Este proyecto de titulación se centra en la aplicación de la computación cuántica a través del entorno Qiskit, con el objetivo de analizar la seguridad criptográfica en relación con la comparación entre cifrados clásicos y cuánticos. El análisis se desarrolla mediante el estudio del espacio de búsqueda de claves en esquemas criptográficos simétricos, considerando escenarios de tamaño reducido que permiten evaluar su comportamiento bajo modelos de cómputo clásico y cuántico. Para el enfoque cuántico, se emplea el algoritmo de Grover, el cual es implementado en un simulador cuántico mediante la construcción de circuitos que incluyen la inicialización en superposición uniforme, el oráculo de fase para marcar el estado objetivo y el operador de difusión encargado de la amplificación de amplitudes. Las simulaciones se ejecutan para diferentes cantidades de iteraciones, lo que permite analizar la evolución de la probabilidad de éxito en función del tamaño del espacio de búsqueda y del número de repeticiones del algoritmo. Las ejecuciones se realizan utilizando una semilla fija, lo que garantiza la reproducibilidad de los resultados y facilita la comparación entre los valores teóricos y los obtenidos mediante simulación. Se registran las probabilidades asociadas al estado marcado, así como el crecimiento del tamaño del circuito cuántico conforme aumenta el número de iteraciones. Los escenarios analizados corresponden a registros de tres y cuatro qubits, lo que permite un análisis detallado del comportamiento del algoritmo. Finalmente, se incorpora la comparación con la búsqueda clásica en los mismos espacios de búsqueda, permitiendo establecer una referencia directa entre ambos enfoques y evidenciar la ventaja del algoritmo de Grover en términos de eficiencia.
Este proyecto de titulación se centra en la aplicación de la computación cuántica a través del entorno Qiskit, con el objetivo de analizar la seguridad criptográfica en relación con la comparación entre cifrados clásicos y cuánticos. El análisis se desarrolla mediante el estudio del espacio de búsqueda de claves en esquemas criptográficos simétricos, considerando escenarios de tamaño reducido que permiten evaluar su comportamiento bajo modelos de cómputo clásico y cuántico. Para el enfoque cuántico, se emplea el algoritmo de Grover, el cual es implementado en un simulador cuántico mediante la construcción de circuitos que incluyen la inicialización en superposición uniforme, el oráculo de fase para marcar el estado objetivo y el operador de difusión encargado de la amplificación de amplitudes. Las simulaciones se ejecutan para diferentes cantidades de iteraciones, lo que permite analizar la evolución de la probabilidad de éxito en función del tamaño del espacio de búsqueda y del número de repeticiones del algoritmo. Las ejecuciones se realizan utilizando una semilla fija, lo que garantiza la reproducibilidad de los resultados y facilita la comparación entre los valores teóricos y los obtenidos mediante simulación. Se registran las probabilidades asociadas al estado marcado, así como el crecimiento del tamaño del circuito cuántico conforme aumenta el número de iteraciones. Los escenarios analizados corresponden a registros de tres y cuatro qubits, lo que permite un análisis detallado del comportamiento del algoritmo. Finalmente, se incorpora la comparación con la búsqueda clásica en los mismos espacios de búsqueda, permitiendo establecer una referencia directa entre ambos enfoques y evidenciar la ventaja del algoritmo de Grover en términos de eficiencia.
