Los investigadores abordan los desafíos de seguridad de la computación cuántica

Junto con la inteligencia artificial, la computación cuántica es uno de los subconjuntos de más rápido crecimiento en la comunidad informática de alto rendimiento. Pero, ¿qué sucede cuando este método informático relativamente nuevo y poderoso alcanza el límite de las capacidades de seguridad de la ciberinfraestructura y de la red actuales?

Los investigadores del Centro Nacional de Aplicaciones de Supercomputación están abordando este tema antes de que se convierta en un problema.

«El problema es urgente porque las computadoras cuánticas prácticas romperán el cifrado clásico en la próxima década», dijo el científico investigador del NCSA Phuong Cao.

«La cuestión de la adopción de protocolos de red criptográficos resistentes a los cuánticos o criptografía poscuántica (PQC) es de vital importancia para democratizar la computación cuántica. La gran pregunta de cómo la ciberinfraestructura existente respaldará la criptografía poscuántica sigue sin respuesta».

Cao y Jakub Sowa, estudiante universitario de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign y participante en el Programa de becas de seguridad cibernética de Illinois, así como en CyberCorps: Beca para el servicio, presentaron una papel sobre este tema en septiembre Conferencia internacional IEEE sobre ingeniería y computación cuántica en Montréal.

Sus hallazgos propusieron el diseño de un novedoso instrumento de red PQC alojado en NCSA y la Universidad de Illinois, e integrado como parte del banco de pruebas FABRIC; mostró los últimos resultados sobre la tasa de adopción de PQC en un amplio espectro de protocolos de red; describió el estado actual de la implementación de PQC en aplicaciones científicas clave como OpenSSH y SciTokens; destacó los desafíos de ser resistente a los cuánticos; y enfatizó la discusión sobre posibles ataques novedosos.

«Los principales desafíos de la adopción de PQC residen en la complejidad algorítmica y la implementación de hardware, software y red», afirmó Cao. «Esta es la primera medición a gran escala de la adopción de PQC en centros de supercomputación a escala nacional y nuestros resultados muestran que sólo OpenSSH y Google Chrome han implementado PQC con éxito y han logrado una tasa de adopción inicial del 0,029 % en este momento».

Cao es el investigador principal de un plan sobre «Criptografía cuántica resistente en aplicaciones científicas de supercomputación». Esto permitirá que un instrumento de red mida la tasa de adopción de PQC y permita a las universidades y centros de investigación cambiar a PQC para salvaguardar los datos confidenciales y la investigación científica. El proyecto establecerá un ejemplo nacional de migración de ciberinfraestructura para que sea resistente a la cuántica y genere confianza pública en la seguridad de la informática científica al demostrar el aumento de la tasa de adopción a lo largo del tiempo.

A Cao se unen los investigadores co-principales e investigadores del NCSA Anita Nikolich, Ravishankar Iyer y Santiago Núñez-Corrales.

«La transición a algoritmos PQC en todos los sectores será un proceso largo», afirmó Nikolich. «Nuestro trabajo será el primer paso para comprender el alcance del problema en la comunidad de infraestructura científica. FABRIC llega a múltiples ubicaciones en todo el mundo, lo que nos brindará buenos puntos de visibilidad del desafío».

«La incertidumbre inherente a la computación cuántica presenta una oportunidad única para oscurecer los cálculos criptográficos y desarrollar aplicaciones novedosas que exploten esta incertidumbre», dijo Iyer. «Esta propuesta tiene como objetivo explorar desafíos similares, aprovechando los recursos informáticos de clase mundial de NCSA para investigar nuevos ataques dirigidos a cargas de trabajo de supercomputación que antes no eran prácticos».

«Este proyecto abre una nueva vía hacia la estrategia cuántica de NCSA. Los posibles riesgos futuros introducidos por las tecnologías cuánticas reconfiguran ahora nuestra comprensión del panorama de la confianza y la seguridad en la informática avanzada», dijo Núñez-Corrales.

«El mapeo de la adopción de protocolos PQC proporcionará información valiosa para fortalecer la ciberinfraestructura a nivel nacional. Anticipamos que esto será una contribución significativa y duradera. Además, y como colaboradores dentro del Centro de Tecnología y Ciencia de la Información Cuántica de Illinois (IQUIST), nuestro proyecto crea oportunidades. para interconectar la experiencia de los teóricos en Ciencias de la Información Cuántica en el campus con las preocupaciones de seguridad que se encuentran en el funcionamiento regular de las instalaciones de supercomputación de primer nivel».

«Este proyecto proporcionará aportes valiosos a los planes para la transición de SciTokens a PQC, asegurando que nuestro ecosistema federado para la autorización de infraestructuras informáticas científicas distribuidas esté preparado para resistir los ataques de computación cuántica», dijo el investigador principal del NCSA, Jim Basney, e investigador principal del proyecto SciTokens. .

«Comprender la eficiencia de la firma y verificación de tokens, junto con el impacto en la longitud de los tokens, será esencial para planificar una transición sin problemas».

En agosto, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) del Departamento de Comercio de EE. UU. finalizó su conjunto principal de algoritmos de cifrado diseñados para resistir ataques cibernéticos desde una computadora cuántica. Estos estándares de cifrado, resultados de un esfuerzo de ocho años por parte del NIST, son un ejemplo del compromiso necesario con la seguridad informática del futuro, en el que Cao participa a través del Grupo de Trabajo de Seguridad de Alto Rendimiento del NIST.

Proporcionado por el Centro Nacional de Aplicaciones de Supercomputación