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Articulo de referencia

Criptografía postcuántica

La criptografía postcuántica ( PQC ), a veces denominada a prueba de ataques cuánticos , segura frente a ataques cuánticos o resistente a ataques cuánticos , consiste en el desa...

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La criptografía postcuántica ( PQC ), a veces denominada a prueba de ataques cuánticos , segura frente a ataques cuánticos o resistente a ataques cuánticos , consiste en el desarrollo de algoritmos criptográficos (generalmente algoritmos de clave pública ) que actualmente se consideran seguros, aunque no se ha demostrado, frente a un ataque criptoanalítico por parte de una computadora cuántica . [ 1 ] La mayoría de los algoritmos de clave pública más utilizados se basan en la dificultad de uno de tres problemas matemáticos: el problema de la factorización de enteros , el problema del logaritmo discreto o el problema del logaritmo discreto de curva elíptica . Todos estos problemas podrían resolverse fácilmente en una computadora cuántica suficientemente potente que ejecute el algoritmo de Shor [ 2 ] [ 3 ] o posiblemente alternativas. [ 4 ] [ 5 ]

A partir de 2026, las computadoras cuánticas carecen de la potencia de procesamiento necesaria para romper los algoritmos criptográficos de uso generalizado; [ 6 ] sin embargo, debido al tiempo que requiere la migración a la criptografía cuántica segura, los criptógrafos ya están diseñando nuevos algoritmos para prepararse para el año 2Q o "Día Q", el día en que los algoritmos actuales serán vulnerables a los ataques de computación cuántica. El teorema de Mosca proporciona el marco de análisis de riesgos que ayuda a las organizaciones a identificar con qué rapidez deben comenzar la migración.

Su trabajo ha captado la atención de académicos e industria a través de la serie de conferencias PQCrypto , organizada desde 2006, varios talleres sobre criptografía cuántica segura organizados por el Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones (ETSI) y el Instituto de Computación Cuántica . [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] La supuesta existencia de programas generalizados de recolección ahora y descifrado después también se ha visto como una motivación para la introducción temprana de algoritmos post-cuánticos, ya que los datos registrados ahora pueden seguir siendo sensibles durante muchos años en el futuro. [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]

A diferencia de la amenaza que la computación cuántica supone para los algoritmos de clave pública actuales, la mayoría de los algoritmos criptográficos simétricos y las funciones hash actuales se consideran relativamente seguros frente a los ataques de las computadoras cuánticas. [ 3 ] [ 13 ] Si bien el algoritmo cuántico de Grover acelera los ataques contra los cifrados simétricos, duplicar el tamaño de la clave puede contrarrestarlos eficazmente. [ 14 ] Por lo tanto, la criptografía simétrica postcuántica no necesita diferir significativamente de la criptografía simétrica actual.

En 2024, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de EE. UU. (NIST) publicó las versiones finales de sus tres primeros estándares de criptografía post-cuántica . [ 15 ]

Preparación

Las infraestructuras digitales requieren una ciberseguridad robusta. Los sistemas criptográficos son vitales para proteger la confidencialidad y autenticidad de los datos. La computación cuántica representará una amenaza para muchos de los algoritmos criptográficos clásicos, que se utilizan para lograr estos objetivos de protección, pero que solo son seguros frente a las computadoras clásicas . Los datos que actualmente no son seguros frente a la computación cuántica, ya sea que se almacenen o se transmitan, y que deben permanecer confidenciales durante mucho tiempo, podrían verse comprometidos en el futuro por las computadoras cuánticas (ataques de "recopilación ahora, descifrado después"). Además, la autenticidad también se verá comprometida por las computadoras cuánticas. La amenaza que la computación cuántica supone para la ciberseguridad puede contrarrestarse mediante una transición oportuna, integral y coordinada a la criptografía postcuántica (PQC). [ 16 ] [ 17 ]

Algoritmos

La investigación en criptografía postcuántica se centra principalmente en seis enfoques diferentes: [ 3 ] [ 8 ]