El presente trabajo de titulación aborda la aplicación de la computación cuántica en el ámbito de la seguridad criptográfica, mediante la implementación del simulador de circuitos cuánticos Qiskit Aer, con un esquema mínimo de autenticación, desafío y respuesta. El objetivo es analizar cómo los principios fundamentales de la mecánica cuántica pueden emplearse para validar la identidad de un usuario con un nivel de seguridad superior a los métodos clásicos. El estudio se fundamenta en fenómenos como la superposición, entrelazamiento, medición y el principio de indeterminación de Heisenberg en conjunto con la ley de la normalización. Asegurando que cualquier intento de observación o interferencia externa modifique el sistema, haciendo detectable la presencia de un intruso, tomando como respaldo las propiedades y leyes de la física dentro de la computación cuántica. En la primera sección, se estudian los sistemas criptográficos actuales con la finalidad de comparar con los métodos de encriptación cuántica. Para verificar las principales ventajas y cambios que se tiene en cada método. En la segunda sección, se procede a realizar pruebas mediante el simulador de circuitos cuánticos Qiskit, con la finalidad de realizar envíos para lograr una comunicación de datos de manera segura. En la tercera sección, se establece un umbral de decisión, para comparar los resultados de la encriptación cuántica frente a un escenario con un intruso dentro la comunicación con la finalidad de revisar la tasa de aciertos de ambos escenarios y sus porcentajes de aciertos. Finalmente, exponer los resultados simulados, demostrando el funcionamiento del enfoque cuántico, para fortalecer los mecanismos de la información direccionada a la seguridad criptográfica.
El presente trabajo de integración curricular tiene como objetivo analizar y comparar el desempeño de un algoritmo de búsqueda clásico y de un cuántico, en específico el algoritmo de Grover, con el fin de analizar y contrastar la ventaja computacional teórica y asintótica que proporciona la computación cuántica frente a los algoritmos clásicos, considerando las limitaciones del hardware cuántico actual. Se analizan las bases teóricas de estos dos enfoques, su complejidad temporal y su comportamiento frente a conjuntos de datos de tamaño distinto. La metodología que se emplea es la simulación de ambos algoritmos, es experimental, ya que permite observar y realizar comparaciones de tiempo y eficiencia para la localización de un elemento objetivo. En el caso del algoritmo cuántico, se implementa el algoritmo de Grover mediante simuladores cuánticos, analizando el impacto del número de qubits y de las iteraciones en los resultados obtenidos. Los resultados muestran que para la búsqueda clásica la complejidad de tiempo es O(n) en cambio en el caso del algoritmo de Grover esta se reduce a O(√n) siendo una mejora interesante que se centra en un n grande. A pesar de esto, existen limitaciones en la implementación de ordenadores cuánticos en la actualidad. Por último, se concluyó que el algoritmo de Grover es una alternativa bastante interesante para resolver problemas de búsqueda no estructurada y se muestra el potencial de la computación cuántica como una tecnología emergente con aplicaciones en la ingeniería.
El presente trabajo de integración curricular desarrolla un análisis profundo sobre la seguridad criptográfica mediante la aplicación de la computación cuántica, utilizando específicamente el entorno de desarrollo de código abierto Qiskit de IBM. La investigación se fundamenta en la creciente necesidad de proteger la información frente a las capacidades de procesamiento de los computadores cuánticos modernos, los cuales representan una amenaza para los sistemas criptográficos tradicionales. El núcleo de este proyecto consiste en la implementación y simulación detallada del protocolo de distribución de claves cuánticas BB84. A través de la experimentación en entornos controlados y simulados, se evaluó la robustez del protocolo ante escenarios de ataque de interceptación y reenvío (intercept-resend). Para medir la eficacia del sistema, se utilizó como métrica principal la tasa de error de bits cuánticos (QBER). Los resultados obtenidos demuestran que, bajo los principios de la mecánica cuántica, específicamente el teorema de no clonación y el colapso del estado cuántico tras la medición, es posible detectar de manera inequívoca la presencia de un intruso (Eve) en el canal de comunicación. El estudio concluye que el protocolo BB84 garantiza la generación de claves aleatorias y seguras entre dos entidades (Alice y Bob), permitiendo descartar claves comprometidas cuando la tasa de error supera el umbral de seguridad establecido. Este trabajo no solo valida la teoría de la criptografía cuántica mediante herramientas de programación actuales, sino que también establece una base práctica para el estudio de redes de comunicación seguras y la implementación de protocolos de ciberseguridad avanzados dentro del ámbito de la tecnología en redes y telecomunicaciones.
