Los avances recientes en las computadoras cuánticas pronto pueden dar a los piratas informáticos acceso a máquinas lo suficientemente potentes como para descifrar incluso los códigos de seguridad estándar de Internet más difíciles. Con estos códigos rotos todos nuestros datos en línea, desde registros médicos hasta transacciones bancarias, podrían ser vulnerables a ataques.

Para luchar contra la futura amenaza, los investigadores están ejerciendo las mismas extrañas propiedades que impulsan a las computadoras cuánticas a crear formas teóricamente a prueba de piratería de cifrado de datos cuánticos.

Y ahora, Estas técnicas de cifrado cuántico pueden estar un paso más cerca del uso a gran escala gracias a un nuevo sistema desarrollado por científicos de la Universidad de Duke. La Universidad Estatal de Ohio y el Laboratorio Nacional de Oak Ridge. Su sistema es capaz de crear y distribuir códigos de cifrado a velocidades de megabit por segundo, que es de cinco a 10 veces más rápido que los métodos existentes y a la par con las velocidades actuales de Internet cuando se ejecutan varios sistemas en paralelo.

Los investigadores demuestran que la técnica es segura contra ataques comunes, incluso frente a fallas en el equipo que podrían abrir fugas.

"Ahora es probable que tengamos una computadora cuántica en funcionamiento que podría comenzar a descifrar los códigos criptográficos existentes en un futuro próximo". "dijo Daniel Gauthier, profesor de física en la Universidad Estatal de Ohio. "Realmente necesitamos pensar mucho ahora en las diferentes técnicas que podríamos usar para tratar de proteger Internet".

Los resultados aparecen en línea el 24 de noviembre en Avances de la ciencia .

A un hacker, nuestras compras online, las transacciones bancarias y los registros médicos parecen un galimatías debido a cifrados llamados claves de cifrado. La información personal enviada a través de la web se codifica primero con una de estas claves, y luego descifrado por el receptor usando la misma clave.

Para que este sistema funcione, ambas partes deben tener acceso a la misma clave, y debe mantenerse en secreto. La distribución de claves cuánticas (QKD) aprovecha una de las propiedades fundamentales de la mecánica cuántica:medir pequeños trozos de materia como electrones o fotones cambia automáticamente sus propiedades, para intercambiar claves de una manera que alerta inmediatamente a ambas partes sobre la existencia de una brecha de seguridad. .

Aunque QKD se teorizó por primera vez en 1984 y se implementó poco después, las tecnologías para respaldar su uso a gran escala recién ahora están en línea. Las empresas en Europa ahora venden sistemas basados ​​en láser para QKD, y en un evento muy publicitado el verano pasado, China usó un satélite para enviar una clave cuántica a dos estaciones terrestres ubicadas a 1200 km de distancia.

El problema con muchos de estos sistemas, dijo Nurul Taimur Islam, estudiante de posgrado en física en Duke, es que solo pueden transmitir claves a velocidades relativamente bajas, entre decenas a cientos de kilobits por segundo, que son demasiado lentas para la mayoría de los usos prácticos en Internet.

"A estos ritmos, Los sistemas de cifrado de seguridad cuántica no pueden admitir algunas tareas diarias básicas, como alojar una llamada telefónica encriptada o una transmisión de video, ", Dijo Islam.

Como muchos sistemas QKD, El transmisor clave del Islam utiliza un láser debilitado para codificar información sobre fotones de luz individuales. Pero encontraron una manera de empaquetar más información en cada fotón, haciendo su técnica más rápida.

Al ajustar el momento en que se libera el fotón, y una propiedad del fotón llamada fase, su sistema puede codificar dos bits de información por fotón en lugar de uno. Este truco junto con detectores de alta velocidad desarrollados por Clinton Cahall, estudiante de posgrado en ingeniería eléctrica e informática, y Jungsang Kim, profesor de ingeniería eléctrica e informática en Duke, alimenta su sistema para transmitir claves de cinco a 10 veces más rápido que otros métodos.

"Fue cambiar estas propiedades adicionales del fotón lo que nos permitió casi duplicar la tasa de clave segura que podríamos obtener si no lo hubiéramos hecho, "dijo Gauthier, quien comenzó el trabajo como profesor de física en Duke antes de mudarse a OSU.

En un mundo perfecto, QKD estaría perfectamente seguro. Cualquier intento de piratear un intercambio de claves dejaría errores en la transmisión que el receptor podría detectar fácilmente. Pero las implementaciones de QKD en el mundo real requieren un equipo imperfecto, y estas imperfecciones abren filtraciones que los piratas informáticos pueden explotar.

Los investigadores caracterizaron cuidadosamente las limitaciones de cada equipo que utilizaron. Luego trabajaron con Charles Lim, actualmente es profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad Nacional de Singapur, para incorporar estos defectos experimentales en la teoría.

"Queríamos identificar todos los defectos experimentales del sistema, e incluir estas fallas en la teoría para que podamos asegurarnos de que nuestro sistema sea seguro y que no haya un posible ataque de canal lateral, ", Dijo Islam.

Aunque su transmisor requiere algunas piezas especiales, todos los componentes están actualmente disponibles comercialmente. Las claves de cifrado codificadas en fotones de luz se pueden enviar a través de líneas de fibra óptica existentes que se entierran debajo de las ciudades. lo que hace que sea relativamente sencillo integrar su transmisor y receptor en la infraestructura actual de Internet.

"Todo este equipo, aparte de los detectores de fotón único, existen en la industria de las telecomunicaciones, y con algo de ingeniería probablemente podríamos colocar todo el transmisor y el receptor en una caja tan grande como la CPU de una computadora, ", Dijo Islam.