La criptografía post cuántica es la columna vertebral de la seguridad digital moderna, protegiendo desde transacciones bancarias hasta comunicaciones personales. Sin embargo, el avance de la computación cuántica amenaza con romper muchos de los sistemas criptográficos actuales, lo que ha impulsado el desarrollo de la llamada criptografía post-cuántica. Este campo emergente busca diseñar algoritmos resistentes a los ataques de ordenadores cuánticos, asegurando así la confidencialidad y autenticidad de la información si en un futuro la computación cuántica se convierte en una realidad práctica. En este artículo exploraremos los fundamentos, retos y perspectivas de la criptografía post-cuántica.

El desafío cuántico

Los sistemas criptográficos más utilizados hoy en día deben su seguridad a la dificultad de ciertos problemas matemáticos, como la factorización de números grandes o el logaritmo discreto. Para los ordenadores clásicos, resolver estos problemas requiere un tiempo computacional prohibitivo, lo que hace que los ataques sean inviables en la práctica.

Sin embargo, en 1994, el matemático e informático Peter Shor desarrolló un algoritmo cuántico capaz de factorizar números enteros y calcular logaritmos discretos de manera eficiente en un ordenador cuántico. Esto significa que, si en algún momento llegamos a desarrollar ordenadores cuánticos con suficiente potencia, estos podrían comprometer la mayoría de los sistemas criptográficos de clave pública empleados actualmente en cuestión de horas o minutos. Por otra parte, también cabe mencionar el algoritmo de Grover, que permite acelerar el ataque a claves simétricas, exigiendo duplicar la longitud de las mismas en algoritmos como AES para conseguir una seguridad equivalente.

¿Qué es la criptografía post cuántica?

La criptografía post-cuántica (PQC, por sus siglas en inglés) es el conjunto de técnicas criptográficas diseñadas para resistir ataques tanto de ordenadores clásicos como cuánticos. Esta se basa en problemas matemáticos que, hasta donde se sabe, serían difíciles de resolver incluso para futuros ordenadores cuánticos. Así, el objetivo principal de la criptografía post-cuántica es desarrollar algoritmos de cifrado, firma digital e intercambio de claves que puedan implementarse en sistemas actuales y futuros, garantizando la seguridad a largo plazo de la información.

Algoritmos post-cuánticos: familias, diferencias y estandarización

El objetivo de los algoritmos post-cuánticos sigue siendo el mismo que el de la criptografía tradicional: crear un problema fácil de resolver para quien tiene la clave y extremadamente difícil para un atacante.

No obstante, a diferencia de los algoritmos clásicos, que se apoyan en problemas matemáticos como la factorización o el logaritmo discreto, los algoritmos post-cuánticos emplean retos matemáticos distintos y más complejos. De esta manera, estos nuevos algoritmos no son simplemente versiones más grandes de los anteriores, sino que utilizan estructuras matemáticas de mayor dimensión y se sustentan en problemas matemáticos más difíciles de resolver, como la teoría de lattices o nuevos códigos de corrección de errores y funciones hash.

Un ejemplo de ello son nuevos algoritmos como Kyber que, aunque recuerdan en su definición general a los algoritmos convencionales de intercambio de claves, aumentan su complejidad usando redes de puntos (retículos) en espacios de muchas dimensiones y operaciones con polinomios, haciendo que romper su seguridad sea prácticamente imposible incluso para la computación cuántica.

El proceso de estandarización de la criptografía post-cuántica está liderado por el NIST desde 2016. Esta agencia americana ha seleccionado ya algunos de estos algoritmos como futuros estándares; por ejemplo, Kyber para cifrado e intercambio de claves, y Falcon y SPHINCS+ para firmas digitales. La colaboración internacional y la adaptación tecnológica serán claves para una migración segura y efectiva.

Desafíos y consideraciones en la transición post-cuántica

La transición a la criptografía post-cuántica supone un reto considerable para la infraestructura digital actual. No se trata solo de sustituir algoritmos, sino de actualizar protocolos, dispositivos y sistemas enteros para garantizar la interoperabilidad y el rendimiento. Además, es crucial anticipar amenazas como el harvest now, decrypt later, donde un atacante puede almacenar comunicaciones cifradas hoy en día con algoritmos convencionales para intentar descifrarlas en el futuro con tecnología cuántica.

Entre los principales desafíos destacan el mayor tamaño de las claves y firmas, que puede afectar tanto al almacenamiento como a la velocidad de procesamiento, especialmente en dispositivos con recursos limitados. Asimismo, algunos algoritmos post-cuánticos exigen mayor tiempo de computación que los sistemas tradicionales, lo que puede impactar en aplicaciones que requieren alta eficiencia. La seguridad a largo plazo tampoco está garantizada, ya que la criptografía es un campo en constante evolución y podrían surgir nuevos ataques más efectivos. Por último, la integración de estos algoritmos en protocolos y sistemas existentes (como TLS, SSH o VPNs) exige pruebas exhaustivas y actualizaciones de software y hardware, lo que añade complejidad al proceso de migración.

Conclusión

La criptografía post-cuántica representa un paso crucial para garantizar la seguridad digital en la era de la computación cuántica. Aunque los ordenadores cuánticos capaces de romper la criptografía actual aún no existen a gran escala, la preparación y transición hacia algoritmos resistentes es esencial para proteger la información a largo plazo. La colaboración entre la academia, la industria y los organismos de estandarización será clave para una migración exitosa. Adoptar la criptografía post-cuántica no solo es una cuestión tecnológica, sino también estratégica, asegurando que la confidencialidad y autenticidad de los datos permanezcan intactas frente a los desafíos del futuro.