Vol. 5 – Núm. 1 / Enero – Junio – 2024
Incidencia de la computación cuántica en los algoritmos
criptográficos
Impact of quantum computation on cryptographic algorithms.
Impacto da computação quântica nos algoritmos criptográficos
Bernardi-Espín, Oscar Eduardo
Universidad Técnica de Manabí
obernardi6425@utm.edu.ec
https://orcid.org/0009-0004-6571-3965
Quimiz-Moreira, Mauricio Alexander
Universidad Técnica de Manabí
mauricio.quimiz@utm.edu.ec
https://orcid.org/0000-0002-5430-0215
DOI / URL: https://doi.org/10.55813/gaea/ccri/v5/n1/401
Como citar:
Bernardi-Espín, E. O., & Quimiz-Moreira, A. M. (2024). Incidencia de la computación
cuántica en los algoritmos criptográficos. Código Científico Revista De Investigación, 5(1),
627–650.
Recibido: 18/05/2024 Aceptado: 09/06/2024 Publicado: 30/06/2024
Código Científico Revista de Investigación Vol. 5 – Núm. 1 / Enero – Junio – 2024
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Resumen
La computación cuántica representa una innovadora frontera tecnológica con el potencial de
revolucionar diversas áreas incluyendo la criptografía, que es esencial para garantizar la
seguridad y privacidad de la información en el entorno digital actual. Este artículo presenta una
revisión sistemática de la literatura (SLR) a través de la metodología Kitchenham acerca de la
incidencia de la computación cuántica en los algoritmos criptográficos con el objetivo de
recopilar información relevante de estudios relacionados la cual serán analizadas y comparadas
para tener un mejor entendimiento general sobre el funcionamiento de los algoritmos
criptográficos. Se realizaron filtros de búsqueda para la recopilación de información, se
consideró en base al análisis de artículos científicos, trabajos de titulación de máster o
doctorado, estudios e investigaciones realizados acerca de este tema. Los resultados de esta
recopilación de estudios generaron preguntas significativas las cuales son respondidas
mediante la resolución y categorización de estudios relevantes. Se concluye que, aunque la
computación cuántica está en sus inicios de desarrollo puede tener un fuerte impacto que
conlleva su progreso tecnológico, se deben tomar ciertas medidas de precaución y estándares
al desarrollar algoritmos criptográficos para no vulnerar la seguridad de la información.
Palabras clave: Computación cuántica, Algoritmos criptográficos, Criptología cuántica,
Qubits
Abstract
Quantum computing represents an innovative technological frontier with the potential to
revolutionize several areas including cryptography, which is essential to ensure information
security and privacy in today's digital environment. This paper presents a systematic literature
review (SLR) through the Kitchenham methodology about the incidence of quantum
computing in cryptographic algorithms with the objective of collecting relevant information
from related studies which will be analyzed and compared to have a better general
understanding about the performance of cryptographic algorithms. Search filters were used to
collect information, based on the analysis of scientific articles, master's or doctoral theses,
studies and research on this topic. The results of this collection of studies generated significant
questions which are answered through the resolution and categorization of relevant studies. It
is concluded that, although quantum computing is in its early stages of development and can
have a strong impact on technological progress, certain precautionary measures and standards
must be taken when developing cryptographic algorithms in order not to violate the security of
information.
Keywords: Quantum Computing, Cryptographic Algorithms, Quantum Cryptology, Qubits
Resumo
A computação quântica representa uma fronteira tecnológica inovadora com potencial para
revolucionar várias áreas, incluindo a criptografia, que é essencial para garantir a segurança e
a privacidade da informação no ambiente digital atual. Este artigo apresenta uma revisão
sistemática da literatura (RSL), através da metodologia de Kitchenham, sobre o impacto da
computação quântica nos algoritmos criptográficos, com o objetivo de recolher informação
relevante de estudos relacionados, que será analisada e comparada para uma melhor
compreensão global do funcionamento dos algoritmos criptográficos. Foram utilizados filtros
de pesquisa para recolher informação, com base na análise de artigos científicos, teses de
mestrado e doutoramento, estudos e investigações sobre este tema. Os resultados desta recolha
de estudos geraram questões significativas que são respondidas através da resolução e
categorização dos estudos relevantes. Conclui-se que, apesar de a computação quântica estar
numa fase inicial de desenvolvimento e poder ter um forte impacto no progresso tecnológico,
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devem ser tomadas certas medidas de precaução e normas no desenvolvimento de algoritmos
criptográficos para não violar a segurança da informação.
