y el entrelazamiento, permiten a los ordenadores cuánticos realizar fácilmente cálculos sobre problemas con una gran cantidad de variables que, de otro modo, aplastarían a nuestros ordenadores estándar (clásicos).

Las aplicaciones en genómica, ciencia y química de materiales, aprendizaje automático, diseño aeronáutico, predicción meteorológica y optimización logística son todas ellas sólidas candidatas para la cuántica.

Por desgracia, debido a estas mismas propiedades subatómicas especiales, los ordenadores cuánticos son excepcionalmente buenos para romper la ciberseguridad existente que el mundo utiliza hoy en día. En resumen, los ordenadores cuánticos pueden amenazar nuestros datos y nuestra privacidad hasta el punto de que esto forzará el mayor ciclo de actualización tecnológica de la historia de la informática.

Casi toda la criptografía de clave pública (también llamada PKI por infraestructura de clave pública) que utilizamos en el mundo para asegurar Internet necesita actualizarse a algoritmos seguros para los ordenadores cuánticos.

Aunque los ordenadores cuánticos no son lo suficientemente potentes hoy en día para descifrar la PKI, se están haciendo enormes progresos a nivel mundial con ordenadores cuánticos que avanzan hacia un acontecimiento llamado «día Q», que denota cuándo habrá un ordenador cuántico criptográficamente relevante (CRQC) lo suficientemente potente como para romper nuestro cifrado actual.

Nadie sabe cuándo estará en línea esa máquina, pero basándome en mi experiencia en la industria, algunos estiman que será dentro de cinco a diez años.

La amenaza cuántica y los globos sonda

Según el Departamento de Estado, el globo de vigilancia que fue derribado frente a la costa de Carolina del Sur en febrero era capaz de escuchar las comunicaciones, recopilar datos y reenviarlos a un satélite donde irán a parar a servidores en China. El problema es que, aunque los datos robados por los globos no pueden descifrarse hoy en día, cuando China construya un potente ordenador cuántico, esos datos podrían descifrarse y revelarse.

Si los datos robados por el globo estuvieran cifrados con ciberseguridad post-cuántica, no podrían descifrarse con ordenadores clásicos o cuánticos. Por lo tanto, deberíamos actualizarnos a la ciberseguridad post-cuántica lo antes posible para que los datos robados hoy sigan siendo privados durante el mayor tiempo posible.

China cuenta con el mayor presupuesto nacional para tecnologías cuánticas, estimado en más de 15.000 millones de dólares. De hecho, se han publicado múltiples libros blancos procedentes de China, incluido este último, que hablan de ser capaces de romper la PKI (descifrar el RSA 2048) antes y de forma más eficiente de lo que muchos piensan.

En Davos en 2020, el consejero delegado de Google, Sundar Pichai, advirtió de que los ordenadores cuánticos serán capaces de romper el cifrado dentro de cinco años.

 

Plan de actuación 

En diciembre de 2022, el presidente Biden firmó la ley HR 7535, que ahora obliga a todas las agencias federales a empezar a actualizarse a la ciberseguridad post-cuántica.

He aquí algunos pasos que los líderes empresariales y gubernamentales pueden dar para navegar con éxito en este proceso.

•Los líderes deben informarse sobre la computación cuántica y entender por qué los ordenadores cuánticos son una amenaza, y luego recopilar información sobre las estrategias para actualizarse a la PQC con el fin de educar al resto de la organización.

•Socialice la idea de la ciberseguridad post-cuántica en toda la organización.

•Evalúe la ciberseguridad empresarial existente y busque las áreas en las que los datos son más vulnerables a la cuántica y en las que los datos a proteger son de mayor valor.

•Debe implementarse una criptografía segura para la cuántica al tiempo que se comprueban los puntos débiles, las vulnerabilidades y las puertas traseras que podría explotar un ordenador cuántico.

•Para ser verdaderamente resistente a la tecnología cuántica, el PQC debe aplicarse a todas las comunicaciones y datos de la empresa.

•Busque soluciones de PQC que sean compatibles con versiones anteriores y puedan integrarse fácilmente con los sistemas existentes.

•Busque soluciones que puedan desplegarse fácil y rápidamente en múltiples puntos finales con gestión de políticas para garantizar la administración de PQC en miles, decenas de miles o incluso millones de dispositivos.