Este trabajo estudia el criptoanálisis diferencial de criptosistemas simétricos por bloques con funciones de cifrado iteradas y su aceleración mediante computación cuántica. Se analiza la propagación de diferencias XOR a través de las rondas, junto con el cálculo y la aproximación de las probabilidades diferenciales asociadas, y se presenta el procedimiento de recuperación parcial de subclaves para redes de sustitución-permutación (SPN), entre las que se encuentran AES y KLEIN. El ataque se formula mediante una función de conteo sobre el espacio de candidatas de subclave, siguiendo una presentación poco habitual, pero que facilita su reformulación cuántica. A partir de ella, se construye un procedimiento basado en el algoritmo de búsqueda de mínimo/máximo de Dürr-Høyer que emplea subrutinas de conteo y búsqueda cuántica para identificar una candidata de subclave con conteo máximo. Se analizan las complejidades de datos, tiempo y memoria de los procedimientos clásico y cuántico. Como complemento, se implementan el cálculo de tablas de distribución diferencial, la búsqueda de características diferenciales y el ataque clásico sobre esquemas SPN como versiones con un número reducido de rondas de AES y KLEIN. También se implementan las subrutinas cuánticas empleadas y se simula el procedimiento cuántico sobre instancias de SPN de tamaño reducido, debido a las limitaciones computacionales actuales. Los resultados del análisis de complejidad permiten contrastar ambos procedimientos y muestran las mejoras en complejidad temporal que puede proporcionar el procesamiento cuántico.
En el presente trabajo de integración curricular se implementó un sistema de generación de claves criptográficas basado en aleatoriedad cuántica (QRNG), utilizando el entorno de desarrollo Qiskit y el simulador Aer. La aplicación emplea el principio de superposición cuántica mediante compuertas Hadamard para producir secuencias de 512 bits con alta entropía, validando su integridad y trazabilidad mediante funciones hash SHA-256. Asimismo, se realizó un estudio comparativo de rendimiento y calidad estadística frente a un Generador de Números Pseudoaleatorios (PRNG) criptográficamente seguro nativo del sistema operativo. El informe sigue un orden secuencial para facilitar su comprensión. En la primera sección se describen los objetivos y el marco teórico sobre las vulnerabilidades de la criptografía actual frente a la computación cuántica. La segunda sección detalla la metodología empleada para la simulación y el diseño del algoritmo por lotes. En la tercera sección se exponen los resultados obtenidos, evidenciando la estabilidad estadística mediante las pruebas Monobit y de Corridas, así como el benchmarking gráfico de latencia y sesgo. Finalmente, se presentan las conclusiones que validan la eficacia de la simulación y las recomendaciones para la futura implementación en procesadores cuánticos reales.
El objetivo de esta investigación es proponer una implementación del algoritmo de Grover, un método cuántico que permite reducir significativamente el tiempo de búsqueda en bases de datos no estructuradas. Se aplicó una metodología que integró diferentes experimentos en simuladores y una computadora cuántica en el cual se incluyó el análisis del algoritmo cuántico, y se compara con los algoritmos clásicos deterministas en diferentes escenarios de búsquedas. Se estructura la arquitectura del algoritmo ajustando los parámetros que lo constituyen y tipo de búsqueda. Por ende, dando una versión de los fundamentos de la computación cuántica, destacando los principios de superposición y entrelazamiento como elementos clave para abordar problemas de búsquedas en listas no ordenadas con tecnologías cuánticas. Asimismo, se introducen los conceptos de qubits, compuertas cuánticas, circuitos cuánticos, y se describe la interpretación geométrica de su acción sobre los estados cuánticos mediante la esfera de Bloch. Se detalla el funcionamiento del algoritmo de Grover con la utilización de simuladores cuánticos y su escalabilidad en la computadora cuántica ibmbrisbane, para la estructuración de la solución a problemas de búsqueda en listas no ordenadas, explicando cómo logra una aceleración cuadrática al reducir la complejidad de búsqueda de ( O(N) ) a ( O(sqrt{N}) ). Esta investigación siguió un enfoque cuantitativo, experimental y comparativo, visualizando como este algoritmo representa una ventaja computacional significativa en la resolución de problemas de búsqueda en estructuras de datos no organizadas y con el objeto experimental del tamaño de la búsqueda.