Investigadores de la Universidad de Waterloo, ubicada en Canadá, realizaron un estudio donde se indica que las funciones de hash y la criptografía asimétrica modernas pueden ofrecer seguridad ante ataques maliciosos con tecnología cuántica, contrario a la creencia de que con la llegada de la computación cuántica estos sistemas criptográficos actuales quedarían obsoletos.

Matthew Amy sostiene esta teoría en un informe emitido por la Asociación Internacional de Investigación Criptológica. El equipo conformado por investigadores del Perimeter Institute for Theoretical Physics aplicó sus estudios en ataques a las funciones criptográficas SHA-2 y SHA-3 con el algoritmo cuántico de Grover, que al aplicarse tiene altas posibilidades de conseguir valores predecibles entre una cantidad de datos que se ubican en el mismo lugar.

El algoritmo de Grover tiene la posibilidad de vulnerar una clave simétrica de 128 bits en 264 intentos, algo que requiere que en este caso el tamaño de la contraseña deba incrementarse en el futuro para protegerse de los ataques con potencia cuántica.

La principal dificultad es que el tiempo de coherencia de los qubits físicos es finito. El ruido en el sistema físico eventualmente corromperá los procesos computacionales largos. Preservar el estado de un qubit lógico es un proceso activo que requiere evaluación periódica, detectar errores y corregirlos rutinariamente.

 

Extracto del informe %22Estimating the cost of generic quantum pre-image attacks on SHA-2 and SHA-3%22

Pero logrando que los equipos especializados logren procesar millones de hashes por segundo, entonces el algoritmo de Grover se tomará 10^32 años para lograr violentar las funciones SHA-256 o SHA3-256, ambas relacionadas en los algoritmos criptográficos utilizados en Bitcoin y varias criptomonedas.

Los investigadores añaden en el informe que, incluso si no nos preocupáramos por la huella del circuito y contáramos con una computadora que pueda procesar miles de millones de hash por segundo, el cálculo del algoritmo de Grover podría tomarse más de 10^29 años.

Esto es mucho más tiempo que los 14 billones de años de existencia del universo.

Cabe destacar que la función criptográfica SHA-2 (Secure Hash Algorithm) fue desarrollada por la National Security Agency (NSA) de Estados Unidos, teniendo el interés de protegerse de los ataques externos a raíz de la filtración de documentos perpetrada por Edward Snowden. Estas funciones de hash resultan ser muy seguras y resistentes, evitando que los piratas informáticos no puedan hallar dos valores de entrada que deriven en la misma función hash de salida.

Este algoritmo de encriptación es utilizado en la minería de Bitcoin para proteger las claves y permitir que la información sobre una transacción sea enviada públicamente a través de la red sin ningún riesgo de que algún tercero acceda sin poseer la contraseña correcta. Para esto la función SHA-256, entre otros algoritmos como el RIPEMD-160, crea una dirección pública de Bitcoin para canalizar a través de allí las transacciones, que son generadas por las carteras donde el usuario almacena sus criptomonedas.

Futuro de tecnología cuántica

El poder de procesamiento de la computación cuántica es asombroso y a medida que se desarrolle implicará una mejora notable en la resolución de problemas complejos por parte de las computadoras, y esta es la diferencia crucial con la computación clásica.

Una computadora convencional trabaja con bits, unidades de información binaria, cuyos valores pueden ser 1 ó 0. Pero los qubits, unidad de información cuántica, son 1 y 0 al mismo tiempo, y además en un estado de superposición cuántica puede ser la combinación de esos dos valores o estados. Esta característica de su definición hace que se multiplique exponencialmente la capacidad de procesamiento del equipo. Es decir que una computadora cuántica de 2 bits puede hacer cuatro cálculos a la vez, una de 4 qubits puede hacer 16 cálculos y así sucesivamente.

Sus implicaciones son enormes. En el campo de la mecánica puede aplicarse y permitir que una máquina aprenda varios patrones de procesamiento y los ejecute al mismo tiempo, lo que contando con un adecuado esquema físico (hardware), potenciaría enormemente la productividad de dicha máquina y la complejidad de sus operaciones.

En el ámbito de la medicina podrían generarse gigantescos modelos de moléculas y células humanas que interactuen con otros compuestos, como medicamentos, y evaluar su posible reacción. De la misma forma con las enormes cadenas de proteínas del ADN. Así podría investigarse las posibilidades de éxito de un hipotético medicamento para atacar a enfermedades que hoy son incurables o difíciles de combatir.

Partiendo del hecho de poder realizar modelos simulativos a niveles atómicos y moleculares, la ingeniería de materiales podría tener un renacimiento en esta era, pues al poder recrear las interacciones más pequeñas del universo se puede experimentar y determinar cómo crear nuevos elementos con propiedades avanzadas, como la superconducción de calor y electricidad o materiales altamente flexibles o rígidos, por ejemplo. Desde el año 2011 el gobierno de Estados Unidos ha financiado al Materials Genome Initiative para que a través de la computación cuántica esta organización descubra y produzca materiales de avanzada más rápido y a menor costo.

Actualmente tres empresas en Estados Unidos (Google, IBM y Rigetti Computing) se encuentran trabajando en la computación cuántica, cuyas proyecciones de desarrollo exitoso no pasan los dos años a partir de este momento. Aun así en el ecosistema de Bitcoin y las criptomonedas ya se están analizando soluciones a las posibles amenazas que representaría la computación cuántica a la seguridad de los usuarios.