La criptografía cuántica emerge como un paradigma disruptivo en la seguridad informática, aprovechando los principios de la mecánica cuántica, como el entrelazamiento, la superposición y la no clonación, para garantizar confidencialidad y autenticación incondicional frente a amenazas clásicas y cuánticas. Este artículo explora los fundamentos matemáticos que sustentan los protocolos cuánticos (e.g., BB84, E91 y QHE), analizando su resistencia teórica frente a ataques basados en el algoritmo de Shor y la computación cuántica. Mediante una metodología dual (revisión sistemática de literatura y modelado teórico), se evalúan las limitaciones prácticas de implementación, como la decoherencia, los ataques por canales laterales y la escalabilidad en redes de distribución cuántica de claves (QKD). Los resultados destacan que, aunque protocolos como la criptografía homomórfica cuántica (QHE) y las redes de repetidores cuánticos prometen seguridad incluso en entornos con dispositivos realistas, su eficiencia depende críticamente de avances en óptica integrada y corrección de errores cuánticos. Asimismo, se discute el papel de la criptografía poscuántica (lattices, códigos basados en hash) como puente transicional ante la inminente obsolescencia de sistemas clásicos como RSA y ECC. La conclusión subraya la urgencia de estandarizar marcos híbridos (cuántico-clásicos) y políticas de migración, respaldados por colaboraciones globales, para asegurar infraestructuras críticas en la era cuántica. Este trabajo sintetiza el estado del arte, identificando brechas tecnológicas y proponiendo direcciones futuras para una adopción práctica y segura.
La criptografía cuántica emerge como un paradigma disruptivo en la seguridad informática, aprovechando los principios de la mecánica cuántica, como el entrelazamiento, la superposición y la no clonación, para garantizar confidencialidad y autenticación incondicional frente a amenazas clásicas y cuánticas. Este artículo explora los fundamentos matemáticos que sustentan los protocolos cuánticos (e.g., BB84, E91 y QHE), analizando su resistencia teórica frente a ataques basados en el algoritmo de Shor y la computación cuántica. Mediante una metodología dual (revisión sistemática de literatura y modelado teórico), se evalúan las limitaciones prácticas de implementación, como la decoherencia, los ataques por canales laterales y la escalabilidad en redes de distribución cuántica de claves (QKD). Los resultados destacan que, aunque protocolos como la criptografía homomórfica cuántica (QHE) y las redes de repetidores cuánticos prometen seguridad incluso en entornos con dispositivos realistas, su eficiencia depende críticamente de avances en óptica integrada y corrección de errores cuánticos. Asimismo, se discute el papel de la criptografía poscuántica (lattices, códigos basados en hash) como puente transicional ante la inminente obsolescencia de sistemas clásicos como RSA y ECC. La conclusión subraya la urgencia de estandarizar marcos híbridos (cuántico-clásicos) y políticas de migración, respaldados por colaboraciones globales, para asegurar infraestructuras críticas en la era cuántica. Este trabajo sintetiza el estado del arte, identificando brechas tecnológicas y proponiendo direcciones futuras para una adopción práctica y segura.
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.
[ES] La seguridad de la infraestructura de tecnologías de la información actual depende de la criptografía asimétrica (RSA, ECC), utilizada ampliamente en protocolos como TLS/SSL y en la gestión de certificados digitales. Sin embargo, el rápido avance de la computación cuántica representa una amenaza inminente para estos sistemas. La vulnerabilidad actual reside en que los ordenadores cuánticos pueden resolver problemas matemáticos complejos (como la factorización de enteros) en tiempo polinómico O((log N)^3), lo cual invalida las garantías de seguridad de RSA. Ante este escenario, organizaciones internacionales como el NIST están en proceso de estandarizar nuevos algoritmos conocidos como Criptografía Post-Cuántica (PQC), recurriendo a nuevos paradigmas matemáticos como la criptografía basada en redes (Lattice-based cryptography), resistentes a ataques clásicos y cuánticos. Este TFG aborda el impacto teórico de esta transición tecnológica y propone un marco de adaptación enfocado en la rama de Tecnologías de la Información. La aportación central del proyecto será el diseño de un plan de migración para entornos corporativos estructurado en auditoría de activos, diseño de protocolos con arquitecturas híbridas y la actualización de las Infraestructuras de Clave Pública (PKI).