Palavras-chave: Computação quântica, Algoritmos criptográficos, Criptologia quântica,
Qubits
Introducción
En las últimas décadas, la computación cuántica (CC) ha surgido como un campo de
investigación revolucionario, que promete desafiar los límites tradicionales de la informática.
Se encuentra basada en los principios fundamentales de la mecánica cuántica como la
superposición y el entrelazamiento, que permiten a las computadoras cuánticas realizar
operaciones a una velocidad sin precedentes(Rietsche et al. 2022). Por este motivo esta nueva
disciplina ha llamado el interés de los científicos abriendo la puerta a una era de posibilidades
y aplicaciones hasta ahora inimaginables.(Alberts et al. 2021).
Dentro de este orden, tiene el potencial de cambiar radicalmente la seguridad de la
información. Su habilidad para procesar datos en paralelo a través del concepto de
superposición cuántica supera los límites establecidos por la computación tradicional.
Adicional, presenta la capacidad de explorar múltiples soluciones en diferentes campos
profesionales debido a la superposición y entrelazamiento proporcionando ventajas
computacionales sobre la computación clásica (Syrkin 2022) . Al mismo tiempo amenaza con
socavar los fundamentos de la criptografía asimétrica y simétrica (González 2020).
Mediante la criptografía se utiliza de diferentes formas para proteger la
confidencialidad e integridad de la información. Por este motivo los algoritmos criptográficos
son procedimientos definidos o secuencias de reglas, que utilizan operaciones matemáticas
para describir los procesos criptográficos como el cifrado, descifrado, generación de claves,
autentificación, firmas entre otros (Kumar 2022a).
En la actualidad existen grandes inversores privados que están financiando tecnologías
cuánticas como Reino Unido, China y Estados Unidos. Todos compitiendo con la motivación
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de ser el número uno en la soberanía digital, la seguridad nacional y la competitividad en la
industria, aunque las tecnologías cuánticas se encuentran aún en desarrollos tempranos
(Bayerstadler et al. 2021).De igual manera, el surgimiento de herramientas y entornos de
desarrollo contribuir a facilitar la programación de computadoras cuánticas con exploraciones
a la criptografía, que permitirá definir ambientes de desarrollo seguro y la prevención de
ataques cuánticos a través de los algoritmos criptográficos clásicos (Neha & Amarita, 2023).
Mediante el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología de Estados Unidos publicó en
septiembre del 2020 una nueva estrategia para el desarrollo de la Ciencia de la Información
Cuántica. Anunció una inversión de cerca de 250 millones de dólares para llevar a cabo más
de una centena de proyectos vinculados a este campo de la ciencia. Mientras tanto en China, el
gobierno de Pekín construyó un nuevo Laboratorio Nacional de Ciencias de Información
Cuántica en Hefei, en la provincia de Anhui, con un costo de unos 65.500 millones de yuanes
para proyectos de investigación (García, 2022).
De este modo el Centro nacional de Supercomputación en Barcelona España fue elegido
en octubre del 2022 para albergar uno de los seis ordenadore de la nueva red de computación
cuántica de la Unión Europea, con nodos en otros cinco países: Alemania, Republica Checa,
Francia, Italia y Polonia, para el desarrollo de la comunidad científica en la industria y sector
público con el objetivo de ampliar la experimentación con estas tecnologías a través de
simulaciones de sistemas cuánticos con resultados previstos para finales del 2023 (BBVA
2023).
La investigación acerca de la computación cuántica es sumamente importante y
llamativa para los investigadores, ya que abraca aspectos científicos, tecnológicos y
económicos. De este modo el objetivo de esta investigación es recopilar estudios relevantes
acerca de algoritmos criptográficos en la computación. En la siguiente sección se describe
como se realizó el estudio y el proceso de selección de artículos en base a la metodología
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planteada Kitchenham. Luego se presentan los resultados obtenidos en base a criterios
establecidos de inclusión e exclusión y se plantean preguntas de investigación por los autores
para establecer un enfoque más amplio al tema base, resaltando aspectos importantes como el
estado actual, simuladores, algoritmos, vulnerabilidades y por ultimo conclusiones
Metodología
En el presente trabajo de investigación se ha realizado una revisión sistemática de la
literatura (SLR) a través de la metodología aplicada en (Kitchenham 2004), que se utiliza para
mejorar la calidad y transparencia de los informes de revisiones sistemáticas contemplando
bases de datos actualizadas en términos de búsqueda específicas para identificar estudios
relevantes.
