El cifrado cuántico de alta velocidad puede ayudar a asegurar el futuro de Internet

El cifrado cuántico de alta velocidad puede ayudar a asegurar el futuro de Internet
Cifrado cuántico de alta velocidad
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Modificado por última vez en Sábado, 25 Noviembre 2017 20:29
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Investigadores quieren crear formas de encriptación de datos a prueba de pirateo

El cifrado cuántico puede estar un paso más cerca del uso a gran escala gracias a un sistema desarrollado recientemente. El sistema es capaz de distribuir códigos de cifrado a tasas de megabits por segundo, 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. La nueva teoría muestra que la técnica es segura contra ataques de seguridad comunes.

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

Para luchar contra la futura amenaza, los investigadores están manejando las mismas extrañas propiedades que impulsan las computadoras cuánticas para crear teóricamente formas de encriptación de datos cuánticos a prueba de intrusiones.

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 tasas de megabits 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 los equipos que podrían abrir fugas.

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

Los resultados aparecen en línea el 24 de noviembre en Science Advances.

Para un pirata informático, nuestras compras en línea, transacciones bancarias y registros médicos parecen un galimatías debido a los códigos llamados claves de cifrado. La información personal enviada a través de la web se codifica primero usando una de estas teclas, y luego el receptor la descifra utilizando 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 bits de materia como electrones o fotones cambia automáticamente sus propiedades) para intercambiar claves de una manera que alerta inmediatamente a ambas partes de la existencia de una violación de la 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 se están conectando. Las empresas en Europa venden ahora sistemas basados en láser para QKD, y en un evento muy publicitado el verano pasado, China utilizó un satélite para enviar una clave cuántica a dos estaciones terrestres ubicadas a 1.200 km de distancia.

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

"A estas velocidades, los sistemas de encriptación de seguridad cuántica no pueden soportar algunas tareas diarias básicas, como el alojamiento de una llamada telefónica encriptada o transmisión de vídeo", dijo Islam.

Al igual que muchos sistemas QKD, el transmisor clave de Islam utiliza un láser debilitado para codificar información sobre fotones individuales de luz. Pero encontraron una forma de empaquetar más información en cada fotón, lo que hace que su técnica sea más rápida.

experimento de clave cuántica

Ajustando el tiempo 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 los detectores de alta velocidad desarrollados por Clinton Cahall, estudiante graduado 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 cambiando estas propiedades adicionales del fotón que nos permitieron casi duplicar la tasa de seguridad que pudimos obtener si no hubiéramos hecho eso", dijo Gauthier, quien comenzó el trabajo como profesor de física en Duke antes. moviéndose a OSU.

En un mundo perfecto, QKD sería perfectamente seguro. Cualquier intento de hackear un intercambio de claves dejaría errores en la transmisión que podrían ser fácilmente detectados por el receptor. Pero las implementaciones de QKD en el mundo real requieren equipos imperfectos, y estas imperfecciones abren filtraciones que los hackers pueden explotar.

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

"Queríamos identificar todas las fallas experimentales en el sistema, e incluir estos defectos en la teoría para poder garantizar que nuestro sistema sea seguro y 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 ubican debajo de las ciudades, por lo que es relativamente sencillo integrar su transmisor y receptor en la infraestructura de Internet actual.

"Todos estos equipos, aparte de los detectores de fotón único, existen en la industria de las telecomunicaciones, y con algo de ingeniería probablemente podríamos ajustar todo el transmisor y el receptor en una caja tan grande como la CPU de una computadora", dijo Islam.

Artículo científico: Provably secure and high-rate quantum key distribution with time-bin qudits


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