Criptografía Cuántica

El desarrollo de computadoras cuánticas ha hecho que también se considere en llevar a la criptográfica a un nuevo nivel por lo cual el esquema de una criptografía basado en la computación cuántica ha determinado que esta podrá ofrecer en el futuro una absoluta seguridad en la protección de la información.

La criptografía cuántica se basa en un principio de la mecánica cuántica el cual tiene que ver con partículas atómicas. Para manipular datos, las computadoras actuales utilizan dos números, 0 y 1, los cuales son representados electrónicamente por una determinada escala de voltaje. Para el caso de las computadoras cuánticas, ellas estarán usando partículas las cuales dependiendo de la polarización en un determinado instante del tiempo, el valor será de 0 y 1.

La criptografía cuántica empieza a ganar interés para el cifrado futuro de comunicaciones y de información y esto es debido a que con el transcurso del tiempo, los sistemas han ganado más y más poder de computo lo que ha logrado que algoritmos criptográficos que se consideraron seguros y fuertes en el pasado ahora se consideren inseguros al descubrirse vulnerabilidades.

Aprovechando las propiedades físicas y el comportamiento de las partículas que describe la mecánica cuántica se ha pensado en la aplicación de esto en las comunicaciones para hacerlas más seguras. Además de en otras áreas, en la criptografía cuántica se hace uso del término de qubit el cual representa una partícula atómica la cual con base a sus propiedades puede representar un 1 o un 0 pero al mismo tiempo y cuyo valor final será determinado una vez que la partícula sea “medida” en un determinado instante en el tiempo.

Con base en otra de las propiedades encontradas en las partículas, llamada spin, se puede establecer que dependiendo de su orientación se le sea establecido el valor de 0 o 1.

El protocolo BB84, es un protocolo para el envió de claves usando partículas llamadas fotones para la representación de los qubits. Este protocolo funciona de la siguiente manera:

Se usan dos canales de comunicación entre el emisor y receptor. El primero es un canal cuántico de una sola dirección el cual se usa para pasar claves donde serán transmitidos los qubits. El segundo es un canal convencional, público y bidireccional usado para transferir información requerida para construir la clave compartida.

El emisor manda una secuencia de bits por el canal cuántico. Antes de hacerlo generara una serie de bases las cuales harán que el fotón transmitido tenga una orientación de vertical, horizontal, diagonal izquierda, diagonal derecha. Cada orientación será representada con un solo valor, por ejemplo vertical 1, diagonal izquierda 0 y así con las demás. El emisor registra con que orientación sale cada bit transmitido.

El receptor no sabe que bases utilizo el emisor por lo cual generara unas posibles bases sin embargo cada base solo puede medir dos orientaciones por lo cual el receptor creara una base para medir la orientación vertical y horizontal y otro para las diagonales y con estas se obtendrá el valor de los qubits cuando estos lleguen.

Cuando un foton llegue este pasara por la base utilizada en ese momento. Si el foton salio con una orientación vertical y pasa por una base que tenga esa orientación se obtendrá el valor del qubit. Si sucede el caso contrario se obtendrá un valor diferente ya que el fotón cambio su orientación al pasar por una base que no tenia la orientación con la que el atravesó el canal cuántico.

El receptor registrara las bases utilizadas así como los resultados obtenidos de ellos. Ahora usando el canal público, el emisor y el receptor intercambian resultados. De la secuencia de bits se descartan aquellos cuya medición fue incorrecta con base en las bases utilizadas por ambos participantes y el resultado es la nueva clave compartida entre los dos.

La ventaja que se tiene es que la información transferida por el canal cuántico tiene la particularidad de que si alguien intenta “observarlo” esta se altera haciendo que el resultado cambie. Otra ventaja es que no se puede copiar un fotón sin conocer completamente la naturaleza del mismo, lo que es indicado por un teorema de la mecánica cuántica.  El emisor y receptor deben intercambiar segmentos de la clave para verificar si están a la par y en caso contrario abortar la comunicación ante un posible caso de espionaje.

Cuando la computación cuántica salga del laboratorio, los algoritmos de cifrado que se han estado utilizando hasta el día de hoy empezaran a volverse inseguros dado el potencial que ofrece la computación cuántica por lo cual se ha venido trabajando a través de simulaciones sobre algoritmos de cifrado cuánticos para prevenir que las comunicaciones y la información pierda su confidencialidad y su integridad antes de la llegada de la computación cuántica al mundo real y del hecho de que aún no estemos preparados para ello.

Referencias:

http://www.textoscientificos.com/criptografia/criptoquantica
https://es.wikipedia.org/wiki/Criptograf%C3%ADa_cu%C3%A1ntica
http://gaussianos.com/criptografia-protocolo-de-distribucion-de-clave-bb84/
http://www.computacionbasicafacil.tk/noticias/43-la-computacion-cuantica-podria-desencadenar-el-cripto-apocalipsis