Criptografía Cuántica: (Quantum Cryptography, Cifrado cuántico).
La física cuántica es una disciplina que nos dice como describir, manipular, y predecir la evolución de distribuciones probabilísticas asociadas a las medidas hechas sobre sistemas microscópicos, usando dispositivos que hacen medidas macroscópicas. De ella se desprende el uso de la mecánica cuántica a sistemas computacionales.
La criptografía cuántica es la criptografía que utiliza principios de la mecánica cuántica para garantizar la absoluta confidencialidad de la información transmitida.
Las actuales técnicas de la criptografía cuántica permiten a dos personas crear, de forma segura, una clave secreta compartida que puede ser usada como llave para cifrar y descifrar mensajes usando métodos de criptografía simétrica.
La seguridad de la criptografía cuántica descansa en las bases de la mecánica cuántica, a diferencia de la criptografía de clave pública tradicional la cual descansa en supuestos de complejidad computacional no demostrada de ciertas funciones matemáticas.
En teoría el cifrado cuántico es imposible de vulnerar porque la información es codificada normalmente en fotones que no pueden ser intervenidos sin destruir el mensaje. En tanto los algoritmos de cifrado usados actualmente están basados en teorías matemáticas y, en principio, pueden ser vulnerados si se tiene la suficiente capacidad de cálculo computacional, [1].
Entre los más sorprendentes descubrimientos de la física cuántica radica que el comportamiento de un sistema microscópico es caótico y, en general, impredecible, pero las distribuciones de probabilidad que se refieren a los sistemas microscópicos, se pueden describir con gran precisión y predecir con exactitud su evolución a través de medios determinísticos usando ecuaciones diferenciales.
Sabemos que la codificación usando claves privadas aleatorias de un solo uso
Permiten llevar a cabo una comunicación segura. Pero presenta la dificultad práctica de la distribución segura de las claves. Afortunadamente, las leyes de la mecánica cuántica proporcionan herramientas para abordar el problema de la distribución segura de claves privadas. La aportación cuántica a la seguridad del proceso consiste esencialmente en que un espía no puede extraer información sin revelar su presencia a los comunicantes, ya que por las leyes de la mecánica cuántica no es posible copiar estados.
Existen diversos protocolos para la distribución cuántica de claves privadas.
El más sencillo fue propuesto en 1984 por C.H. Bennett y G. Brassard y se conoce como BB84. Después se propusieron diversas modificaciones que dan lugar a otros protocolos esencialmente equivalentes [2].
En un proceso de distribución cuántica de claves, intervienen un emisor y un receptor y dos canales de comunicación, uno cuántico para enviar fotones y otro clásico para reconciliar y depurar la información. Los dos comunicantes usan un trozo de su clave para detectar la presencia de espías. El posible espía puede acceder al canal clásico, y también puede acceder al canal cuántico y usar todos los medios que desee con la única restricción de que sean compatibles con las leyes de la mecánica cuántica.
Richard Feynman inicia su curso de Mecánica Cuántica con un experimento ideal, basado en la doble rendija de Young, que le permite distinguir entre una situación clásica y una de cuántica. Una máquina lanza partículas (balas o electrones) sobre una pared con una doble rendija, por delante de una pantalla donde impactar.
En un sistema clásico las trayectorias de las balas son distinguibles, es decir, se puede seguir el camino que sigue cada una. Los impactos en la pantalla seguirán una distribución estadística, resultado de sumar los impactos individuales de las distribuciones que se obtendrían separando las balas que han pasado por una rendija o por la otra. Se obtiene, pues, una distribución de probabilidad que es la suma de las distribuciones de probabilidad de las dos rendijas.
En un sistema cuántico las trayectorias individuales no se pueden seguir. Incluso enviando electrones uno a uno, los impactos en la pantalla dibujaran una distribución que mostrará una figura de interferencia, siempre que los dos agujeros estén abiertos.
Podríamos considerar este dispositivo como un canal de comunicación. Por ejemplo, variando la separación de las rendijas, la distribución de los impactos en la pantalla será distinta. Es fácil imaginar un código de comunicación basado en este efecto. ¿Habrá alguna diferencia entre el caso clásico y el caso cuántico?
Si un espía accediera al canal de comunicación (entre las rendijas y la pantalla) podría fácilmente iluminar el camino de las partículas y deducir la figura sobre la pantalla y, por tanto, descifrar el mensaje. Ahora bien, esto seria cierto solamente en el caso clásico. Si se usa la misma técnica de espionaje para una comunicación cuántica, la acción del espía eliminaría la formación de la figura de interferencia.
La imposibilidad de observar un sistema cuántico sin perturbarlo está en la base de la aplicación de los sistemas cuánticos al tratamiento de la información. La criptografía, entendida como el conjunto de técnicas para mantener una comunicación segura entre dos partes, es, por tanto, un campo de aplicación ideal de esta característica de los sistemas cuánticos: observar (espiar) modifica (destruye) el sistema observado. Es como si el espía al leer un documento secreto lo perturbara o incluso destruyera.
¿Es realmente posible implementar un sistema de comunicaciones seguro (inviolable) basándose en sistemas cuánticos? La respuesta es positiva: la mecánica cuántica ha abierto una nueva vía en la historia de la criptografía, pero, paradójicamente, también ha puesto en cuestión la seguridad de los métodos criptográficos más utilizados actualmente.
A modo de resumen:
El uso de la mecánica cuántica a sistemas computacionales se está desarrollando vertiginosamente, y esperemos que para bien de todos. Habría que esperar y observar con qué nuevas artimañas atacarán los hackers en el futuro cuántico, porque de hecho lo intentarán. Debe ser interesante el poder cambiar la energía de un fotón con el simple click de un mouse, pero como dijese Sócrates:
“Daría el 100% de lo que sé, por el 50% de lo que ignoro”.
Escrito por: ING. ROIMAN VALBUENA.
[1] Ing. Roiman Valbuena, Trabajo de grado Maestría titulado:
NUEVAS TECNOLOGÍAS DE TELECOMUNICACIONES COMO AMENAZAS DE SEGURIDAD EN LA INTERNET. Venezuela 2009.
[2] Criptografía y Mecánica Cuántica.
ZDZISLAW MEGLICKI. Quantum Computing Without Magic Devices. Primera Edición. The MIT Press Cambridge, Massachusetts London, England. 2008.
Muy interesante pero complejo de entender.
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