Entender la criptografía cuántica

La criptografía cuántica es distinta de los sistemas criptográficos tradicionales porque depende más de la física que de las matemáticas, como un aspecto clave de su modelo de seguridad.

En esencia, la criptografía cuántica se basa en el uso de partículas/ondas luminosas (fotones) individuales y sus propiedades cuánticas intrínsecas para desarrollar un criptosistema inquebrantable (porque es imposible medir el estado cuántico de cualquier sistema sin perturbarlo).

La criptografía cuántica usa fotones para transmitir una clave. Una vez transmitida la clave, se puede codificar y encriptar mediante el método normal de clave secreta. Pero, ¿cómo se convierte en clave un fotón? ¿Cómo se adjunta información a un espín de fotón?

Y aquí es donde el código binario entra en juego. Cada tipo de espín de fotón representa información, normalmente un 1 ó un 0, para un código binario. Este código usa cadenas de unos y ceros para crear un mensaje coherente. Por ejemplo, 11100100110 podría corresponderse con «h-o-l-a». Por tanto, un código binario puede asignarse a cada fotón, por ejemplo, a un fotón que tiene un espín vertical ( | ) se le puede asignar un 1.

"Si se compila correctamente, ningún pirata informático puede piratear el sistema. La pregunta es qué significa compilarlo correctamente", Renato Renner, Instituto de física teórica de Zúrich.

La codificación normal, no cuántica, puede funcionar de diversas formas, pero normalmente se cifra un mensaje que solo se puede descifrar mediante una clave secreta. El truco es asegurarse de que a quien quiera que se intente ocultar la comunicación no meta mano a la clave secreta. Descifrar la clave privada en un sistema criptográfico moderno normalmente exigiría descubrir los factores de un número que es el producto de dos números primos increíblemente enormes. Los números se eligen para ser tan grandes que, con la potencia de procesamiento de los ordenadores, podría tardarse más tiempo que toda la vida del universo para que un algoritmo divida su producto.

Pero dichas técnicas de cifrado tienen sus vulnerabilidades. Algunos productos, llamados claves débiles, resultan ser más fáciles de dividir que otros. Asimismo, la ley de Moore sube continuamente la potencia de procesamiento de nuestros ordenadores. Y lo que es más importante, los matemáticos están desarrollando constantemente nuevos algoritmos que permiten factorizar más fácilmente.

La criptografía cuántica evita todos estos problemas. Con ella, la clave se codifica en una serie de fotones que van pasando entre dos partes que intentan compartir información secreta. El principio de incertidumbre de Heisenberg preceptúa que un adversario no puede mirar estos fotones sin cambiarlos o destruirlos.

“En tal caso, no importa qué tecnología tenga el adversario, nunca podrá romper las leyes de la física”, afirma el físico Richard Hughes del Laboratorio Nacional de Los Álamos en Nuevo México, que trabaja con la criptografía cuántica.

Problemas al utilizar la criptografía cuántica

Pero, en la práctica, la criptografía cuántica tiene su propia debilidad. En 2010 se reconoció, por ejemplo, que un pirata informático podría cegar a un detector con un pulso fuerte, impidiéndole ver los fotones que guardaban el secreto.

Renner señala muchos otros problemas. Los fotones suelen generarse mediante un láser a una intensidad tan baja que produce un único fotón cada vez. Existe alguna probabilidad de que el láser cree un fotón codificado con información secreta y luego un segundo fotón con la misma información. En este caso, todo lo que el enemigo tiene que hacer es robar el segundo fotón y tendrá acceso a los datos sin que nos enteremos.

Alternativamente, puede ser complicado darse cuenta de cuándo llega un único fotón. Los detectores pueden no registrar que una partícula les ha golpeado, haciéndonos pensar que el sistema ha sido pirateado cuando es en realidad bastante seguro.

“Si tuviéramos un control mejor sobre los sistemas cuánticos del que tenemos con la tecnología de hoy en día, quizás la criptografía cuántica podría ser menos susceptible a los problemas”, afirma Renner. Pero, esos avances están al menos a 10 años de distancia.

Aún así, añade, ningún sistema es 100% perfecto, e incluso la tecnología más avanzada siempre se desvía de la teoría en cierto modo. Un pirata informático inteligente siempre encuentra la manera de explotar las brechas de seguridad.

Cualquier método de codificación solo podrá ser tan seguro como los humanos que lo hacen funcionar, añade Hughes. Siempre que alguien afirme que una tecnología concreta “es en esencia infrangible, la gente dirá que se trata de charlatanería”, afirmó. “Nada es infrangible”.