Una búsqueda exhaustiva minimiza el riesgo de sesgo de selección y asegura que la
revisión sea completa. Para la recopilación de información se abarcarán temáticas tales como
definiciones, implementaciones, estudios previos, aplicaciones y simulaciones que mediante
los filtros de cadena de búsqueda y los criterios de inclusión y exclusión permitirán la obtención
de resultados de calidad. A continuación, se muestran las fases de la metodología Kitchenham:
• Fase de planeación
• Fase de implementación
• Fase de Resultados
2.1 Fase de planeación
Se identifica el problema y las preguntas de investigación que serán respondidas de
acuerdo con la revisión sistemática y se desarrolla un protocolo de criterios de inclusión y
exclusión para evaluar la calidad de los estudios.
Las preguntas de investigación son incorporadas mediante la metodología planteada por
los autores, su objetivo es dar un enfoque más específico buscando brechas encontradas en la
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recopilación de estudios y buscar respuestas a estas preguntas, el planteamiento son las
siguientes:
• P1 ¿Cuáles son los algoritmos criptográficos usados actualmente?
• P2 ¿Cuáles son las limitaciones de los algoritmos criptográficos frente a la computación
cuántica?
• P3 ¿Qué factores inciden en la implementación de la computación cuántica en los
algoritmos criptográficos?
• P4 ¿Qué alcances existen actualmente con respecto a la computación cuántica?
2.1.2 Bases de datos consultadas
Para la selección de artículos científicos, publicaciones e investigaciones se tomó en
cuenta los últimos 6 años. Dentro de las bases de datos consultadas se encuentran Science
Direct, IEEE explore, Springer, IOP Science, Open Journal System, BASE, DOAJ, ARXIV,
EBSCO, SCOPUS, Cell Press, ROAD.
2.1.2 Términos booleanos utilizados
La selección de artículos fue encontrada mediante la búsqueda de palabras claves a
través de operadores booleanos (AND OR, NOT), los cuales fueron planteados de la siguiente
manera:
• "Computación cuántica" AND "Qubits" OR "Superposicion cuántica"
• "Algoritmos criptográficos" AND "Cifrados" OR "AES")
• "Cryptographic algorithms" AND "Qubits"
• "Cryptographic algorithms" AND "Quantum computing"
• "Cirptographic algorithms" AND "Implementations" OR "Adaptations"
2.1.3 Criterio de inclusión
La selección de estudios relevantes bajo este criterio se considera los siguientes:
• Artículos de implementación enfocados en la computación cuántica.
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• Artículos de criptografía simétrica y asimétrica.
• Investigaciones relacionadas a operaciones de Qubit
• Investigaciones que aplican arquitectura y métodos de computación cuántica.
2.1.4 Criterio de exclusión
Se excluyeron una serie de artículos que no cumplían con los siguientes criterios
establecidos:
1) Artículos que tengan más de 5 años de publicación
2) Artículos de idiomas distintos a inglés o español.
2.2 Fase de implementación
Se realiza una exhaustiva búsqueda sistemática en base al tema a investigar aplicando
los criterios de inclusión y exclusión para seleccionar los estudios pertinentes con el objetivo
de dar respuestas a las preguntas de investigación y que aporten la veracidad de la información.
A través de estos filtros de búsqueda se identifican estudios primarios y se descartan duplicidad
de información. En la Figura 1 se muestra el proceso de selección de estudios.
Figura 1:
Proceso de la revisión sistemática de la literatura
Nota: Autores (2024)
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Resultados
A través de la recopilación de estudios se obtuvieron un total de 130 publicaciones
potenciales por medio de la metodología kithchenham. Como resultado de los procedimientos
de la metodología en conjunto con los criterios establecidos se seleccionaron 48 artículos
indexados en las bases de datos Science Direct, IEEE explore, Springer, IOP Science, Open
Journal System, BASE, DOAJ, ARXIV, EBSCO, SCOPUS, Cell Press, ROAD.
Posteriormente estos estudios fueron categorizados por año de publicaicon, países y bases de
datos indexadas. Mediante estos resultafos se rrespoonden las preguntan de investigación para
formar discusión y finalmente conclusiones relacionadas con la computación cuántica y
algoritmos criptográficos.
3.1 Frecuencia de Publicación
Acerca de la producción anual de los artículos seleccionados para la revisión sistemática
en la Figura 2 se muestra que el año 2023 fue la mayor predominancia en cuanto a
publicaciones científicas con 30% (15). Por otra parte, se evidencia un aumento exponencial
desde el año 2021 hasta el 2023, con un total del 76% (37) artículos publicados en este periodo.