Criptografía basada en retículos

Este enfoque incluye sistemas criptográficos como aprendizaje con errores , aprendizaje de anillo con errores ( ring-LWE ), [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] el intercambio de claves de aprendizaje de anillo con errores y la firma de aprendizaje de anillo con errores , los esquemas de cifrado NTRU o GGH más antiguos , y las firmas NTRU y BLISS más recientes . [ 21 ] Algunos de estos esquemas, como el cifrado NTRU, se han estudiado durante muchos años sin que nadie haya encontrado un ataque factible. Otros, como los algoritmos ring-LWE, tienen pruebas de que su seguridad se reduce a un problema de peor caso. [ 22 ] El Grupo de Estudio de Criptografía Post-Cuántica patrocinado por la Comisión Europea sugirió que se estudiara la variante Stehle-Steinfeld de NTRU para su estandarización en lugar del algoritmo NTRU. [ 23 ] [ 24 ] En ese momento, NTRU todavía estaba patentado. Los estudios han indicado que NTRU puede tener propiedades más seguras que otros algoritmos basados ​​en retículos. [ 25 ] Dos algoritmos basados ​​en retículos, ML-KEM (conocido comúnmente como Kyber) y ML-DSA (conocido comúnmente como Dilithium) estuvieron entre los primeros algoritmos post-cuánticos estandarizados por NIST. [ 26 ]

Criptografía multivariada

Esto incluye sistemas criptográficos como el esquema de firma Unbalanced Oil and Vinegar , que se basa en la dificultad de resolver sistemas de ecuaciones multivariables. Se han roto varios intentos de construir esquemas de cifrado seguros para ecuaciones multivariables, en particular la firma Rainbow. [ 27 ]

Criptografía basada en funciones hash

Esto incluye sistemas criptográficos como las firmas de Lamport , el esquema de firma de Merkle , el XMSS, [ 28 ] el SPHINCS, [ 29 ] el WOTS y los esquemas SPHINCS + . Las firmas digitales basadas en hash fueron inventadas a finales de la década de 1970 por Ralph Merkle y se han estudiado desde entonces como una alternativa interesante a las firmas digitales basadas en la teoría de números como RSA y DSA. Su principal inconveniente es que para cualquier clave pública basada en hash, existe un límite en el número de firmas que se pueden firmar utilizando el conjunto correspondiente de claves privadas. Este hecho redujo el interés en estas firmas hasta que se reavivó debido al deseo de una criptografía resistente a los ataques de las computadoras cuánticas. Aparentemente no hay patentes sobre el esquema de firma de Merkle y existen muchas funciones hash no patentadas que podrían usarse con estos esquemas. El esquema de firma basado en hash con estado XMSS, desarrollado por un equipo de investigadores bajo la dirección de Johannes Buchmann, se describe en el RFC 8391. [ 30 ]

Cabe señalar que todos los esquemas anteriores son firmas de un solo uso o de tiempo limitado. Moni Naor y Moti Yung inventaron el hash UOWHF en 1989 y diseñaron una firma basada en hash (el esquema Naor-Yung) [ 31 ] que puede usarse de forma ilimitada (la primera firma de este tipo que no requiere propiedades de puerta trasera).

Criptografía basada en códigos

Esto incluye sistemas criptográficos que se basan en códigos de corrección de errores , como los algoritmos de cifrado McEliece y Niederreiter y el esquema de firma Courtois, Finiasz y Sendrier relacionado. La firma McEliece original, que utiliza códigos Goppa aleatorios , ha resistido el escrutinio durante más de 40 años. Sin embargo, se ha demostrado que muchas variantes del esquema McEliece, que buscan introducir más estructura en el código utilizado para reducir el tamaño de las claves, son inseguras. [ 32 ] El Grupo de Estudio de Criptografía Postcuántica patrocinado por la Comisión Europea ha recomendado el sistema de cifrado de clave pública McEliece como candidato para la protección a largo plazo contra ataques de computadoras cuánticas. [ 23 ] En 2025, el NIST anunció planes para estandarizar el algoritmo de cifrado HQC basado en códigos. [ 33 ]

