Una “máquina del tiempo cuántica” garantizará la seguridad de las Blockchains del futuro

Las cadenas de bloques cuánticas ya no son asunto de ciencia ficción. Su aparición podría darse dentro de los próximos años, haciendo que blockchain sea de verdad inalterable.

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Dos investigadores de la Universidad Victoria de Wellington, en Nueva Zelanda, han propuesto una nueva tecnología de blockchains cuánticas que, al explotar el entrelazamiento cuántico a través del tiempo, podría aumentar en gran medida la seguridad de los futuros sistemas blockchain que operen en redes cuánticas.

El autor principal, Matt Visser, es un matemático y cosmólogo reconocido que ha escrito libros con títulos como “Agujeros negros artificiales” y “Agujeros de gusano Lorentzianos”. El colaborador, Del Rajan, es un estudiante de PhD. en el grupo de Visser.

“Fueron presentadas cadenas de bloques anteriores que funcionaron con operaciones cuánticas, pero la blockchain en sí nunca fue cuántica”, dijo Rajan, según lo publicado por IEEE Spectrum. “Estamos presentando la primera cadena de bloques completamente cuántica”.

“Se espera que el 10 por ciento del PBI global pueda almacenarse en tecnología blockchain para 2027”, agregó Rajan. Por lo tanto, es críticamente importante encontrar formas de aumentar la seguridad de las redes blockchain. Visser y Rajan están persuadidos de que su concepto de blockchain cuántica podría permitir la protección hermética contra alteraciones de todos los registros y transacciones.

Los dos científicos proponen usar el “entrelazamiento (cuántico) en el tiempo entre fotones que no coexisten simultáneamente”.

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El entrelazamiento cuántico, la “acción fantasmal a distancia” que desconcertó a Einstein, indica correlaciones entre partículas cuánticas remotas que comparten un origen común o que han interactuado en el pasado. La correlación entrelazada no local parece instantánea, o al menos se propaga mucho más rápido que otras interacciones físicas. En particular, el entrelazamiento entre partículas demasiado remotas para intercambiar señales limitadas por la velocidad de la luz ha sido confirmado repetidamente en los laboratorios de investigación.

Resulta que probar el estado de una partícula en un par entrelazado afecta el estado de la otra partícula de manera sutil. Si bien, de acuerdo con el consenso científico actual, las correlaciones entrelazadas no se pueden utilizar para enviar señales más rápidas que la luz, las aplicaciones prácticas importantes de entrelazamientos incluyen la computación y criptografía cuánticas.

Para la criptografía, el entrelazamiento es una espada de doble filo. Por un lado, las futuras computadoras cuánticas basadas en qubits entrelazados (bits cuánticos físicos que pueden estar en una superposición cuántica de los estados cero y uno clásicos) prometen romper la encriptación más fuerte de la actualidad. Entidades con grandes presupuestos, como gobiernos, incluidos EE.UU. Y China, y gigantes tecnológicos, como IBM, Intel y Microsoft dedican grandes esfuerzos a la investigación de la tecnología de la información cuántica desde hace un tiempo.

Un informe publicado por el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) señala que las computadoras cuánticas prácticas, que podrían desarrollarse en un futuro próximo, podrían debilitar (y en algunos casos, inutilizar) los algoritmos criptográficos existentes.

Esto podría resultar en la necesidad de cambiar o actualizar la tecnología de encriptación utilizada en los sistemas blockchain actuales. El reporte proporciona una tabla, tomada del «Informe sobre criptografía post-cuántica” de NIST de 2016, que describe el impacto de la computación cuántica en algoritmos criptográficos comunes. En resumen, RSA, la Criptografía de Curva Elíptica (ECDSA y ECDH) y la Criptografía de Campo Finito (DSA) deben considerarse como no seguras. AES, SHA-2 y SHA-3 deberían tamaños de clave y salida más grandes.

Por otro lado, mientras que el entrelazamiento habilita a las poderosas computadoras cuánticas poder romper pronto el mejor encriptamiento actual, también hace posible la criptografía cuántica de seguridad inquebrantable, garantizada por la física cuántica fundamental. La distribución de claves cuánticas explota las correlaciones entrelazadas para detectar intentos de espías de interceptar claves de cifrado.

Si el entrelazamiento parece extraño, el entrelazamiento en el tiempo suena aún más extraño. Resulta que las correlaciones entrelazadas no locales se extienden no sólo a través del espacio, sino también a través del tiempo.

“(Medir) el último fotón afecta la descripción física del primer fotón en el pasado, incluso antes de que se haya medido”, señalaron los físicos que primero demostraron el concepto en el laboratorio. “Por lo tanto, la acción fantasmal está controlando el pasado del sistema”.

La idea básica de Visser y Rajan es codificar datos en una partícula cuántica, como publica el MIT Technology Review: “Esto se convierte en el primer bloque cuántico. Cuando hay más datos disponibles, se combinan con los datos de la primera partícula en una operación cuántica que lo entrelaza con una segunda partícula. El primero se descarta y el registro del primer bloque de transacciones se combina con el segundo bloque. Los datos de un tercer bloque se pueden agregar de la misma manera, creando así una cadena”.

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Visser y Rajan acotan: “(En) nuestra cadena de bloques cuántica, podemos interpretar el procedimiento de codificación como la vinculación de los registros actuales en un bloque, no a un registro del pasado, sino (a) el registro real en el pasado, el cual ya no existe más. El atacante ni siquiera puede intentar acceder a los fotones anteriores porque ya no existen”. Por lo tanto, el entrelazamiento en el tiempo proporciona un beneficio de seguridad mucho mayor que el entrelazamiento en el espacio.

“Los registros sobre transacciones pasadas están codificados en un estado cuántico que se extiende a lo largo del tiempo”, resume Rajan.

Visser agrega: “Este trabajo se puede ver como una máquina de tiempo cuántica”.

Esto puede parecer ciencia ficción, pero está respaldado por la ciencia sólida y las implementaciones de tecnología existentes. “(Todos) los subsistemas de este diseño ya se han demostrado experimentalmente”, señalan los investigadores. Es probable que las aplicaciones prácticas para crear redes de transacciones altamente seguras atraigan el interés de gobiernos y corporaciones.

La blockchain cuántica no podría implementarse sobre las redes de comunicación comercial de hoy en día, que no están diseñadas para manejar información de este tipo. Sin embargo, Visser y Rajan enfatizan que actualmente se está haciendo un progreso significativo hacia la creación de una red cuántica global.

“Hemos llegado al punto en que la pregunta ya no es si vamos a tener una red cuántica global, sino cuándo y cómo se implementará”, afirma una revisión publicada en Nature Photonics.

Entre los poderosos actores estatales, China está desarrollando una distribución de satélites de clave cuántica y un enlace de fibra que se extiende a más de 2.000 km de Beijing a Shanghái. En el sector privado, el gigante surcoreano de telecomunicaciones SK Telecom está invirtiendo US$ 65 millones para desarrollar tecnologías cuánticas para los mercados de telecomunicaciones e Internet de las cosas (IoT) en asociación con la compañía suiza de información cuántica ID Quantique.

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En vista del creciente interés en las tecnologías de la información cuántica y el trabajo teórico de Visser y Rajan, suena bastante creíble que las cadenas de bloques cuánticas, altamente seguras, podrían implementarse en un futuro no muy lejano.

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