Figura 2:
Frecuencia de publicación por años
Nota: Autores (2024)
5
6
13
9
15
0
2
4
6
8
10
12
14
16
2019 2020 2021 2022 2023
Años
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La revisión sistemática de los artículos seleccionados se destaca temas relacionados a
través de las preguntas de investigación para mejorar la comprensión de términos y usos de
estos algoritmos. Mediante la computación cuántica indica que esta basada en dos propiedades
de interacción cuántica como la superposición y en entrelazado la cual permite estar en dos
estados al mismo tiempo gracias a los Qubits (Díaz et al., 2021). Sobre los algoritmos
criptográficos se encuentran los simétricos (Bühler et al., 2022), (Rudnytskyi et al. 2022),
(Kumar 2022) y asimétricos (Valluri et al., 2024).
3.2 Indexación de los artículos seleccionados
Para la revisión sistemática se consideraron publicaciones en revistas indexadas en los
principales motores de búsqueda, en la Figura 3 se muestra que 36% (17 artículos)
pertenecen a la base de datos IEEE xplore, un 30% (14 artículos) pertenece a Science
Direct, un 8% (4 artículos) pertenece a BASE, un 4% (2 artículos) pertenecen a DOAJ, ROAD,
Springer, IOP Science y un 2% (1 articulo) perteneciente a Cell Press, Scopus, EBsco, Arxiv,
OJS. Estos artículos científicos corresponden a las diferentes líneas temáticas trazadas por las
preguntas de investigación con 58% (28) correspondiente a la
P1, 15% (7) correspondiente a P2, con 10% (5) correspondiente a P3 y 17% (8) correspondiente
a P4.
Figura 3:
Indexación de artículos seleccionados
Nota: Autores (2024)
14
2
4
17
2
2
1
1
1
1
1
1
Sceicne Direct DOAJ BASE IEEE Xplore
ROAD Springer Cell Press Scopus
EBSCO IOP Science Arxiv OJS
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3.3 Estudios por país de procedencia
Esta sección se observan los países con mayor producción científica de los artículos
seleccionados como se muestra en la Figura 4. Ocupando el primer India con 19% (8
artículos), el segundo lugar China con 17% (7 artículos), en tercer lugar, Corea del sur 8% (4
artículos), en cuarta posición España, Arabia Saudita, Egipto con 6% (3 artículos), en quitan
posición se encuentra Estados Unidos, Indonesia, Malasia con 4% (2 artículos) y finalmente en
última posición se encuentra Iraq, Israel, Pakistán, Taiwán, Austria, Emiratos Árabes, Italia,
Alemania, Reino Unido, Brasil, Bélgica y Países Bajos con 2% (1 articulo).
Figura 4:
Artículos seleccionados por países
Nota: Autores (2024)
El desarrollo de las preguntas de investigación son las siguientes:
P1 ¿Cuáles son los algoritmos criptográficos usados actualmente?
Los algoritmos criptográficos son conjuntos de procedimientos y reglas matemáticas
utilizados para cifrar y descifrar información y entre sus funciones de seguridad están la
autentificación de usuario, integridad de datos, transmisión y recepción de información (Son et
al., 2023).Su objetivo es garantizar la seguridad y privacidad de las comunicaciones. En la
tabla 1 se muestra los tipos de algoritmos:
4
3
7
2
2
3
3
1
8
1
1
1
2
1
1
2
1
1
1
1
1
1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Corea del sur
China
Estados Unidos
Egipto
India
Pakistan
Indonesia
Emiratos Arabes
Italia
Reino Unido
Belgica
Países
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Tabla 1:
Algoritmos criptográficos
Tipo
Definición
Simétricos
Conocidos como algoritmos de clave secreta o cifrado
simétrico, son un tipo de algoritmo criptográfico en el que
la misma clave se utiliza tanto para cifrar como para
descifrar la información. Esto significa que las partes del
remitente y destinatario en su comunicación deben
compartir previamente la clave secreta.
Asimétricos
Denominada como criptografía de clave publica, utiliza un
par de claves matemáticamente relacionadas una clave
pública que es el destinario para cifrar el mensaje y una
clave privada para descifrarlo.
