Entre algoritmos y autopistas: RIT enfrenta la amenaza cuántica

Las computadoras cuánticas dejarán obsoletos muchos de los métodos criptográficos utilizados en los sistemas seguros actuales. Si bien se está desarrollando criptografía resistente a la cuántica, el proceso de transición seguirá poniendo en riesgo muchos de los sistemas que usamos a diario.

En el Instituto Tecnológico de Rochester, investigadores en ciberseguridad se preparan para un mundo con potentes computadoras cuánticas, mejorando la fiabilidad y la seguridad de los sistemas. En particular, profesores y estudiantes expertos están mejorando la seguridad de los vehículos conectados. En este proceso, el equipo espera reducir las muertes en carretera.

«Los algoritmos resistentes a la tecnología cuántica eventualmente serán útiles, pero no son simplemente listos para usar; eso podría dañar todo el sistema», afirmó Hanif Rahbari , profesor asociado de ciberseguridad. «La transición de la criptografía clásica a la criptografía poscuántica debe realizarse sin interrumpir el funcionamiento de los sistemas. La gente no se va a quedar sentada esperando».

Rahbari comenzó a investigar la comunicación entre vehículos (V2V) hace casi una década. Equipados con esta tecnología, los vehículos pueden intercambiar datos de velocidad, ubicación y alarmas de forma inalámbrica para optimizar el flujo de tráfico y prevenir accidentes. La integridad y autenticidad criptográficas son esenciales para garantizar que los mensajes entre vehículos no sean maliciosos.

Durante sus primeros años en el RIT, Rahbari fue contactado por un grupo de investigadores de matemáticas y criptografía de la Universidad de Waterloo , Canadá. Estaban desarrollando algoritmos resistentes a la computación cuántica y buscaban la experiencia de Rahbari.

«Al principio, no estaba seguro de cómo podía contribuir a la cuántica; me parecía algo muy lejano a mi situación», dijo Rahbari. «Pero no todo el mundo necesita saberlo todo sobre cuántica para trabajar en este campo multidisciplinario. Necesitamos conocimientos complementarios para colaborar y abordar estos problemas».

El equipo se dio cuenta de inmediato de que los algoritmos resistentes a la tecnología cuántica podrían afectar negativamente a la seguridad de los vehículos conectados. Estos algoritmos generan un alto consumo de ancho de banda, latencia y otros problemas de sobrecarga. Para sistemas con limitaciones, añadir criptografía poscuántica podría ser disruptivo e incluso ser explotado por atacantes.

En el tercer piso del Instituto de Ciberseguridad Global ESL del RIT , el grupo de investigación de Rahbari pone a prueba sistemas y protocolos. El trabajo forma parte de su prestigioso premio CAREER de la Fundación Nacional de Ciencias , una beca de cinco años.

Aunque los investigadores no disponen de 100 coches para probar en carreteras reales, están desarrollando un gemelo digital interactivo como marco de medición. La simulación se asemeja a un videojuego de carreras y refleja el mundo real.

Geoff Twardokus, estudiante de doctorado en ingeniería eléctrica e informática que dirige el trabajo, también disfruta del Laboratorio Faraday del RIT. El laboratorio es un espacio protegido contra radiofrecuencias para experimentos de seguridad inalámbrica.

«Estamos desarrollando un estándar de oro en experimentos de hardware en el mundo real con equipos V2V reales que se instalarían en automóviles», afirmó Twardokus, quien también se graduó en 2021 de los programas de licenciatura y maestría en ciberseguridad del RIT . «Queremos asegurarnos de poder adoptar esta seguridad sin afectar el sistema que se supone que debe proteger».

El Congreso aprobó la Ley de Preparación para la Ciberseguridad de la Computación Cuántica para impulsar la transición a la criptografía resistente a la computación cuántica. El Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) busca actualmente mejores algoritmos criptográficos diseñados para resistir los ciberataques que permiten las computadoras cuánticas.

El equipo del RIT está midiendo el impacto de diferentes candidatos. En 2022, Rahbari, Twardokus y expertos de la Universidad de Waterloo publicaron una investigación que arrojó luz sobre las implicaciones de la criptografía poscuántica en V2V. Dicho trabajo fue citado por el NIST para la estandarización de algoritmos.

Como estudiante de doctorado que aspira a convertirse en profesor-investigador en el futuro, Twardokus señaló que el problema de la seguridad cuántica abarca mucho más que las comunicaciones vehiculares. Por ejemplo, muchos sistemas de redes y control industrial que gestionan la infraestructura de servicios públicos presentan limitaciones similares.

«La tecnología cuántica es una dirección importante en la que debemos centrarnos en la ciberseguridad», afirmó. «Se puede desarrollar un chip cuántico rapidísimo, pero eso podría perjudicarnos más que beneficiarnos si no nos preparamos adecuadamente para combatir a quienes podrían abusar de él».