Criptografía basada en isogenias

Estos sistemas criptográficos se basan en las propiedades de los grafos de isogenia de curvas elípticas (y variedades abelianas de dimensiones superiores ) sobre campos finitos, en particular los grafos de isogenia supersingulares , para crear sistemas criptográficos. Entre los representantes más conocidos de este campo se encuentran el intercambio de claves tipo Diffie-Hellman CSIDH , que puede servir como un reemplazo directo resistente a la computación cuántica para los métodos de intercambio de claves Diffie-Hellman y Diffie-Hellman de curvas elípticas que se utilizan ampliamente hoy en día, [ 34 ] y el esquema de firma SQIsign que se basa en la equivalencia categórica entre curvas elípticas supersingulares y órdenes máximos en tipos particulares de álgebras de cuaterniones. [ 35 ] Otra construcción ampliamente notada, SIDH/SIKE , fue rota espectacularmente en 2022. [ 36 ] Sin embargo, el ataque es específico de la familia de esquemas SIDH/SIKE y no se generaliza a otras construcciones basadas en isogenias. [ 37 ]

Resistencia cuántica de clave simétrica

Utilizando claves de tamaño suficientemente grande, los sistemas criptográficos de clave simétrica como AES y SNOW 3G ya son resistentes a los ataques de una computadora cuántica. [ 38 ] Además, los sistemas y protocolos de gestión de claves que utilizan criptografía de clave simétrica en lugar de criptografía de clave pública, como Kerberos y la Estructura de Autenticación de Red Móvil 3GPP , también son inherentemente seguros contra ataques de una computadora cuántica. Dado su amplio despliegue en el mundo, algunos investigadores recomiendan un uso extendido de la gestión de claves simétricas tipo Kerberos como una forma eficiente de obtener criptografía postcuántica en la actualidad. [ 39 ]

Reducciones de seguridad

En la investigación criptográfica, es deseable demostrar la equivalencia entre un algoritmo criptográfico y un problema matemático complejo conocido. Estas demostraciones se denominan a menudo "reducciones de seguridad" y se utilizan para demostrar la dificultad de descifrar el algoritmo de cifrado. En otras palabras, la seguridad de un algoritmo criptográfico dado se reduce a la seguridad de un problema complejo conocido. Los investigadores buscan activamente reducciones de seguridad en el contexto de la criptografía postcuántica. Los resultados actuales se presentan aquí:

Criptografía basada en retículos: Firma Ring-LWE

En algunas versiones de Ring-LWE hay una reducción de seguridad al problema del vector más corto (SVP) en un retículo como límite inferior de la seguridad. Se sabe que el SVP es NP-difícil . [ 22 ] Los sistemas ring-LWE específicos que tienen reducciones de seguridad demostrables incluyen una variante de las firmas ring-LWE de Lyubashevsky definidas en un artículo de Güneysu, Lyubashevsky y Pöppelmann. [ 19 ] El esquema de firma GLYPH es una variante de la firma de Güneysu, Lyubashevsky y Pöppelmann (GLP) que toma en cuenta los resultados de investigación que han surgido después de la publicación de la firma GLP en 2012. Otra firma Ring-LWE es Ring-TESLA. [ 40 ] También existe una "variante desaleatorizada" de LWE, llamada Aprendizaje con Redondeo (LWR), que produce "una aceleración mejorada (al eliminar el muestreo de pequeños errores de una distribución de tipo gaussiano con errores deterministas) y un mayor ancho de banda". [ 41 ] Mientras que LWE utiliza la adición de un pequeño error para ocultar los bits inferiores, LWR utiliza el redondeo para el mismo propósito.

Criptografía basada en retículos: NTRU, BLISS

Se cree que la seguridad del esquema de cifrado NTRU y la firma BLISS [ 21 ] están relacionadas con el problema del vector más cercano (CVP) en una red, pero no se puede demostrar su reducción a este. Se sabe que el CVP es NP-difícil . El Grupo de Estudio de Criptografía Post-Cuántica, patrocinado por la Comisión Europea, sugirió que se estudiara la variante Stehle-Steinfeld de NTRU, que sí presenta una reducción de seguridad, para su uso a largo plazo en lugar del algoritmo NTRU original. [ 23 ]

Criptografía multivariante: aceite y vinagre desequilibrados

Los esquemas de firma desequilibrados de aceite y vinagre son primitivas criptográficas asimétricas basadas en polinomios multivariados sobre un campo finito .F{\displaystyle \mathbb {F} }⁠ . Bulygin, Petzoldt y Buchmann han demostrado una reducción de sistemas UOV cuadráticos multivariados genéricos al problema de resolución de ecuaciones cuadráticas multivariadas NP-difíciles . [ 42 ]

