En la actualidad, el intercambio de información a través de dispositivos con características diversas es un proceso que ha incrementado de manera exagerada, lo que implica la necesidad de preservar diferentes servicios de seguridad en la información que se transmite entre ellos. Dado que el poder de cómputo sigue evolucionado a pasos agigantados, en un futuro cercano las computadoras cuánticas presentarán una gran amenaza, ya que dichas computadoras son capaces de realizar millones de operaciones en paralelo, se comprometerá la integridad de los algoritmos que preservan servicios de seguridad y, como consecuencia, los escenarios en donde son utilizados. En este trabajo, se presenta un acercamiento a la línea del tiempo que mantienen los algoritmos criptográficos, y se discute una lista de desafíos que estarían enfrentando los algoritmos del futuro, también llamados postcuánticos.
En la actualidad, el intercambio de información a través de dispositivos con características diversas es un proceso que ha incrementado de manera exagerada, lo que implica la necesidad de preservar diferentes servicios de seguridad en la información que se transmite entre ellos. Dado que el poder de cómputo sigue evolucionado a pasos agigantados, en un futuro cercano las computadoras cuánticas presentarán una gran amenaza, ya que dichas computadoras son capaces de realizar millones de operaciones en paralelo, se comprometerá la integridad de los algoritmos que preservan servicios de seguridad y, como consecuencia, los escenarios en donde son utilizados. En este trabajo, se presenta un acercamiento a la línea del tiempo que mantienen los algoritmos criptográficos, y se discute una lista de desafíos que estarían enfrentando los algoritmos del futuro, también llamados postcuánticos.
En un futuro cercano, la computación cuántica tendrá mucha influencia sobre la seguridad de las comunicaciones, con relevancia en entornos críticos como por ejemplo en defensa. Por esta razón cobra gran importancia plantear posibles soluciones como la criptografía cuántica y poscuántica. Surge entonces una pregunta; ¿Corre peligro la seguridad de las comunicaciones militares? Lo cierto es que con la cada vez más cercana llegada de la computación cuántica, la respuesta a esta pregunta es clara. Por ello es necesario anticiparse a la futura obsolescencia de los sistemas criptográficos actuales, sobre los que se sustenta toda la protección de datos clasificados y de operaciones estratégicas. En este Trabajo de Fin de Grado se exponen los fundamentos de la criptografía moderna para estudiar su evolución, las amenazas emergentes derivadas de la computación cuántica y las líneas de investigación que permitirán mantener la seguridad de las comunicaciones en defensa. El TFG se estructura en tres grandes bloques: criptografía clásica, cuántica y poscuántica. En primer lugar, se han tratado los principales algoritmos clásicos empleados actualmente, tanto simétricos como asimétricos, destacando sus vulnerabilidades frente a los algoritmos cuánticos de Shor y Grover. En segundo lugar, se ha analizado la criptografía cuántica (QKD), siendo una posible alternativa, cuya fortaleza se basa en leyes físicas. Sin embargo, aunque estos sistemas ofrecen un nivel de seguridad teóricamente inquebrantable, su implementación práctica sigue limitada por la necesidad de equipos específicos, la dependencia de autenticación clásica y los elevados costes de despliegue. Por último, se ha estudiado la criptografía poscuántica (PQC). Una gran alternativa, que propone algoritmos matemáticos resistentes a ataques cuánticos, con la ventaja de ser compatibles con la infraestructura existente. Además, se ha realizado una entrevista al experto Luis Fernando Hernández Encinas, cuyos resultados serán incluidos junto con la revisión bibliográfica en un análisis DAFO que permite identificar las fortalezas, debilidades, oportunidades y amenazas de ambas tecnologías. De este análisis se concluye que, la criptografía clásica se encuentra en fase de obsolescencia estratégica, mientras que la criptografía cuántica y la poscuántica representan los pilares de la seguridad futura. La primera ofrece una protección teórica total, aunque todavía no es viable a gran escala. La segunda, en cambio, constituye una solución práctica e inmediata para iniciar la transición.
La computación cuántica representa una innovadora frontera tecnológica con el potencial de revolucionar diversas áreas incluyendo la criptografía, que es esencial para garantizar la seguridad y privacidad de la información en el entorno digital actual. Este artículo presenta una revisión sistemática de la literatura (SLR) a través de la metodología Kitchenham acerca de la incidencia de la computación cuántica en los algoritmos criptográficos con el objetivo de recopilar información relevante de estudios relacionados la cual serán analizadas y comparadas para tener un mejor entendimiento general sobre el funcionamiento de los algoritmos criptográficos. Se realizaron filtros de búsqueda para la recopilación de información, se consideró en base al análisis de artículos científicos, trabajos de titulación de máster o doctorado, estudios e investigaciones realizados acerca de este tema. Los resultados de esta recopilación de estudios generaron preguntas significativas las cuales son respondidas mediante la resolución y categorización de estudios relevantes. Se concluye que, aunque la computación cuántica está en sus inicios de desarrollo puede tener un fuerte impacto que conlleva su progreso tecnológico, se deben tomar ciertas medidas de precaución y estándares al desarrollar algoritmos criptográficos para no vulnerar la seguridad de la información.
