Computación cuántica y Blockchain, verdades y mentiras

• Las computadoras cuánticas pueden realizar cálculos de una manera infinitamente más eficiente, logrando que toda la estructura de seguridad de claves se venga abajo.
• En la actualidad, el NIST, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de EE.UU está creando un estándar de criptografía postcuántica que se espera esté listo entre finales de este año y 2024.

Octubre de 2019. El precio del Bitcoin se desploma tras publicarse un informe, en las páginas del Financial Times, en el que se afirma que Google y la NASA han logrado la supremacía cuántica… es decir, han conseguido desarrollar un ordenador cuántico capaz de realizar cálculos imposibles para un ordenador tradicional. El anuncio provocó la inmediata preocupación de quienes consideraron que este avance representaba una clara amenaza –y para muchos inmediata- para las criptomonedas y el sistema de cifrado que las protegen. ¿Qué hay de realidad y de mito en todo ello? Tratemos de explicarlo.

¿Qué es la computación cuántica?

Cuando hablamos de computación cuántica nos referimos a la disciplina encargada de desarrollar ordenadores a partir de las leyes de la física cuántica. Con la llegada de los ordenadores cuánticos se alcanzará la posibilidad de realizar tareas de cálculos combinando, de manera simultánea, todas las permutaciones posibles. Esto, evidentemente, pondrá en peligro la seguridad de comunicaciones y sistemas de archivo que, actualmente, se protegen mediante un sistema de cifrado o claves. Dichas claves, que pueden ser públicas o privadas, simétricas o asimétricas, se generan de manera psudoaleatoria a través de complejos cálculos. El desarrollo de los ordenadores cuánticos, permitirá desentrañar esas claves en apenas horas, con lo que este sistema de seguridad quedaría, en la práctica, invalidado.

La criptografía asimétrica utilizada en los sistemas de cifrado se basa en pares de claves, es decir, una clave pública y privada. Las claves públicas se pueden calcular a partir de su contraparte privada, pero no al revés. Esto se debe a la imposibilidad de realizar ciertos problemas matemáticos. Las computadoras cuánticas pueden realizar este tipo de cálculos de una manera infinitamente más eficiente, logrando que toda la estructura de seguridad de claves se venga abajo.

Criptografía normal frente a criptografía cuántica

La criptografía no cuántica –o normal– generalmente funciona cifrando un mensaje que sólo puede descifrarse mediante el empleo de una clave secreta. Para descifrar la clave cifrada de un sistema criptográfico moderno se necesita averiguar los factores de un número producto de dos números primos muy altos. Lo normal –y más seguro- para evitar el fácil descifrado de la clave es elegir números grandes. De este modo, con la capacidad de procesado de los ordenadores disponibles hoy en día, un algoritmo necesitaría más tiempo del que le queda al universo de vida para factorizar su producto. La vulnerabilidad de las llamadas claves débiles está, precisamente, en su facilidad para ser factorizada por un ordenador convencional. Además, y aún más importante, el constante avance de las matemáticas permiten una factorización cada vez más fácil.

La criptografía cuántica dotará –teóricamente- de una vulnerabilidad infinita a las claves. Y es que las claves asociadas a la criptografía cuántica se codifican a través de fotones que se transfieren entre los actores que desean compartir una información secreta. La seguridad del sistema se basa en el hecho de que, según el Principio de Indeterminación de Heisenberg, es imposible observar los fotones sin alterar su velocidad, su posición o destruirlos.

Impacto en el Blockchain

Será directo, siendo tres los riesgos fundamentales a afrontar:

• La computación cuántica permitirá a los hackers hacerse con claves privadas asociadas.
• Se abrirá la posibilidad de simplificar el cálculo de los hashes.
• Será posible, para un ordenador cuántico, hallar colisiones de los hashes (dos entradas a una función hash que proporcionan el mismo resultado).

Según todo esto, la adaptación del Blockchain a la era postcuántica necesitará aumentar su capacidad de almacenamiento y computación.

Las redes Blockchain, incluida la arquitectura de Bitcoin, se basan en dos algoritmos: el algoritmo de firma digital de curva elíptica (ECDSA) para firmas digitales y SHA-256 como función hash. Un ordenador cuántico podría usar el algoritmo de Shor para descifrar una clave privada a partir de la pública. Sin embargo, y según las estimaciones científicas más optimistas, incluso aun cuando se consiga en un futuro, no va a ser en los próximos 10 años.

Así es, no para mañana

De momento, conseguir las capacidad de desarrollar la capacidad de conseguir ordenadores capaces de romper los sistemas de cifrado más complejos –como, por ejemplo, los que protegen el sistema de criptomonedas, sistemas de comunicaciones….-  es algo por conseguir. De momento y en la actualidad, la capacidad de los ordenadores cuánticos disponibles es del orden de 100 qubits (o bits cuánticos). Para ejecutar el algoritmo de Shor se necesitan muchos más, tal vez algunos millones dependiendo de su calidad. Las últimas expectativas esperan alcanzar el hito del millón de qubits a finales de esta década.

La comunidad criptográfica trata de aprovechar el tiempo. Sus miembros se dedican activamente a abordar este riesgo diseñando nuevos criptosistemas que puedan ejecutarse en ordenadores clásicos pero que no puedan ser atacados por ordenadores cuánticos. Es lo que se denomina criptografía postcuántica. En la actualidad, el NIST, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de EE.UU., está creando un estándar de criptografía postcuántica que se espera que esté listo entre finales de este año y 2024.

Los ordenadores cuánticos no lo tendrán fácil

Conseguir que un ordenador cuántico funcione de manera la suficientemente precisa para conseguir sus objetivos (legales o ilegales) no será fácil- Se enfrentarán, principalmente con tres dificultades fundamentales:

• Corrección de errores:

Dada la propia naturaleza de la computación cuántica, tener la capacidad de corregir sus propios errores será de vital importancia para su correcto funcionamiento. Un solo fallo en un cálculo probablemente invalidará todo el proceso de cómputo.

• Observancia de los resultados

Íntimamente relacionado con los dos anteriores, la captura de los resultados del cálculo cuántico también entraña un riesgo de corrupción de datos.

• Interferencia

Durante el proceso de desarrollo de un cálculo cuántico, la más mínima perturbación en cuanto al funcionamiento del sistema (por ejemplo, un fotón errante o una onda de radiación electromagnética) desencadenará el error. Es un proceso llamado decoherencia. Para evitar esto, un ordenador cuántico deberá permanecer absolutamente aislado de cualquier interferencia externa durante la fase de cálculo.