Criptografía basada en funciones hash: esquema de firma Merkle

En 2005, Luis García demostró que existía una reducción de seguridad de las firmas de árboles hash de Merkle a la seguridad de la función hash subyacente. García demostró en su artículo que si existen funciones hash computacionalmente unidireccionales, entonces la firma de árbol hash de Merkle es demostrablemente segura. [ 43 ]

Por lo tanto, el uso de una función hash con una reducción de seguridad demostrable a un problema difícil conocido implicaría una reducción de seguridad demostrable de la firma del árbol Merkle a ese problema difícil conocido. [ 44 ]

El Grupo de Estudio de Criptografía Postcuántica patrocinado por la Comisión Europea ha recomendado el uso del esquema de firma Merkle para la protección de seguridad a largo plazo contra las computadoras cuánticas. [ 23 ]

Criptografía basada en códigos – McEliece

El sistema de cifrado McEliece ofrece una reducción de seguridad al problema de decodificación del síndrome (SDP). Se sabe que el SDP es NP-difícil . [ 45 ] El Grupo de Estudio de Criptografía Postcuántica, patrocinado por la Comisión Europea, ha recomendado el uso de esta criptografía para la protección a largo plazo contra ataques de computadoras cuánticas. [ 23 ]

Criptografía basada en códigos – RLCE

En 2016, Wang propuso un esquema de cifrado de código lineal aleatorio (RLCE) [ 46 ] basado en los esquemas de McEliece. Un esquema RLCE puede construirse utilizando cualquier código lineal, como el código Reed-Solomon, insertando columnas aleatorias en la matriz generadora de código lineal subyacente.

Criptografía de isogenia de curva elíptica supersingular

La seguridad está relacionada con el problema de construir una isogenia entre dos curvas supersingulares con el mismo número de puntos. La investigación publicada más recientemente sobre la dificultad de este problema, realizada por Delfs y Galbraith, indica que este problema es tan difícil como sugieren los inventores del intercambio de claves. [ 47 ] No existe una reducción de seguridad a un problema NP-difícil conocido.

Comparación

Una característica común de muchos algoritmos de criptografía postcuántica es que requieren claves de mayor tamaño que los algoritmos de clave pública "precuánticos" de uso común. A menudo, es necesario encontrar un equilibrio entre el tamaño de la clave, la eficiencia computacional y el tamaño del texto cifrado o la firma. La siguiente tabla muestra algunos valores para diferentes esquemas con un nivel de seguridad postcuántica de 128 bits.

Una consideración práctica a la hora de elegir entre algoritmos criptográficos postcuánticos es el esfuerzo necesario para enviar claves públicas a través de internet. Desde este punto de vista, los algoritmos Ring-LWE, NTRU y SIDH ofrecen claves de tamaño inferior a 1  kB, las claves públicas con firma hash ocupan menos de 5  kB, y McEliece, basado en MDPC, ocupa aproximadamente 1  kB. Por otro lado, McEliece, basado en Goppa, requiere una  clave de casi 1 MB.

Criptografía basada en retículos: intercambio de claves LWE e intercambio de claves Ring-LWE.

La idea fundamental de utilizar LWE y Ring LWE para el intercambio de claves fue propuesta y presentada en la Universidad de Cincinnati en 2011 por Jintai Ding. La idea básica se basa en la asociatividad de las multiplicaciones de matrices, y los errores se utilizan para proporcionar seguridad. El artículo [ 58 ] se publicó en 2012 tras la presentación de una solicitud de patente provisional ese mismo año.

En 2014, Peikert [ 59 ] presentó un esquema de transporte de claves que sigue la misma idea básica de Ding, donde también se utiliza la nueva idea de enviar una señal adicional de 1 bit para redondeo en la construcción de Ding. Para una seguridad algo mayor a 128 bits , Singh presenta un conjunto de parámetros que tienen claves públicas de 6956 bits para el esquema de Peikert. [ 60 ] La clave privada correspondiente sería de aproximadamente 14 000 bits.