•Busque soluciones de PQC que admitan implementaciones en nubes públicas, nubes privadas y redes privadas.Los pasos anteriores son sólo el principio de lo que un líder debe pensar cuando se actualiza a PQC. Hay docenas de estrategias más y cientos de tácticas que deberían tenerse en cuenta. Al aplicar algoritmos cuánticos a las comunicaciones y los datos, las posibilidades de que esos datos sean descifrados por un ordenador cuántico se minimizan significativamente.

El mayor problema es que cuando se produzcan ataques cuánticos, serán difíciles de distinguir de los ataques estándar. Necesitamos PQC para protegernos tanto de los ataques clásicos de hoy como de los cuánticos de mañana.

El foco de la UE en la ciberseguridad postcuántica es demasiado estrecho

La Unión Europea (UE) debe prepararse para los ciberataques cuánticos y adoptar un nuevo plan de acción coordinado que garantice una transición armonizada a la encriptación poscuántica para hacer frente a las amenazas de ciberseguridad cuántica del futuro. Así se afirma en un nuevo documento redactado por Andrea G. Rodríguez, analista principal de política digital del European Policy Centre.

Los avances de la computación cuántica ponen en peligro la ciberseguridad de Europa al dejar obsoletos los actuales sistemas de cifrado y crear nuevos retos de ciberseguridad, escribió Rodríguez. Los expertos creen que esto ocurrirá en los próximos cinco a diez años, lo que podría dejar toda la información digital vulnerable a agentes maliciosos con los actuales protocolos de cifrado. Para que Europa se tome en serio sus ambiciones en materia de ciberseguridad, debe desarrollar una agenda de ciberseguridad cuántica, declaró Rodríguez, «compartiendo información y mejores prácticas y alcanzando un enfoque común para la transición cuántica» en todos los Estados miembros.

A medida que se desarrollen los ordenadores cuánticos, será necesaria una actuación europea para evitar lagunas de ciberseguridad que puedan utilizarse como vectores de ataque y garantizar que todos los Estados miembros sean igualmente resistentes a los ciberataques cuánticos. «Se necesita urgentemente un Plan de Acción Coordinado sobre la transición cuántica que esboce objetivos y calendarios claros y supervise la aplicación de los planes nacionales de migración a la codificación poscuántica», afirmó Rodríguez.Un plan de este tipo colmaría la brecha entre el objetivo a largo plazo de establecer una red de Infraestructura Europea de Comunicaciones Cuánticas (EuroQCI) plenamente operativa y las necesidades actuales del panorama europeo de la ciberseguridad para responder a las amenazas de ciberseguridad cuántica a corto plazo. Europa también puede aprovechar la experiencia de las agencias nacionales de ciberseguridad, los expertos y el sector privado mediante la creación de un nuevo grupo de expertos dentro de ENISA en el que los expertos nacionales en cifrado poscuántico puedan intercambiar buenas prácticas y fomentar el establecimiento de planes de migración, escribió Rodríguez.

Pasos para una agenda de ciberseguridad cuántica eficaz

El documento de Rodríguez presenta seis recomendaciones para una agenda de ciberseguridad cuántica de la UE. Establecer un Plan de Acción Coordinado de la UE sobre la transición cuántica que trace objetivos y calendarios claros y supervise la aplicación de los planes nacionales de migración a la encriptación poscuántica.

•Establecer un nuevo grupo de expertos dentro de ENISA con expertos nacionales en comisión de servicio para intercambiar buenas prácticas e identificar obstáculos a la transición al cifrado poscuántico.

•Ayudar a establecer prioridades para la transición al cifrado poscuántico e impulsar la agilidad criptográfica para responder a las vulnerabilidades emergentes en los sistemas de cifrado poscuántico.

•Facilitar la coordinación política entre la Comisión Europea, los Estados miembros de la UE, las agencias nacionales de ciberseguridad y ENISA para determinar las prioridades tecnológicas e identificar los casos de uso pertinentes para las tecnologías de seguridad cuántica.

•Facilitar la coordinación técnica a nivel de la UE para abordar las lagunas de investigación en tecnologías cuánticas seguras, como la necesidad de desarrollar nodos cuánticos para garantizar conexiones de largo alcance para la distribución de claves cuánticas.

•Explorar el uso de sandboxes para acelerar el desarrollo de aplicaciones a corto plazo de las tecnologías de la información cuántica.