La irrupción de la computación cuántica provoca nueva formas de cifrados

Construir un ordenador cuántico universal es uno de los proyectos de ingeniería más emocionantes en este momento. Los avances se suceden cada
vez más rápido y el objetivo de tener un ordenador cuántico está cada vez más cerca. Y con él, la expectativa de resolver problemas hasta ahora irresolubles a partir de la capacidad de procesamiento de la computación clásica.

Aunque la computación cuántica a gran escala supondrá grandes avances, también implica retos en materia de ciberseguridad. Si hoy apareciera un ordenador cuántico con suficientes cúbits, prácticamente todas las comunicaciones en Internet se volverían inseguras. Por eso los científicos de IBM Research están desarrollando soluciones de cifrado resistentes ante las posibles amenazas de seguridad que pueda plantear la computación cuántica universal. Concretamente, la encriptación homomórfica y la encriptación basada en “celosías”.

Cifrado homomórfico

Durante milenios, hemos utilizado la criptografía para mantener la información en secreto o en privado mientras se transfería o almacenaba. Sin embargo, nunca hemos podido mantener la información en secreto mientras se procesa o utiliza. IBM inventó hace una década una tecnología llamada Encriptación Homomórfica (EH), -del inglés Homomorphic Encryption-, llamada a revolucionar la seguridad y la privacidad de los datos, así como el intercambio de información con entornos externos, a veces poco fiables.

Hasta hace poco, este tipo de encriptado o cifrado homomórfico se consideraba demasiado lento para el uso diario debido a la enorme potencia de computación que requería. Actualmente, los investigadores de IBM ya están superando esta barrera gracias a avances algorítmicos y de hardware.

Seguridad y privacidad de datos

Los sistemas tradicionales de cifrado encriptan los datos en tránsito y en reposo, pero se desencriptan mientras están en uso. Este proceso facilita a los piratas informáticos la oportunidad de robar archivos no cifrados mientras se están utilizando, su estado más vulnerable. El encriptado homomórfico evita que los datos nunca estén desencriptados a la vez que permite su manipulación por las partes autorizadas. Es algo así como lo que ocurría en los tiempos en los que se revelaban las fotos, cuando el fotógrafo quitaba la película dentro de una bolsa negra para asegurarse de que no le daba la luz y no se dañaba. De manera similar, con este tipo de cifrado los datos se pueden manipular pero siguen ocultos dentro de un texto cifrado.

Además, la combinación del encriptado homomórfico con otras herramientas permite restringir selectivamente el descifrado, de modo que las personas sólo puedan ver las partes estrictamente necesarias de un archivo para poder realizar su trabajo en concreto.

Aplicación y colaboración abierta multisectorial

Esta nueva tecnología es de sumo interés para ciertas industrias que manejan datos especialmente sensibles o personales, ya que los datos nunca están desencriptados y, además, siguen estando disponibles para su análisis. Organizaciones gubernamentales, compañías farmacéuticas o del cuidado de la salud, financieras y aseguradoras, así como cualquier entidad que precise de inteligencia artificial, aprendizaje automático y analítica, podrán cifrar sus datos y externalizar su análisis sin exponer ni los datos ni los resultados del análisis.

El cifrado homomórfico permite la colaboración en la nube y debería facilitar la colaboración multisectorial, incluso entre competidores que buscan realizar analítica avanzada en datos cifrados de interés común. Por ejemplo, compañías del ámbito sanitario podrían agrupar y analizar datos encriptados de investigación médica para acelerar el descubrimiento de medicamentos, sin revelar información confidencial ni de la compañía ni del paciente.

Cifrado en celosías

La encriptación basada en “celosías” oculta datos dentro de problemas matemáticos complejos sobre estructuras algebraicas llamadas celosías. Los criptógrafos pueden aplicar esta complejidad para proteger la información, incluso cuando las computadoras cuánticas sean lo suficientemente fuertes como para descifrar las técnicas de cifrado actuales.

La computación clásica es extraordinariamente potente y continuará avanzando y dando soporte a todo lo que se haga en los negocios y en la sociedad. Sin embargo, hay problemas que un ordenador clásico nunca podrá abordar. Para generar conocimiento a partir de una mayor complejidad se requiere la computación cuántica.