En 2015, se presentó en Eurocrypt 2015 un intercambio de claves autenticado con seguridad prospectiva demostrable, basado en la misma idea de Ding [ 61 ] , que es una extensión de la construcción HMQV [ 62 ] de Crypto2005. En el artículo se proporcionan los parámetros para diferentes niveles de seguridad, desde 80 bits hasta 350 bits, junto con los tamaños de clave correspondientes [ 61 ] .

Criptografía basada en retículos: cifrado NTRU

Para 128 bits de seguridad en NTRU, ntruhps2048509con n = 509 y q = 2048 se seleccionó en la presentación al NIST en septiembre de 2020. [ 63 ] Esto da como resultado una clave pública de 699 bytes y una clave privada correspondiente de 935 bytes. [ 50 ]

Criptografía multivariada

Criptografía basada en funciones hash: esquema de firma Merkle

Para obtener 128 bits de seguridad para firmas basadas en hash para firmar 1 millón de mensajes utilizando el método del árbol fractal Merkle de Naor Shenhav y Wool, los tamaños de las claves pública y privada son de aproximadamente 36.000 bits de longitud. [ 64 ]

Criptografía basada en códigos – McEliece

Para una seguridad de 128 bits en un esquema McEliece, el grupo de estudio de criptografía postcuántica de la Comisión Europea recomienda utilizar un código binario Goppa de longitud mínima n = 6960 y dimensión mínima k = 5413 , capaz de corregir t = 119 errores. Con estos parámetros, la clave pública para el sistema McEliece será una matriz generadora sistemática cuya parte no identidad ocupa k × ( n − k ) = 8373911 bits. La clave privada correspondiente, que consta del soporte del código con n = 6960 elementos de GF(2 13 ) y un polinomio generador con t = 119 coeficientes de GF(2 13 ), tendrá una longitud de 92 027 bits. [ 23 ]

El grupo también está investigando el uso de códigos MDPC cuasicíclicos de longitud al menos n = 2 16 + 6 = 65542 y dimensión al menos k = 2 15 + 3 = 32771 , y capaces de corregir t = 264 errores. Con estos parámetros, la clave pública para el sistema McEliece será la primera fila de una matriz generadora sistemática cuya parte no identidad ocupa k = 32771 bits. La clave privada, una matriz de verificación de paridad cuasicíclica con d = 274 entradas no nulas en una columna (o el doble en una fila), ocupa no más de d × 16 = 4384 bits cuando se representa como las coordenadas de las entradas no nulas en la primera fila.

Barreto et al. recomiendan usar un código Goppa binario de longitud al menos n = 3307 y dimensión al menos k = 2515 , y capaz de corregir t = 66 errores. Con estos parámetros, la clave pública para el sistema McEliece será una matriz generadora sistemática cuya parte no identidad toma k × ( n − k ) = 1991880 bits. [ 65 ] La clave privada correspondiente, que consiste en el soporte del código con n = 3307 elementos de GF(2 12 ) y un polinomio generador de t = 66 coeficientes de GF(2 12 ), tendrá una longitud de 40 476 bits.

Criptografía de isogenia de curva elíptica supersingular

Para 128 bits de seguridad en el método Diffie-Hellman de isogenia supersingular (SIDH), De Feo, Jao y Plut recomiendan usar una curva supersingular módulo un primo de 768 bits. Si se usa compresión de puntos de curva elíptica, la clave pública no necesitará tener más de 8x768 o 6144 bits de longitud. [ 66 ] Un artículo de marzo de 2016 de los autores Azarderakhsh, Jao, Kalach, Koziel y Leonardi mostró cómo reducir a la mitad el número de bits transmitidos, lo que fue mejorado aún más por los autores Costello, Jao, Longa, Naehrig, Renes y Urbanik, resultando en una versión de clave comprimida del protocolo SIDH con claves públicas de solo 2640 bits de tamaño. [ 57 ] Esto hace que el número de bits transmitidos sea aproximadamente equivalente al RSA y Diffie-Hellman no cuánticamente seguros con el mismo nivel de seguridad clásico. [ 67 ]

Criptografía basada en clave simétrica

Por regla general, para una seguridad de 128 bits en un sistema basado en clave simétrica, se pueden usar con seguridad claves de 256 bits. El mejor ataque cuántico contra sistemas de clave simétrica arbitrarios es la aplicación del algoritmo de Grover , que requiere un trabajo proporcional a la raíz cuadrada del tamaño del espacio de claves. Para transmitir una clave cifrada a un dispositivo que posee la clave simétrica necesaria para descifrarla, también se requieren aproximadamente 256 bits. Es evidente que los sistemas de clave simétrica ofrecen los tamaños de clave más pequeños para la criptografía postcuántica.

