Las compras en línea con seguridad cuántica están un paso más cerca – Physics World

Las compras en línea con seguridad cuántica están un paso más cerca – Physics World

Marca de tiempo: 23 de enero de 2024 9:00 a. M.

Una persona que sostiene una tarjeta de crédito en una mano y toca una pantalla en la otra.
(Cortesía: iStock/Jay-Yuno)

Las compras en línea aumentaron durante la pandemia, pero siguen siendo vulnerables a estafas que involucran tanto a compradores como a vendedores. La comunicación cuántica podría, en principio, añadir otra capa de seguridad, pero verificar una transacción de forma segura, en lugar de simplemente comunicarla, requiere una “firma” que consta de miles de bits cuánticos (qubits) para un solo bit de mensaje.

Para los sistemas cuánticos imperfectos y ruidosos de hoy en día, ese es un listón muy alto, pero investigadores de la Universidad de Nanjing, la Universidad Renmin de China y el Laboratorio Nacional de Física de la Materia Condensada de Beijing encontraron una manera de reducirlo. Al utilizar una técnica matemática llamada hash universal único que genera “claves” seguras más cortas, los investigadores redujeron sustancialmente la cantidad de qubits necesarios para verificar una transacción de comercio electrónico. También consideraron diferentes defectos de fuente realistas basándose en un esquema independiente de los dispositivos de medición utilizados, evitando así la necesidad de señales perfectas para distribuir la información.

De QKD a QDS

La comunicación cuántica se basa en el principio de que cualquiera que intente interceptar un mensaje codificado en estados cuánticos inevitablemente interferirá con estos estados de una manera que sea fácilmente detectable. Este principio ya se utiliza en la distribución de claves cuánticas (QKD), pero por sí solo, QKD no puede garantizar la seguridad del comercio electrónico porque solo proporciona un canal de comunicación seguro. No exige el cumplimiento de otros objetivos importantes del comercio electrónico, como la integridad, la autenticidad o el no repudio (el repudio es cuando una de las partes rechaza el contrato).

Una posible forma de cumplir estos otros objetivos implica un método más complejo conocido como seguridad digital cuántica (QDS). Este método utiliza la transmisión segura de estados cuánticos en QKD y las matemáticas de la teoría de la información para generar claves únicas para firmar un contrato y pagar.

Protocolo ultraseguro

El protocolo QDS de los investigadores involucra a tres partes: un comerciante, un cliente y un tercero (TP). Comienza cuando el comerciante prepara dos secuencias de estados cuánticos coherentes, mientras que el cliente y el TP preparan una secuencia de estados coherentes cada uno. Luego, el comerciante y el cliente envían un estado a través de un canal cuántico seguro a un intermediario, quien realiza una medición de interferencia y comparte el resultado con ellos. El mismo proceso ocurre entre el comerciante y el TP. Estos procesos paralelos permiten al comerciante generar dos claves que utiliza para crear una firma para el contrato mediante hash universal único.

Una vez que esto ocurre, el comerciante envía el contrato y la firma al cliente. Si el cliente está de acuerdo con el contrato, utiliza su estado cuántico para generar una clave de manera similar al comerciante y envía esta clave al TP. De manera similar, el TP genera una clave a partir de su estado cuántico después de recibir el contrato y la firma. Tanto el cliente como el TP pueden verificar la firma calculando la función hash y comparando su resultado con la firma. El pago podrá realizarse desde el cliente al TP si ambos verifican la firma. Si alguno de ellos no puede verificar la firma, el contrato queda automáticamente anulado.

Minorista cuántico

Los investigadores verificaron experimentalmente este protocolo utilizando fibras ópticas como canales cuánticos y un láser pulsado modulado tanto en fase como en intensidad para producir los estados cuánticos para la generación de claves. Para eliminar la necesidad de dispositivos perfectos, caracterizaron los defectos de origen de este sistema y combinaron el proceso de generación de claves con un método llamado QKD independiente del dispositivo de medición de cuatro fases. Este método utiliza la fase de los pulsos ópticos en la medición de interferencia intermedia para obtener una clave segura incluso si no se puede confiar en el intermediario que realiza la medición.

Para probar la funcionalidad del sistema, el equipo lo utilizó para firmar un archivo que contenía 428 kB de datos, que es aproximadamente el tamaño de un contrato de cliente de Amazon Web Services. Pudieron realizar esta firma 0.82 veces por segundo y el sistema funcionó incluso con la distancia equivalente a 100 km entre el cliente y el comerciante.

Miembro del equipo Hua Lei Yin, experto en comunicaciones cuánticas de Renmin, dice que el trabajo muestra que es posible utilizar funciones de no repudio para realizar el comercio electrónico de manera tan eficiente y práctica como las comunicaciones privadas. El siguiente paso será demostrar la técnica en escenarios prácticos utilizando redes cuánticas metropolitanas reales. “Esperamos colaborar con más grupos de investigación para seguir desarrollando la tecnología cuántica (incluidas técnicas de seguimiento de fase y bloqueo de fase de alta precisión) para mejorar las velocidades y distancias de transmisión correspondientes”, dice Mundo de la física.

QinWang, un experto en TI y redes de la Universidad de Correos y Telecomunicaciones de Nanjing que no participó en la investigación, dice que el esquema de comercio electrónico cuántico basado en QDS ofrece mayor seguridad y practicidad en comparación con los esquemas clásicos correspondientes. El mayor logro del equipo, afirma, es ampliar QDS a un escenario útil dentro del comercio electrónico, demostrando así sus aplicaciones potenciales en la vida diaria. Sin embargo, critica la configuración óptica tipo Sagnac utilizada en la demostración experimental, que, según ella, podría ser vulnerable a ataques de tipo "caballo de Troya".

La investigación se publica en Science Advances.

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