Nota: Autores (2024)
En la Tabla 2 muestra los diferentes algoritmos criptográficos simétricos, entre los más
importantes se encuentra el AES y Twofish por su seguridad sólida y rendimiento eficiente
(Sánchez et al. 2023). Aunque existen otros como el DES, SHA-1 y RC5 estos no han sido
tomados en cuenta debido a sus vulnerabilidades y sus limitantes en la
seguridad(Microsoft Learn, 2023.). Debido a que los algoritmos se encuentran en constante
evolución y ya no se consideran muy seguros.
Tabla 2:
Algoritmos criptográficos simétricos
Criptografía
simétrica
Características
Estructura y longitud de
clave
Referencias
AES (Advanced
Encryption
Standard)
Es un algoritmo
utilizado para
proteger la
información
sensible y
confidencial.
Opera mediante red
repetitivas de sustitución y
permutación de datos. Su
tamaño de clave es de 128,
192 y 256 bits
(Huo and Wang
2023),(Langenberg,
Pham, and
Steinwandt 2021),
(Altigani et al. 2021).
3DES (Triple
DES)
Una mejora del
algoritmo (DES).
Los datos se cifran con la
primera clave, se descifran
con la segunda clave y
luego se cifran nuevamente
con la tercera clave, su
tamaño puede ser de 56,
112 o 168 bits.
(Abu-Faraj et al.
2022), (Murad and
Rahouma 2021).
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IDEA
(International
Data Encryption
Algorithm)
Algoritmo de
cifrado de bloque
simétrico
diseñado para
proporcionar
seguridad en la
cifra de datos.
Utiliza una serie de rondas
para cifrar o descifrar
datos. En cada ronda, se
realizan operaciones como
sustituciones,
permutaciones y
combinaciones de datos
con la clave, su tamaño es
de 128 bits
(Hamad and Farhan
2020), (Kanimozhi
and Vimala 2021)
,(Malik, Gupta, and
Dhall 2020).
Blowfish
Es conocido por
su simplicidad y
velocidad de
cifrado, y ha sido
utilizado en
varias
aplicaciones a lo
largo de los años.
Utiliza una estructura de
cifrado que divide el
bloque de entrada en dos
mitades y realiza una serie
de rondas de operaciones
sobre estas mitades., su
tamaño es 32 bits hasta
448 bits.
(Alotaibi 2021),
(Thabit, Alhomdy,
and Jagtap 2021).
Twofish
Se conoce por su
robustez y ha sido
utilizado por
aplicaciones de
seguridad
Utiliza una estructura de
cifrado que divide el
bloque de entrada en dos
mitades y realiza una serie
de rondas de operaciones
sobre estas mitades.
Admite longitudes de clave
de 128, 192 y 256 bits
(Nahmias-Biran,
Dadashev, and Levi
2022), (Haq et al.
2021).
RC6 (Rivest
Cipher 6)
Es un algoritmo
de cifrado de
bloque simétrico
y es una
extensión de RC5
Estructura que divide el
bloque de entrada en dos
mitades y realiza una serie
de rondas de operaciones
sobre estas mitades. Las
operaciones incluyen
sumas y rotaciones, su
longitud generalmente
entre 0 y 2040 bits.
(Sanap and More
2022),(Ganavi,
Prabhudeva, and
Nayak 2022).
Nota: Autores (2024)
En la tabla 3 muestra los algoritmos criptográficos de criptología asimétrica, donde
los más relevantes se encuentra el RSA por su simplicidad y eficacia en el rendimiento(Chang
et al. 2022) y el algoritmo ECC ofrece niveles de seguridad similares al RSA, pero con longitud
de claves más cortas emitiendo una eficiencia en almacenamiento y procesamiento.
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Tabla 3:
Algoritmos criptográficos asimétricos
Criptografía
asimétrica
Características
Estructura y longitud de
clave
Referencias
RSA (Rivest-
Shamir-
Adleman)
Algoritmo de
criptografía de clave
pública ampliamente
utilizado para la
seguridad en la
comunicación y la
autenticación
Utiliza un par de claves: una
clave pública para cifrar y
una clave privada para
descifrar (o viceversa).
Longitudes de clave
comunes incluyen 1024,
2048 y 3072 bits.
(Abdelwahab et
al. 2021)
,(Farhan and
Leman 2023).
DSA (Digital
Signature
Algorithm)
Algoritmo de firma
digital de clave
pública,
específicamente
diseñado para la
generación y
verificación de firmas
digitales.
Se basa en el problema del
logaritmo discreto, que
implica la dificultad de
calcular logaritmos discretos
en un campo finito. Los
tamaños típicos de clave
incluyen 1024, 2048 y 3072
bits.