Secreto hacia adelante

Un sistema de clave pública demuestra una propiedad conocida como secreto directo perfecto cuando genera claves públicas aleatorias por sesión para el acuerdo de claves. Esto significa que la vulneración de un mensaje no puede comprometer a otros, y que no existe un único valor secreto que pueda comprometer múltiples mensajes. Los expertos en seguridad recomiendan utilizar algoritmos criptográficos que admitan el secreto directo en lugar de aquellos que no lo hacen. [ 68 ] La razón es que el secreto directo puede proteger contra la vulneración de claves privadas a largo plazo asociadas con pares de claves públicas/privadas. Esto se considera un medio para prevenir la vigilancia masiva por parte de las agencias de inteligencia.

Tanto el intercambio de claves Ring-LWE como el intercambio de claves Diffie-Hellman de isogenia supersingular (SIDH) admiten el secreto hacia adelante en un intercambio con la otra parte. Ambos métodos también pueden utilizarse sin secreto hacia adelante mediante la creación de una variante del cifrado clásico ElGamal de Diffie-Hellman.

Los demás algoritmos mencionados en este artículo, como NTRU, no admiten el secreto directo tal cual.

Cualquier sistema de cifrado de clave pública autenticado puede utilizarse para construir un intercambio de claves con secreto hacia adelante. [ 69 ]

Proyecto Open Quantum Safe

El proyecto Open Quantum Safe ( OQS ) se inició a finales de 2016 y tiene como objetivo desarrollar y prototipar criptografía resistente a la computación cuántica. [ 70 ] [ 71 ] Su propósito es integrar los esquemas post-cuánticos actuales en una biblioteca: liboqs . [ 72 ] liboqs es una biblioteca C de código abierto para algoritmos criptográficos resistentes a la computación cuántica. Inicialmente se centra en algoritmos de intercambio de claves, pero ahora incluye varios esquemas de firma. Proporciona una interfaz de programación de aplicaciones (API) común adecuada para algoritmos de intercambio de claves post-cuánticos y reunirá varias implementaciones. liboqs también incluirá un entorno de prueba y rutinas de evaluación comparativa para comparar el rendimiento de las implementaciones post-cuánticas. Además, OQS también proporciona la integración de liboqs en OpenSSL . [ 73 ]

A partir de marzo de 2023, se admiten los siguientes algoritmos de intercambio de claves: [ 70 ]

A fecha de agosto de 2024, el NIST ha publicado 3 algoritmos como estándares FIPS y se espera que el cuarto se publique cerca de finales de año: [ 74 ]

Las versiones anteriores compatibles que se han eliminado debido al avance del Proyecto de Estandarización de Criptografía Post-Cuántica del NIST son:

Implementación

Un desafío en la criptografía postcuántica es la implementación de algoritmos potencialmente seguros frente a ataques cuánticos en sistemas existentes. Se han realizado pruebas, por ejemplo, por Microsoft Research implementando PICNIC en una infraestructura de clave pública (PKI) mediante módulos de seguridad de hardware . [ 92 ] Los proveedores de HSM también han realizado implementaciones de prueba para el algoritmo NewHope de Google . En agosto de 2023, Google publicó una implementación de clave de seguridad FIDO2 de un esquema de firma híbrida ECC /Dilithium, realizada en colaboración con ETH Zúrich . [ 93 ]

El Protocolo Signal ha utilizado el Diffie-Hellman extendido post-cuántico (PQXDH) desde 2023. [ 94 ] [ 95 ]

