Solución diminuta y económica para el cifrado de seguridad cuántica

Es bastante razonable suponer que un correo electrónico encriptado no puede ser visto por miradas indiscretas. Esto se debe a que para atravesar la mayoría de los sistemas de encriptación que usamos a diario, a menos que usted sea el destinatario previsto, necesitaría la respuesta a un problema matemático que es casi imposible de resolver para una computadora en un cantidad de tiempo razonable.

Casi imposible para las computadoras modernas, al menos.

«Sin embargo, si la computación cuántica se convierte en realidad, algunos de esos problemas dejarán de ser difíciles», dijo Shantanu Chakrabartty, profesor de Clifford W. Murphy y vicedecano de investigación y educación de posgrado en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y de Sistemas de Preston M. Green. en la Escuela de Ingeniería McKelvey.

Estos nuevos paradigmas informáticos ya se están convirtiendo en una realidad y pronto podrían implementarse. Los piratas informáticos ya se están preparando almacenando transacciones cifradas ahora con la expectativa de que puedan descifrar la información más adelante.

El laboratorio de Chakrabartty en la Universidad de Washington en St. Louis propone un sistema de seguridad que no solo es resistente a los ataques cuánticos, sino que también es económico, más conveniente y escalable sin necesidad de nuevos equipos sofisticados.

Esta investigación aparecerá en el IEEE Transacciones de información Ciencia forense. Está disponible ahora en el Explorar IEEE portal de acceso anticipado.

En la actualidad, la seguridad a menudo se administra mediante sistemas de distribución de claves en los que una persona envía información oculta detrás de una clave, tal vez una larga cadena de números aparentemente no asociados. El receptor de esa información puede acceder a la información si posee otra clave específica. Las dos claves están relacionadas de una manera matemática que es casi imposible de adivinar, pero se puede resolver fácilmente con el algoritmo correcto o usando una computadora cuántica.

Ha habido soluciones potenciales para proteger los datos contra un «ataque cuántico». Algunas tecnologías ya se han comercializado. Pero computacionalmente son muy costosos o requieren fibras ópticas dedicadas o enlaces satelitales a través de láseres.

El nuevo protocolo para la distribución de claves simétricas, que Chakrabartty y Mustafizur Rahman, Ph.D. estudiante en el laboratorio de Chakrabartty y primer autor del trabajo de investigación, denominado SPoTKD, no requiere láseres ni satélites ni millas de cable nuevo. Se basa en pequeños microchips integrados con relojes aún más pequeños que funcionan sin baterías.

Los relojes son en realidad electrones que parecen transportarse mágicamente entre dos ubicaciones en el chip utilizando túneles cuánticos; el «tiempo» se refiere al movimiento de los electrones. Cuando se crean los chips, su estado inicial también se registra en un servidor informático.

Si alguien quiere crear un canal seguro, anota la hora en un subconjunto de los relojes y envía esa información al servidor, que puede usar su conocimiento del estado inicial para determinar a qué hora leen los relojes en el momento en que fueron enviados. El servidor le informa a la persona cuáles fueron los tiempos y, si es correcto, se ha abierto un canal seguro de comunicación.

La naturaleza cuántica del transporte de electrones agrega algunas capas adicionales de seguridad; si se miden, el reloj colapsa. Desaparecerá para siempre y ni un espía ni el destinatario podrán acceder a la información.

Y, como Chakrabartty ha demostrado en el pasado, este tipo de sistemas también pueden alimentarse por sí mismos durante largos períodos de tiempo con la más mínima entrada de energía desde el principio, gracias a las propiedades del efecto túnel cuántico. Esta es otra ventaja de seguridad de su SPoTKD: no depende de energía externa para funcionar.

«Sería una gran vulnerabilidad si pudiera acceder a la fuente de energía», dijo Chakrabartty. «Serías capaz de monitorear las fluctuaciones en el consumo de energía para obtener información secreta».

Chakrabartty está trabajando en algunas características adicionales para estos chips, incluida la capacidad de autodestruirse después de un período de tiempo específico. La Oficina de Gestión de Tecnología ha presentado una patente estadounidense provisional para la tecnología.

En última instancia, SPoTKD podría usarse para asegurarse de que los registros médicos se destruyan después de que un médico los lea, o para hacer cumplir los límites de tiempo en las licencias de software. Pueden proteger los registros de votación o validar NFT o simplemente asegurarse de que nadie esté leyendo su correo electrónico.