(Nazal,
Pulungan, and
Riasetiawan
2019) ,(Huang
et al. 2023).
ECC (Elliptic
Curve
Cryptography
Utiliza propiedades
matemáticas de curvas
elípticas sobre campos
finitos para
proporcionar
seguridad en la
comunicación y
autenticación
Se cree que es resistente a
ataques cuánticos en
comparación con algunos
algoritmos de clave pública
tradicionales. La seguridad
se basa en la dificultad del
problema del logaritmo
discreto en el contexto de
curvas elípticas. Estas curvas
son definidas por ecuaciones
matemáticas específicas y
tienen propiedades únicas
que las hacen adecuadas
para la criptografía. Una
clave ECC de 256 bits puede
proporcionar una seguridad
comparable a una clave RSA
de 3072 bits.
(Shelke et al.
2023), (Kadry et
al. 2023).
(Javeed, El-
Moursy, and
Gregg 2023)
NTRU (Nth
Degree
Truncated
Polynomial
Ring Unit
Lattice)
Ha sido diseñado para
ser resistente a
ataques cuánticos,
específicamente a los
algoritmos basados en
la factorización de
números enteros y en
el logaritmo discreto.
Estas son las
amenazas que podrían
desafiar la seguridad
Utiliza retículos
polinomiales truncados para
su operación. La seguridad
del sistema se basa en la
dificultad de resolver ciertos
problemas matemáticos en el
contexto de retículos. El
tamaño de las claves puede
ser relativamente pequeño
en comparación con algunos
(Alexander et al.
2020),(Ahmad
et al. 2021).
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de algoritmos más
tradicionales como
RSA y ECC en un
entorno cuántico.
otros algoritmos de clave
pública.
Nota: Autores (2024)
P2 ¿Cuáles son las limitaciones de los algoritmos criptográficos frente a la computación
cuántica?
Los algoritmos criptográficos se basan en problemas matemáticos que son difíciles de
resolver para las computadoras clásicas. Sin embargo, las computadoras cuánticas tienen la
capacidad de resolver algunos de estos problemas mucho más rápidamente que las
computadoras convencionales. Esto pone en riesgo la criptografía tradicional y hace que se
desarrollen nuevos métodos criptográficos resistentes a los ataques cuánticos(Silva and Nuñez
2023). A diferencia de la computación cuántica, los algoritmos criptográficos tienen algunas
limitaciones las cuales se basan por sus vulnerabilidades como se muestra en la Tabla 4.
Tabla 4:
Algoritmos vulnerables de la computación cuántica
Algoritmos
Criptografía
Descripción
Factorización de
Números
Enteros:
RSA
Se basa en la dificultad de factorizar grandes números
enteros en sus factores primos. Un algoritmo cuántico
eficiente llamado algoritmo de Shor puede factorizar
grandes números en tiempo polinómico, lo que hace
que RSA sea vulnerable a las computadoras cuánticas
(Imam et al. 2021).
Problema del
Logaritmo
Discreto:
Diffie-
Hellman,
DSA,
ElGamal:
Estos algoritmos se basan en la dificultad de calcular
logaritmos discretos en ciertos grupos matemáticos.
Los algoritmos cuánticos, como el algoritmo de Shor,
pueden resolver este problema de manera eficiente, lo
que afecta la seguridad de estos algoritmos
criptográficos. (Chan et al. 2022).
Algoritmos de
Firma Digital:
ECDSA
(Elliptic
Curve Digital
Se basa en problemas de logaritmos discretos en
curvas elípticas y es vulnerable a los algoritmos
cuánticos, como el algoritmo de Shor. (Xiao et al.
2022).
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Signature
Algorithm)
Algoritmos de
intercambio de
clave
Diffie-
Hellman
ECDH:
Ambos algoritmos se basan en problemas de
logaritmos discretos y son vulnerables a los ataques
cuánticos (Sangwan et al. 2021).
Funciones Hash
Criptográficas
SHA-2
Aunque las funciones hash como SHA-2 no son
directamente vulnerables a los algoritmos cuánticos, la
seguridad de las firmas digitales y otros protocolos que
utilizan funciones hash puede verse comprometida si
se utilizan algoritmos cuánticos para romper las claves
públicas asociadas (Martino and Cilardo 2020).
Criptografía de
Llave Pública en
General
RSA y ECC
Son vulnerables a los algoritmos cuánticos debido a su
dependencia de problemas matemáticos difíciles de
resolver para las computadoras clásicas (Vahdati et al.