La aparición de la computación cuántica plantea una amenaza directa sobre los sistemas criptográficos actualmente desplegados, poniendo en riesgo la confidencialidad y autenticidad de la información. En tal contexto, la criptografía postcuántica surge como una alternativa diseñada para resistir ataques basados en ordenadores cuánticos, empleando como base problemas matemáticos considerados intratables incluso para este escenario. El objetivo de este trabajo es evaluar la viabilidad práctica de los algoritmos criptográficos de tipo postcuántico propuestos por el proceso de estandarización del NIST, comparándolos con algoritmos clásicos muy conocidos. Con tal fin, se ha llevado a cabo un análisis teórico del estado del arte y un estudio experimental basado en microbenchmarks criptográficos y pruebas sobre el protocolo TLS 1.3, usando implementaciones reales y plataformas hardware heterogéneas. La metodología empleada permite estudiar métricas relevantes como tiempos de ejecución, latencias o escalabilidad, tanto en operaciones atómicas como en escenarios de comunicación más amplios. Los resultados muestran que los algoritmos basados en retículos, como ML-KEM y ML-DSA, ofrecen un rendimiento competitivo frente a algoritmos clásicos con nivel de seguridad equivalente, de manera especial en hardware moderno. No obstante se observa un impacto significativo en dispositivos con recursos limitados y en el proceso de handshake TLS. Se concluye que este trabajo demuestra que la criptografía postcuántica es técnicamente viable en numerosos entornos reales, aunque su adopción debe abordarse de forma progresiva y contextualizada, considerando las limitaciones físicas y requisitos de cada sistema.
La criptografía es la base de cualquier mecanismo de seguridad informática. Se utiliza habitualmente en un login web, en el envío de correos electrónicos, o incluso cuando se produce la sincronización de archivos en la nube, entre otros. Todos los protocolos de comunicación que utilizan SSL/TLS en TCP/IP [1] hacen uso de criptografía asimétrica para autenticación y firma digital. Estos algoritmos se basan en complejos cálculos matemáticos de una sola vía, es decir, son fáciles de realizar, pero muy difíciles de revertir. Si bien los ordenadores actuales no son capaces de romper estos algoritmos en periodos de tiempo aceptables, las computadoras cuánticas, hoy en sus albores de desarrollo, sí podrán hacerlo fácilmente. Es aquí donde surge la necesidad de algoritmos de cifrado que sean resistentes a ataques cuánticos. Estos algoritmos, denominados post cuánticos, si bien están en sus primeras etapas de investigación, resultarán de suma utilidad en un futuro cercano, en el que las técnicas de cifrado asimétrico actuales no puedan brindar la privacidad, autenticación e integridad de los datos en Internet. El presente trabajo de investigación pretende dar luz en este moderno campo de estudio, analizando las implementaciones de software y bibliotecas de programación disponibles en la actualidad.
¿QUÉ ES LA CRIPTOGRAFÍA?Esta sección aborda el tema de la criptografía.La criptología incluye dos técnicas complementarias: la Criptografía y el criptoanálisis [Martorell 00].El criptoanálisis, es el estudio de técnicas matemáticas para tratar de vulnerar técnicas criptográficas, y en general, servicios de seguridad de la información [Menezes, Oorshot y Vanstone 96].La criptografía es: "... el estudio de técnicas matemáticas relacionadas con aspectos de la seguridad de la información tales como la confidencialidad, integridad de datos, autenticación de entidades, y autenticación de origen de los datos.La criptografía no es el único medio de proveer seguridad de la información, sino un conjunto de técnicas" [Menezes, Oorshot y Vanstone 96].Otra definición, un poco más precisa, es "Rama inicial de las Matemáticas y en la actualidad también de la Informática y la Telemática, que hace uso de métodos y técnicas con el objeto principal de cifrar, y por tanto proteger, un mensaje o archivo por medio de un algoritmo, usando una o más claves" [Ramió 06].Es importante mencionar que los esquemas de cifrado no son invulnerables.Por ejemplo, un espía, después de invertir un periodo de tiempo atacando el código, podría descifrar los datos.Este periodo de tiempo es importante porque la vida útil de la clave debe estar correlacionada con la vida útil de los datos que están siendo protegidos.En algunos casos un día es suficiente, mientras que en otros debería permanecer invulnerable de manera indefinida.El ataque más simple que puede realizar un atacante para saber cuál clave se está usando en una comunicación, es hacer una búsqueda exhaustiva o de
En este trabajo de investigación se realizó una comparación de los algoritmos criptográficos cuánticos vs clásicos con respecto a la seguridad en la obtención de la clave, en base a una revisión sistemática de donde se definió parámetros medibles de comparación, entre estos algoritmos como: la unidad estructural de la información, base de su seguridad, origen de la clave, tamaño de la clave, si el atacante copia la información, detección de intrusos y tecnología aplicada en el mercado, es de importancia conocer el algoritmo criptográfico más fuerte para la seguridad de la información debido a que la tecnología va en incremento y al mismo tiempo la información se convierte en un activo de gran valor a proteger ya que los hackers al interceptar información pueden realizar denegación de servicios, falta de integridad en datos, daños físicos a estructuras, robos millonarios de dólares e información. También se desarrolló el estudio técnico-económico para la de implementar un sistema cuántico en una infraestructura gubernamental del Consejo Nacional Electoral (CNE). Del estudio se determinó que los algoritmos criptográficos cuánticos son más apropiados para este propósito, esto se demostró con el método estadístico CHI cuadrado, para la comprobación de hipótesis. Se concluye que es técnicamente factible la propuesta de implementar criptografía cuántica con el algoritmo BB84 en la estructura nacional gubernamental CNE, con una inversión aproximada al 0.022% del gasto público de 2017. Se recomienda implementar la propuesta técnica económica planteada en la presente investigación para en la infraestructura de CNE en función de garantizar la seguridad de la información.