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.
En este trabajo se estudia la criptografía cuántica como una aplicación fundamental de la información cuántica al problema de la distribución segura de claves. Tras motivar la necesidad de nuevos paradigmas criptográficos frente a la amenaza de la computación cuántica sobre sistemas clásicos como RSA, se introducen los conceptos físicos necesarios para el análisis: qubits, bases de medida, estados no ortogonales y teorema de no clonación. A continuación, se presenta el protocolo BB84, describiendo sus etapas principales y los procedimientos clásicos de corrección de errores y amplificación de privacidad. Su seguridad se estudia mediante herramientas de teoría de la información, en particular la información mutua de Shannon, y se deriva el umbral de QBER del 11% a partir de los teoremas de Csiszár-Körner y Hall. Estos resultados se complementan con una simulación Monte Carlo en Python del protocolo BB84 con ruido de canal y un ataque intercept-resend, que permite visualizar la relación entre la intervención de Eve, el QBER y la fracción de clave secreta extraíble. Finalmente, se analiza el protocolo E91, basado en pares entrelazados y en la violación de desigualdades de Bell, como un segundo mecanismo de seguridad fundamentado directamente en las leyes de la mecánica cuántica.
El avance de la computación cuántica representa una amenaza para los sistemas criptográficos clásicos utilizados en telecomunicaciones, especialmente aquellos basados en RSA y criptografía de curva elíptica, los cuales pueden ser vulnerados mediante algoritmos como el Algoritmo de Shor. La criptografía post-cuántica (PQC) surge como una alternativa para garantizar la seguridad; sin embargo, su adopción introduce desafíos relacionados con el desempeño, la interoperabilidad y el riesgo de migración. Este trabajo presenta un análisis integral de la implementación de PQC en entornos de telecomunicaciones, considerando tres dimensiones clave: desempeño, interoperabilidad y riesgo. Se emplea un enfoque mixto que combina evaluación experimental de esquemas criptográficos clásicos, post-cuánticos e híbridos, con análisis cualitativo de riesgos. Se analizan métricas como latencia, consumo de ancho de banda y carga computacional en protocolos de comunicación como TLS. El estudio busca identificar los compromisos entre seguridad y eficiencia, evaluar las limitaciones de interoperabilidad en infraestructuras heterogéneas y analizar los riesgos asociados a la transición. Como resultado, se propone un modelo integral que facilite la adopción de criptografía post-cuántica en sistemas de telecomunicaciones.
El presente trabajo aborda el análisis de la criptografía cuántica aplicada a la seguridad de la información, con el propósito de fortalecer los mecanismos de protección en la transmisión de datos. La criptografía cuántica se fundamenta en las propiedades físicas de los fotones, cuyo cambio de estado permite detectar cualquier intento de interceptación, alertando simultáneamente al emisor y al receptor sobre la falta de seguridad del canal. La investigación adopta un enfoque cuantitativo, orientado a la interpretación de datos obtenidos mediante la observación, recolección bibliográfica y análisis de contenidos. El estudio se clasifica como descriptivo y de diseño no experimental, centrado en examinar las bases teóricas, el funcionamiento y las potenciales aplicaciones de la criptografía cuántica en los sistemas actuales de seguridad informática. Los resultados del análisis destacan que, aunque su implementación aún enfrenta desafíos técnicos y económicos, esta tecnología representa una de las propuestas más prometedoras para garantizar la confidencialidad y la integridad de la información frente al creciente poder de cómputo de los sistemas cuánticos. En conclusión, el trabajo evidencia que el desarrollo e investigación continua en criptografía cuántica permitirá construir entornos digitales más seguros, contribuyendo al fortalecimiento de la ciberseguridad y al avance del conocimiento científico en el campo de la ingeniería informática.