2019).
Nota: Autores (2024)
P3 ¿Qué factores inciden en la implementación de la computación cuántica en los
algoritmos criptográficos?
La ejecución de un algoritmo cuántico requiere de tareas y procesamientos matemáticos
complejos(Weder et al. 2020).Las instituciones encargadas de la seguridad fomentan la
migración de sistemas informáticos a la computación cuántica, sin embargo, por ser una
tecnología relativamente nueva deben superar unas series de retos a gran escala, como se
muestra en la Tabla 5.
Tabla 5:
Retos de adaptación de gran escala en la computación cuántica
Adaptación
Definición
Referencia
Retos técnicos
Pueden ser difíciles de comprender y aplicar las
complejas arquitecturas que conlleva la computación
cuántica. Los equipos utilizados para la criptografía
cuántica, como los detectores de fotón único y los
sistemas de distribución cuántica de claves (QKD),
también pueden ser difíciles de producir y mantener
(Holter et
al., 2023).
Interoperabilidad
Uno de los principales retos de la criptografía cuántica
segura es garantizar su compatibilidad con los sistemas
e infraestructuras criptográficas existentes. Esto
requiere una ardua y cuidadosa planificación y
coordinación, así como el desarrollo de nuevos
algoritmos y protocolos criptográficos. Algunos de estos
(Chawla
and Mehra
2022).
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enfoques más prometedores de la criptografía cuántica
segura son la criptografía basada en celosías, la
criptografía multivariante y la criptografía basada en
hash
Escalabilidad:
Los sistemas de criptografía cuántica pueden ser caros y
complejos, y pueden no ser adecuados para despliegues
a gran escala debido a sus imitaciones, infraestructuras
y recursos costosos.
(Yalamuri,
Honnavalli,
and
Eswaran
2022).
Seguridad
La criptografía cuántica se basa en los principios de la
mecánica cuántica, pero sigue siendo vulnerable a
ciertos tipos de ataques, como las escuchas y los ataques
de intermediario. Además, es posible que en el futuro los
ordenadores cuánticos puedan descifrar el cifrado
utilizado en la criptografía cuántica.
(Fernandez
& Fraga,
2020).
Nota: Autores (2024)
P4 ¿Qué alcances existen actualmente con respecto a la computación cuántica?
La criptografía cuántica es un campo de investigación activo, y se están explorando y
desarrollando continuamente nuevos algoritmos y esquemas para garantizar la seguridad de las
comunicaciones y la protección de la información en la era de la computación cuántica (Bastos
et al., 2021). Es importante destacar que estos algoritmos están en constante evolución, y su
seguridad está sujeta a evaluaciones y pruebas rigurosas (Caballero 2023).Para garantizar su
robustez y resistencia frente a posibles ataques cuánticos. A continuación, en la Tabla 6 se
muestra las definiciones de los algoritmos más utilizados actualmente:
Tabla 6:
Algoritmos resistentes
Definición
Algoritmos
Referencia
Algoritmos
basados en
retículos
NTRU (N-th Degree Truncated Polynomial Ring
Unit Lattice) por sus siglas en inglés, es un
algoritmo criptográfico de clave pública basado en
retículos. Se basa en la dificultad del problema de
la reducción en retículos para resolver ecuaciones
polinómicas. NTRU es considerado uno de los
candidatos más fuertes para reemplazar al
algoritmo RSA en un entorno poscuántico.
(Cheng, Li, and
Duan 2019).
(D’anvers et al.,
2023).
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Criptografía
basada en
códigos de
corrección de
errores
McEliece es un algoritmo criptográfico de clave
pública basado en códigos de corrección de errores.
Se basa en la dificultad del problema de
decodificación de códigos lineales. Aunque
McEliece tiene un alto grado de seguridad
poscuántica, también tiene un tamaño de clave
relativamente grande
(Lee et al. 2019),
(Mariot et al.,
2023).
Esquemas de
cifrado basados
en isogenias de
curvas elípticas
(Supersingular Isogeny Diffie-Hellman) por sus
siglas en inglés, es un esquema de intercambio de
claves de clave pública basado en isogenias de
curvas elípticas. Se basa en el problema de
isogenias computacionales y proporciona
seguridad poscuántica para el intercambio de
claves
(Liu et al. 2019),
(Chung 2021)
Nota: Autores (2024)
Discusión
En base a la revisión los distintos artículos se indica que la computación cuántica y la
criptografía tradicional abarca varios aspectos fundamentales que impactan en la seguridad de
la información(Okhrimenko et al.,2023). Uno de los puntos centrales es la necesidad de
entender cómo la computación cuántica afectará la seguridad de los sistemas criptográficos
actuales. La CC tiene una amenaza potencial para la criptología simétrica actual, permitiendo
la resolución de problemas de manera eficiente como la factorización de números enteros
grandes en tiempos reducidos(Navarrete 2021).Como es el caso del algoritmo Shor.