El 21 de febrero de 2024, Apple anunció que actualizaría su protocolo iMessage con un nuevo protocolo PQC llamado "PQ3", que utilizará clave continua. [ 96 ] [ 97 ] [ 98 ] Apple declaró que, aunque aún no existen computadoras cuánticas capaces, querían mitigar los riesgos de futuras computadoras cuánticas, así como los llamados escenarios de ataque " Cosechar ahora, descifrar después ". Apple afirmó que cree que su implementación de PQ3 proporciona protecciones que "superan las de todas las demás aplicaciones de mensajería ampliamente implementadas", porque utiliza clave continua. Apple tenía previsto reemplazar el protocolo iMessage existente en todas las conversaciones compatibles con PQ3 para finales de 2024. Apple también definió una escala para facilitar la comparación de las propiedades de seguridad de las aplicaciones de mensajería, representada por niveles que van del 0 al 3: 0 para ausencia de cifrado de extremo a extremo por defecto, 1 para cifrado de extremo a extremo pre-cuántico por defecto, 2 para establecimiento de clave PQC únicamente (por ejemplo, PQXDH) y 3 para establecimiento de clave PQC y renovación continua de claves (PQ3). [ 96 ]

El Grupo de Trabajo de Ingeniería de Internet ha preparado un borrador de Internet que utiliza algoritmos PQC en la Seguridad de la Capa de Mensajería (MLS). [ 99 ] MLS se utilizará en la mensajería de texto RCS en Google Messages y Messages (Apple) .

Otras implementaciones destacadas incluyen:

Complementos de la capa física

Si bien los algoritmos postcuánticos protegen el contenido de los datos contra el descifrado futuro, no impiden la interceptación y el almacenamiento del texto cifrado en sí (un modelo de amenaza conocido como " Cosechar ahora, descifrar después "). Para mitigar este riesgo, algunas arquitecturas de red incorporan seguridad de capa física (PLS) o caos óptico junto con PQC. [ 102 ]

Al ocultar la señal óptica dentro del nivel de ruido ( OSNR negativo ) mediante codificación de fase espectral, estas contramedidas físicas buscan que la transmisión sea imposible de registrar. Esto crea una estrategia de "defensa en profundidad": la ofuscación física impide por completo la obtención del texto cifrado, asegurando que no existan datos para un futuro descifrado cuántico, mientras que los algoritmos PQC brindan la protección necesaria para los datos almacenados en los puntos finales. [ 103 ]

Cifrado híbrido

Captura de pantalla de la página de prueba del Acuerdo de Clave Post-Quantum de Cloudflare que muestra Firefox 135.0 usando X25519MLKEM768

Google ha mantenido el uso de "cifrado híbrido" en su uso de criptografía postcuántica: siempre que se utiliza un esquema postcuántico relativamente nuevo, se combina con un esquema no PQ más probado. Esto es para garantizar que los datos no se vean comprometidos incluso si el algoritmo PQ relativamente nuevo resulta ser vulnerable a ataques no cuánticos antes del año 2000. Este tipo de esquema se utiliza en sus pruebas de 2016 y 2019 para TLS postcuántico, [ 104 ] y en su clave FIDO2 de 2023. [ 93 ] Uno de los algoritmos utilizados en la prueba de 2019, SIKE, fue vulnerado en 2022, pero la capa X25519 no PQ (ya ampliamente utilizada en TLS) aún protegía los datos. [ 104 ] PQ3 de Apple y PQXDH de Signal también son híbridos. [ 96 ]

La NSA y el GCHQ se oponen al cifrado híbrido, alegando que añade complejidad a la implementación y la transición. Daniel J. Bernstein , quien apoya el cifrado híbrido, argumenta que estas afirmaciones son falsas. [ 104 ]

Críticas

La necesidad de la criptografía postcuántica se basa en la posibilidad de que los problemas criptográficos tradicionales y establecidos se resuelvan rápidamente con una computadora cuántica. Sin embargo, las computadoras cuánticas aún están en desarrollo y todavía no han demostrado una prueba a gran escala del algoritmo de Shor, que verifique la viabilidad de un mecanismo de aceleración cuántica y su superioridad sobre una computadora clásica en este tipo de problemas. En 2019, un equipo que utilizó la computadora cuántica IBM Q pudo factorizar los números 15 y 21, pero no el 35. [ 105 ] Se han realizado otros intentos para simular computadoras cuánticas para números mayores, pero las simulaciones no mostraron ninguna ventaja cuántica (es decir, una aceleración con respecto a una computadora clásica). [ 106 ]

