Comprensión de la criptografía poscuántica

Entrust ha asumido un papel de liderazgo en la preparación para la criptografía poscuántica al colaborar con otras organizaciones para proponer nuevos formatos de certificado IETF X.509 que colocan métodos de cifrado tradicionales como RSA y ECC lado a lado con los nuevos algoritmos PQ.

Por ejemplo, también seguimos de cerca el trabajo de organizaciones como el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), que tiene en marcha un proyecto para desarrollar algoritmos resistentes a la computación cuántica y, con el tiempo, estandarizarlos. Queremos ayudar a las empresas a mantener su ecosistema de TI para reducir las sustituciones, mantener el tiempo de actividad del sistema y evitar cambios costosos causados por la falta de preparación.

Entrust ha estado liderando activamente los análisis en los foros del Grupo de trabajo de ingeniería de Internet (IETF), en los que se pueden considerar las soluciones dentro de la comunidad poscuántica. Nuestras propuestas públicas se comunican en los foros de estándares del IETF:

Claves compuestas y firmas para usar en las PKI de Internet
Con la adopción generalizada de la criptografía postcuántica, surgirá la necesidad de que una entidad cuente con múltiples claves públicas sobre distintos algoritmos criptográficos. Dado que la confiabilidad de los algoritmos postcuánticos individuales está en duda, será necesario realizar una operación criptográfica de múltiples claves de manera tal que requiera vulnerar cada uno de los algoritmos de forma individual. Esto requiere de la definición de nuevas estructuras para almacenar las claves públicas compuestas y los datos de firmas compuestas.

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Certificados X.509 para algoritmos múltiples de clave pública
Este documento describe un método de insertar conjuntos alternativos de materiales criptográficos en certificados digitales X.509v3, en listas de revocación de certificados (CRL) X.509v2 y solicitudes de firma de certificados (CSR) PKCS#10.

Los materiales criptográficos alternativos integrados permiten que una infraestructura de clave pública utilice múltiples algoritmos criptográficos en un solo objeto. Además, le permite realizar la transición a los nuevos esquemas criptográficos manteniendo la compatibilidad con sistemas que utilizan los algoritmos existentes. Se definen tres extensiones X.509 y tres atributos PKCS#10, y se detallan los procedimientos de firma y verificación del material criptográfico alternativo contenido en las extensiones y los atributos.

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Planteamiento del problema para PKI de algoritmos múltiples poscuánticos
La comunidad poscuántica (por ejemplo, la que rodea la competencia PQC del NIST) está presionando por una criptomoneda "hibridada" que combine RSA/ECC con nuevas primitivas para cubrir nuestras apuestas contra ambos adversarios cuánticos. También aboga por rupturas algorítmicas/matemáticas de las nuevas primitivas. Después de dos presentaciones, Entrust presentó un borrador de un planteamiento semiformal del problema y una descripción general de las tres principales categorías de soluciones.

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¿Cómo afectará la computación postcuántica a la criptografía?
Los esquemas de firma digital para autenticación seguirán siendo seguros hasta que una computadora cuántica se conecte en línea. Como las actuales computadoras cuánticas tienen un tamaño limitado, no representan una amenaza para la criptografía actual. Y para que la amenaza se vuelva real, necesitará superar importantes obstáculos de ingeniería.

Sin embargo, los expertos creen que se superarán estos obstáculos con el tiempo. Varios predicen que una computadora cuántica desarrollada con la capacidad de vulnerar los algoritmos de la clave pública actual estará disponible dentro del período planificado de vida útil de los sistemas que actualmente están en desarrollo.

Los algoritmos de clave pública actuales se implementan con fines de autenticación, firma digital, encriptación de datos y establecimiento de claves. Una vez que las computadoras cuánticas de tamaño suficiente sean una realidad, necesitaremos esquemas criptográficos de sustitución para cada una de estas funciones.

Los algoritmos de cifrado de datos y acuerdo de claves son susceptibles a un ataque de texto cifrado grabado, en el que un adversario hoy registra intercambios protegidos por algoritmos precuánticos y almacena el texto cifrado para su análisis en el futuro. Esto es lo que se conoce como estrategia de “cosechar ahora, descifrar después”. Una vez que se cree una computadora cuántica viable, los piratas informáticos podrán recuperar el texto sin formato. Dependiendo de la vida útil de seguridad del algoritmo requerida, la criptografía precuántica se volverá vulnerable antes para estos propósitos clave.

Con la aparición de las computadoras cuánticas, un firmante podría repudiar firmas anteriores y alegar que fueron falsificadas por alguien que rompió la clave mediante criptografía cuántica.

La criptografía poscuántica y la criptografía clásica híbrida
Existen distintos enfoques sobre cómo prepararse para las comunicaciones criptográficas seguras en una era poscuántica. El uso de un enfoque híbrido es uno de los métodos más populares que se proponen como una forma de transición a los algoritmos poscuánticos aún no definidos.

El enfoque híbrido sugiere que en lugar de confiar en un algoritmo, se deberían colocar algoritmos tradicionales como RSA y ECC junto con los nuevos algoritmos poscuánticos. Este enfoque resulta útil para los casos de uso actuales mientras que la precuántica es un método aceptable para la autenticación y para probar los ecosistemas de TI con los algoritmos poscuánticos.