Estos problemas radican en la vulnerabilidad de la seguridad en los sistemas
criptográficos que utilizan claves públicas, como es el caso de conectarse a un banco, realizar
pagos, llamadas e incluso enviar mensajes a través de aplicaciones de mensajería o la
utilización de firmas digitales. Por este motivo se deben diseñar sistemas de claves públicas
que sean resistentes a estos ataques cuánticos (Escribano 2022)
Existen varios tipos de problemas técnicos en el camino de la implementación de
sistemas de computación cuántica. La decoherencia es uno de estos problemas, cuando los
Qubits cambian su estado al interactuar con el medio ambiente esto hace que se estropee la
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información en el camino hacia su destino(Xiong et al. 2022). Esto es causado por una variedad
de factores que incluye la radiación de objetos, campos magnéticos y eléctricos. Es por este
motivo que es un desafío la implementación práctica de las TIC para un futuro (Suau et al.,
2020).
Otro problema se encuentra en las infraestructuras de tecnologías de nueva generación
(Wang et al. 2023). Desde el punto de vista cuántico la comunicación es una tecnología nueva
donde sus recursos no disponen de una infraestructura para su implementación y los científicos
no están invirtiendo en nuevos dispositivos que puedan superar en la deficiencia de estos
recursos (Hasan et al., 2023).
En la última década se ha visto un avance en el campo de la criptografía cuántica,
aunque ha sido de manera experimental. Pero es importante destacar que hay investigaciones
relacionadas al desarrollo de cifrados capaces de sobrevivir a algoritmos cuánticos de
desencriptación denominado como criptología poscuantica (Guérin et al., 2021). Sin embargo,
debido a la potencia de cálculo, estos dispositivos pueden bastar muchos procesos en pocos
segundos para resolver problemas que a diferencia de un ordenador clásico podría tomar un
mayor lapso en el procesamiento. Adicional los sistemas de refrigeración son muy costosos los
cuales requieren de mayor espacio físico, por lo tanto, disponer de ordenadores cuánticos es
algo que se visualiza a largo plazo y se deben de encontrar materiales estables para la
implementación física de Qubits (Ilisie, 2022).
Conclusión
En esta revisión bibliográfica se examinaron 48 artículos científicos los cuales de
acuerdo con los resultados se destaca el interés científico de los investigadores en los últimos
años en crear nuevas formas de transformar la seguridad de la información. Los estudios han
Código Científico Revista de Investigación Vol. 5 – Núm. 1 / Enero – Junio – 2024
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abordado diversas formas de evaluaciones de algoritmos criptográficos tradicionales para el
estudio y desarrollo de algoritmos resistentes a ataques cuánticos
La criptografía poscuántica ha surgido como un campo de investigación y desarrollo
clave para abordar esta amenaza potencial. Se han propuesto nuevos algoritmos criptográficos
que se basan en problemas matemáticos difíciles de resolver en una computadora cuántica, lo
que garantiza la seguridad en un entorno poscuántico. Estos algoritmos, como los basados en
retículos y las isogenias de curvas elípticas, ofrecen nuevas alternativas frente a los ataques de
las computadoras cuánticas.
En última instancia, si bien la computación cuántica presenta desafíos significativos,
también ofrece oportunidades para la innovación y el desarrollo de nuevas formas de proteger
la información y garantizar la privacidad en un entorno tecnológico en constante cambio. La
investigación y el avance continuo en la criptografía poscuántica son esenciales para garantizar
un futuro seguro en la era de la computación cuántica.
Sobre trabajos futuro es esencial abordar los desafíos emergentes y desarrollar
soluciones efectivas en un entorno poscuántico. A medida que la tecnología avanza y los
algoritmos cuánticos se vuelven más poderosos, es importante seguir investigando y trabajando
en diversas áreas relacionadas, como el desarrollo de nuevos algoritmos criptográficos que
resistan la computación cuántica, establecer estándares y certificaciones para garantizar su
interoperabilidad y seguridad.
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