La nueva generación de cifrado busca proteger la información ante la llegada de la computación cuántica

La evolución de la computación cuántica ha abierto una nueva carrera tecnológica: desarrollar sistemas de seguridad capaces de resistir máquinas que, en el futuro, podrían romper algunos de los métodos de cifrado utilizados actualmente en internet. En respuesta a esta amenaza, investigadores y organismos internacionales han impulsado la criptografía poscuántica, una rama de la seguridad informática que busca crear algoritmos resistentes a los ataques de computadores cuánticos.

Entre las propuestas más prometedoras se encuentran los esquemas de criptografía basada en retículos (lattice-based cryptography), sistemas matemáticos que utilizan problemas considerados extremadamente difíciles de resolver incluso para computadores cuánticos avanzados.

Estos mecanismos ya han comenzado a convertirse en estándares para la protección de comunicaciones digitales, con algoritmos seleccionados por instituciones como el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de Estados Unidos (NIST), que en 2024 publicó sus primeros estándares oficiales de criptografía poscuántica.

¿Por qué la computación cuántica representa una amenaza para la ciberseguridad?

Durante décadas, gran parte de la seguridad digital mundial se ha basado en algoritmos criptográficos como RSA y la criptografía de curva elíptica (ECC). Estos sistemas protegen desde transacciones bancarias y comunicaciones privadas hasta certificados digitales utilizados en páginas web.

Su seguridad depende de problemas matemáticos que son prácticamente imposibles de resolver para los computadores tradicionales. Por ejemplo, RSA utiliza la dificultad de factorizar números extremadamente grandes, mientras que ECC depende de problemas relacionados con curvas matemáticas.

Sin embargo, los computadores cuánticos funcionan bajo principios diferentes a los computadores convencionales. Algoritmos cuánticos como el propuesto por Peter Shor podrían, en teoría, resolver ciertos problemas matemáticos mucho más rápido, comprometiendo sistemas criptográficos ampliamente utilizados.

Aunque los computadores cuánticos capaces de romper estos sistemas todavía no existen a gran escala, expertos en seguridad advierten sobre una estrategia conocida como “cosechar ahora, descifrar después” (harvest now, decrypt later): atacantes pueden recopilar información cifrada actualmente para intentar descifrarla cuando tengan acceso a tecnología cuántica suficientemente avanzada.

¿Qué es la criptografía basada en retículos?

La criptografía basada en retículos utiliza estructuras matemáticas llamadas retículos, que pueden entenderse como conjuntos de puntos organizados dentro de espacios de muchas dimensiones.

La seguridad de estos sistemas depende de problemas matemáticos como:

• Learning With Errors (LWE): consiste en resolver ecuaciones donde se introduce un pequeño margen de error que dificulta encontrar la solución original.
• Shortest Vector Problem (SVP): busca encontrar el vector más corto dentro de una estructura matemática multidimensional.
• Closest Vector Problem (CVP): intenta encontrar el punto más cercano dentro de un retículo complejo.

Aunque estos problemas pueden describirse fácilmente en dimensiones pequeñas, su dificultad aumenta enormemente cuando se trabaja con estructuras de cientos o miles de dimensiones.

La idea central es añadir “ruido” matemático controlado a la información. Un usuario autorizado puede eliminar ese ruido utilizando una clave privada, mientras que un atacante sin dicha clave enfrenta un problema computacional extremadamente complejo.

Los nuevos algoritmos que buscan proteger la era cuántica

Uno de los avances más importantes ocurrió cuando el NIST seleccionó y estandarizó varios algoritmos de criptografía poscuántica después de un proceso internacional de evaluación iniciado en 2016.

Entre los algoritmos basados en retículos destacan:

ML-KEM: protección para intercambio de claves

Anteriormente conocido como CRYSTALS-Kyber, fue renombrado como ML-KEM (Module-Lattice-Based Key-Encapsulation Mechanism) y quedó establecido como estándar FIPS 203.

Su objetivo principal es permitir que dos partes puedan establecer una clave secreta compartida a través de una red insegura, pero sin que un atacante pueda obtenerla.

El NIST aprobó tres niveles de seguridad:

• ML-KEM-512
• ML-KEM-768
• ML-KEM-1024

Estos niveles permiten adaptar el sistema según las necesidades de seguridad y rendimiento de cada aplicación.

ML-DSA: firmas digitales resistentes a ataques cuánticos

Otro esquema importante es ML-DSA (Module-Lattice-Based Digital Signature Algorithm), basado en el algoritmo conocido anteriormente como CRYSTALS-Dilithium.

Las firmas digitales permiten verificar:

• La identidad de quien envía un mensaje.
• Que la información no haya sido modificada.
• La autenticidad de documentos digitales.

El estándar fue publicado como FIPS 204 y está diseñado para mantener la seguridad incluso frente a atacantes con computadores cuánticos avanzados.

¿Dónde podrían aplicarse estos nuevos sistemas?

La criptografía basada en retículos podría implementarse en múltiples áreas donde actualmente se utilizan sistemas criptográficos tradicionales:

Bancos y sistemas financieros

Las entidades financieras manejan grandes cantidades de información sensible, como:

• Datos personales.
• Transferencias.
• Historiales económicos.
• Comunicaciones internas.

Una migración hacia algoritmos poscuánticos permitiría proteger estos datos frente a futuras capacidades de ataque.

Internet y comunicaciones seguras

Protocolos utilizados para navegar por internet, enviar correos electrónicos o conectarse remotamente podrían incorporar estos mecanismos para mantener la confidencialidad de la información.

Empresas tecnológicas ya trabajan en integraciones híbridas que combinan algoritmos clásicos con algoritmos poscuánticos para realizar una transición gradual.

Gobierno y defensa

Los gobiernos almacenan información que debe permanecer protegida durante décadas. Documentos diplomáticos, investigaciones científicas y datos estratégicos podrían convertirse en objetivos de ataques futuros.

Por esta razón, instituciones públicas han comenzado procesos de evaluación para reemplazar progresivamente sistemas vulnerables.

El desafío de migrar hacia una nueva criptografía

Aunque los algoritmos basados en retículos representan un avance importante, la transición mundial no será inmediata.

Cambiar los sistemas criptográficos utilizados durante décadas implica modificar:

• Infraestructura tecnológica.
• Protocolos de comunicación.
• Certificados digitales.
• Hardware especializado.
• Sistemas antiguos que todavía dependen de algoritmos tradicionales.

Además, los nuevos algoritmos suelen requerir claves más grandes y mayor capacidad de procesamiento que algunos métodos actuales, lo que representa un reto para dispositivos con recursos limitados como sensores IoT o equipos antiguos.

Por esta razón, expertos recomiendan adoptar una estrategia conocida como agilidad criptográfica, que permita actualizar algoritmos de seguridad sin reemplazar completamente toda la infraestructura digital.

La carrera mundial hacia una internet preparada para la era cuántica

La llegada de computadores cuánticos suficientemente poderosos todavía es incierta, pero la comunidad científica considera necesario prepararse con anticipación.

La criptografía basada en retículos se ha convertido en una de las principales apuestas porque combina tres características fundamentales:

• Resistencia conocida frente a ataques cuánticos.
• Posibilidad de implementación práctica.
• Compatibilidad con sistemas digitales modernos.

La seguridad informática del futuro dependerá de la capacidad de organizaciones, gobiernos y empresas para adaptar sus sistemas antes de que los avances en computación cuántica conviertan las actuales técnicas de cifrado en tecnologías obsoletas.