Quantum Cryptography: Una comunicación con cifrado cuántico en Telefónica

Ayer tuvimos nuestro Network Innovation Day, un evento muy especial en el que quisimos contarle a nuestros clientes cómo trabajamos constantemente para innovar en la red. Cómo la desplegamos, como la operamos, como la transformamos y cómo la apagamos cuando llega el momento. Para ese día, los equipos de 4º Plataforma y Big Data, los equipos de Ciberseguridad, los equipos de Product Innovation, y los equipos puros de red nos paramos a explicar detalles de cómo innovamos en cada una de las áreas.

Figura 1: Quantum Cryptography: Una comunicación con cifrado cuántico en Telefónica

En el evento estuvieron los pesos pesados de las áreas tecnológicas de la casa, con Guillermo Ansaldo, Enrique Blanco, Pedro Pablo Pérez, Paco Montalvo, David del Val, entre otros, pero tuvimos la suerte de contar con nuestro consejero Ignacio Cirac, que vino a hablarnos de Quantum Computing y criptografía, para contarnos el piloto que hemos hecho en Telefónica de cifrado cuántico con la Universidad Politécnica de Madrid y Huawei.

Foto para mi recuerdo personal. Enrique Blanco - Global CTIO de Telefonica -, David Cervigón - Cloud Solutions Architect de Microsoft - Ignacio Cirac - Premio Principe de Asturias - y David del Val - Director se Product Innovation en Telefónica -. Grandes profesionales y compañeros. Podría dedicar mucho tiempo a hablar de ellos, pero lo cierto es que a veces me siento como en un parque de atracciones pudiendo disfrutar todos los días en mi trabajo por estar cerca de personas de su altura.

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Los ordenadores cuánticos están aún a unos pocos años de llegar, aunque es verdad que ya tenemos bastantes prototipos que han sido anunciados por muchas empresas tecnológicas. Lo cierto es que aún queda camino por recorrer para conseguir construir ordenadores fiables, con potencia de cómputo y con primitivas suficientes como para poder desarrollar una industria similar a la que se ha creado sobre los ordenadores "clásicos". Pero llegará, seguro.

Figura 3: Resumen en 2 minutos del Network Innovation Day

Debido a las propiedades de entrelazamiento de los quantums, las teorías pronostican que podría conseguirse una velocidad de "transmisión" de información entre las partículas que permitirá ejecutar programas a tal velocidad que los sistemas de cifrado basados en algoritmos RSA que depositan su robustez en la dificultad de factorizar las claves de cifrado dejarán de ser útiles ya que la fuerza bruta de estas sería factible en tiempo despreciable. Y es aquí donde si quieres entender bien este mundo, debo recomendarte que te leas el libro de Cifrado de las Comunicaciones Digitales: De la cifra clásica a RSA.

Debido a los peligros que conlleva para los algoritmos de cifrado clásico la llegada de los Quantum Computers, se ha empezado a trabajar en lo que se denomina Post Quantum Cryptography, intentando hacer sistemas de cifrado capaces de soportar la llegada de los ordenadores cuánticos a nuestra vida. Para ello, se busca evitar el uso de algoritmos basados en la factorización de las claves o encontrar alguna otra robustez en el proceso, por ejemplo en la transmisión de las claves de cifrado o en la volatilidad de la información.

Y una de las aproximaciones consiste en utilizar las propiedades que suceden en la medición de la información (el spin) en un quantum, pues al medir su spin, éste puede ser modificado dependiendo de la dirección de la medida.  Este vídeo lo explica en detalle para todo el mundo.


Figura 4: Entrelazamiento cuántico & Spooky Action a distancia
Desde el punto de vista de la criptografía, si una clave de cifrado se enviara por un medio de Alice a Bob y Eva, el atacante, la interceptara en tránsito y accediera a la clave, entonces esta clave sería destruida y Bob nunca llegaría a leer cuál era la clave, por lo que no habría comunicación y se detectaría la intrusión. Es decir, no sabemos si Él juega a los dados, pero los quantums pueden ser buenos para enviar el valor que salga en ellos.

Figura 5: Nota de prensa del piloto de criptofgrafía cuántica

Esto permite, utilizando un ordenador cuántico pequeño, y una fibra óptica lo suficientemente grande como para que Alice y Bob puedan hacer las mediciones de los spins de los quantums con una tasa de error aceptable, poder enviar una clave de cifrado de una comunicación entre A y B de manera fiable, y haciendo que nadie pudiera acceder a la información de la clave - o que si lo hiciera se detectara y por lo tanto esa clave no se usara para enviar ninguna información cifrada con ella -. Aquí tienes el vídeo con la explicación del proyecto.

Figura 6: PoC de cifrado cuántico de Telefónica, la UPM y Huawei

Y esto es básicamente lo que hemos probado en Telefónica, junto con la Universidad Politécnica de Madrid y Huawei, y de lo que hablamos ayer. Perdonadme los puristas por la simplificación de toda la teoría del Quantum Computing, el cifrado cuántico y la criptografia postcuántica en este post, pues solo intento hacer más digerible nuestra PoC para todo el mundo. Eso sí, encantados de compartir experiencias y detalles si estás investigando en esto, que para nosotros el cifrado de las comunicaciones es importante en nuestros servicios de red, y estamos trabajando seriamente en ver las posibilidades de estos sistemas de cifrado cuántico.

Saludos Malignos!