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El camino hacia la blockchain cuántica

Marcos Allende López blockchain cuántica

Marcos Allende López es físico, consultor de blockchain y tecnologías cuánticas. Lidera la investigación de tecnologías emergentes en el IT Tech Lab del Departamento de Tecnologías de la Información del BID (Banco Interamericano de Desarrollo) Coordina el equipo tecnológico de LACChain, para el desarrollo del ecosistema blockchain en América Latina y el Caribe. 

Empieza la era cuántica, gracias a una nueva generación de tecnologías que tendrá un impacto disruptivo en multitud de sectores. Algunos gobiernos invierten billones de dólares en la investigación y desarrollo de las tecnologías cuánticas, una revolución que también afectará a la tecnología blockchain. De las tecnologías cuánticas emergentes a tener en cuenta, destacan dos para el futuro de la tecnología de bloques. Son la computación cuántica y la criptografía cuántica, y afectarán a cuatro áreas de blockchain: la autenticación, el minado de bloques, la reversibilidad de las funciones hash y el uso de Internet.

Autenticación en blockchain

La tecnología blockchain utiliza criptografía asimétrica para generar las parejas clave pública – clave privada de los participantes. Esta criptografía permite que nadie pueda descifrar la clave privada a partir de la clave pública, y mantiene protegidos los wallets que almacenan los tokens, los datos o los certificados, entre otras cosas. P. Shor ideó un algoritmo cuántico (lleva su nombre) para romper esta criptografía de manera eficiente en 1994, porque encuentra la clave privada a partir de la pública.

Dos estudios realizados por profesores de la Universidad de Waterloo y el centro de investigación de Microsoft en Estados Unidos, estiman que con 1.500 y 2.330 qubits (bits cuánticos), respectivamente, se podría romper la criptografía de los wallets, y encontrar las claves privadas a partir de las públicas. En 2027 habrá computadores cuánticos con potencia suficiente para romper esta criptografía en menos de 10 minutos, según otro estudio realizado por investigadores de Singapur, Australia y Francia.

Contra esta amenaza hay dos alternativas. El post-quantum cryptography (PQC) tiene algoritmos más sofisticados para generación de claves asimétricas, cuya seguridad ante la computación cuántica es temporal. El National Institute of Standards and Technology está en el proceso de evaluación de una convocatoria pública de propuestas en Estados Unidos, y la iniciativa europea PQCrypto ha identificado los algoritmos basados en hashes SPHINCS y XMSS como los mejores candidatos.

La segunda alternativa sería la criptografía simétrica cuántica. La tecnología cuántica permite generar claves simétricas aleatorias con generadores cuánticos de números aleatorios, y compartirlas de manera que cambien si alguien intenta observarlas (QKD por su nombre en inglés) Habría que violar las leyes de la naturaleza para poder interceptarlas sin ser detectado.

La información o datos encriptados con criptografía asimétrica tradicional que pueda ser interceptada y almacenada hoy, podría ser desencriptada cuando los computadores cuánticos estén listos. Esto se conoce como “hack today, crack tomorrow” y urge a empezar a buscar soluciones.

Reversibilidad de funciones hash

Una buena noticia para blockchain es que no se prevé el desarrollo de algoritmos cuánticos para invertir las funciones hash de manera eficiente, aunque no existe prueba matemática de que no sea posible. La actual tecnología blockchain quedaría obsoleta si eso llega a suceder. 

Cuántica y minado de bloques

Un estudio realizado por instituciones de Singapur, Australia y Francia determinó que la computación cuántica no será capaz en la próxima década de minar bloques con mayor rapidez que los actuales dispositivos ASIC diseñados para este propósito. Sin embargo, podrían hacerlo 100 veces más rápido en el futuro. Aun cuando esto ocurra, el problema no es crítico pues la solución para salvaguardar la seguridad y la eficacia del proof of work (la prueba del trabajo o minado) es simple. Basta con aumentar la dificultad para compensar el aumento de velocidad ofrecido por la computación cuántica.

Por otro lado, también se han comenzado a proponer nuevos protocolos de consenso como Cuckoo Cycle, Momentum o Equihash, que presentan mayor resistencia a la computación cuántica.

Internet cuántico

La confidencialidad de la información en Internet y la autenticación de entidades, sitios web y servidores se basa en infraestructura de clave pública. Es decir, criptografía asimétrica. Y esta criptografía podrá ser vulnerada por la computación cuántica, con el algoritmo de Shor. Si esto sucediera, Internet se volvería inseguro, con prácticas como man in the middle (MITM), por las que alguien no autorizado intercepta y modifica información que viaje entre wallets y nodos.

A corto plazo, las soluciones para mejorar la seguridad de Internet pasan por las alternativas dadas para la autenticación. A largo plazo, hay propuestas sobre nuevas formas de conectar computadores cuánticos o híbridos. La conocida como el Internet cuántico, explotaría técnicas de criptografía cuántica en el hardware que no son compatibles con los computadores clásicos o tradicionales.

Blockchain cuántica

Existen alternativas para construir blockchain enteramente cuánticas. Se basan en el fenómeno del entrelazamiento, y en la imposibilidad de copiar estados cuánticos (al observar un sistema cuántico cambia, es imposible clonarlo) Esta tecnología blockchain sería completamente distinta a la actual, y ofrecería una seguridad completa al estar basada en procesos físicos y no en la dificultad matemática de invertir hashes o firmas digitales. Si la computación cuántica llega a ser capaz de invertir las funciones hash de manera eficiente, este tipo de soluciones serían las únicas viables para las cadenas de bloques.

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