Si bien los problemas de factorización de enteros , logaritmo discreto y logaritmo discreto de curva elíptica podrían verse comprometidos por el mecanismo de aceleración cuántica propuesto, ninguna criptografía basada en estos problemas matemáticamente complejos ha demostrado ser insegura ni haber sido comprometida matemáticamente fuera del algoritmo de Shor o sus derivados. Estos sistemas criptográficos se utilizan en todo el mundo y han sido sometidos a pruebas exhaustivas de vulnerabilidades durante varias décadas. Además, si bien el algoritmo de Shor propone una solución de tiempo polinomial (es decir, rápida), mediante un mecanismo de búsqueda de periodos cuánticos (es decir, encontrar un periodo repetitivo donde la computadora cuántica prueba todos los periodos posibles en paralelo y luego colapsa al encontrar una o varias soluciones correctas) [ 107 ] , dicha aceleración nunca se ha demostrado a gran escala.

Los matemáticos Stephen Wolfram y Christopher Wolfram han creado modelos simulados basados ​​en grafos branquiales [ 108 ] para imitar la mecánica cuántica y, por extensión, pueden emular sistemas utilizados por las computadoras cuánticas. Su investigación llevó a Stephen a expresar públicamente leves dudas sobre el mecanismo de aceleración cuántica propuesto.La existencia de esta cuestión está relacionada con el colapso/desenrollamiento sistemático de los estados cuánticos entrelazados hasta llegar a una solución utilizable y corregida de errores. Es decir, surgen dudas sobre el mecanismo responsable de la ventaja cuántica teórica utilizada por las futuras computadoras cuánticas a gran escala, donde un gran número de cúbits completamente entrelazados son capaces de ejecutar el algoritmo de Shor contra un problema clásico moderno (por ejemplo, RSA-2048 , que utiliza la factorización de enteros ). [ 109 ]

En 2013, las filtraciones de Edward Snowden sobre la NSA confirmaron que las supercomputadoras más potentes de la época no podían descifrar sistemas criptográficos de clave pública correctamente implementados . Además, la NSA no había encontrado un atajo matemático, a pesar de ser el mayor empleador de matemáticos del mundo. El analista de seguridad y criptógrafo Bruce Schneier , quien tuvo acceso al archivo de Snowden, concluyó que las matemáticas nunca se habían roto. [ 110 ] En conjunto, si las críticas anteriores resultan ser ciertas, entonces se cuestiona la necesidad de la criptografía postcuántica , junto con la necesidad de migrar la infraestructura empresarial moderna a esquemas criptográficos menos probados .

Véase también

Referencias

  1. ↑ "Criptografía post-cuántica: un nuevo paradigma de seguridad para la era post-cuántica" . Penta Security Inc. 5 de junio de 2025. Consultado el 10 de julio de 2025 .
  2. ↑ Shor, Peter W. (1997). "Algoritmos de tiempo polinomial para factorización prima y logaritmos discretos en una computadora cuántica". SIAM Journal on Computing . 26 (5): 1484– 1509. arXiv : quant-ph/9508027 . Bibcode : 1995quant.ph..8027S . doi : 10.1137/S0097539795293172 . S2CID 2337707 . 
  3. 1 2 3 Bernstein, Daniel J. (2009). "Introducción a la criptografía postcuántica" (PDF) . Criptografía postcuántica .
  4. ↑ Kramer, Anna (2023) .«Sorprendente y genial». Un algoritmo cuántico ofrece una forma más rápida de hackear el cifrado de Internet .Science . 381 ( 6664): 1270. doi : 10.1126/science.adk9443 . PMID 37733849. S2CID 262084525 .  
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  • PQCrypto, la conferencia de criptografía postcuántica
  • Esfuerzo de estándares seguros cuánticos del ETSI
  • Proyecto de criptografía postcuántica del NIST
  • Uso e implementación de PQCrypto
  • Costo de la certificación ISO 27001
  • ISO 22301:2019 – Seguridad y resiliencia en los Estados Unidos
  • Puntuación de vulnerabilidad de los algoritmos de cifrado comunes
  • Dilithium y SPHINCS+ , explicación y demostración en Excel (sin macros) por Tim Wambach
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