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Charla «Criptógrafos, computadoras cuánticas y la guerra por la información» de TEDxSydney en español.
En este vistazo al futuro tecnológico, el criptógrafo Craig Costello nos cuenta sobre el potencial transformador de las computadoras cuánticas, que podría superar los límites de las máquinas actuales y dar a los descifradores de códigos la llave maestra del mundo digital. Descubre cómo Costello y otros criptógrafos participan en una carrera por reinventar el cifrado y proteger la Internet.
- Autor/a de la charla: Craig Costello
- Fecha de grabación: 2019-05-23
- Fecha de publicación: 2019-11-12
- Duración de «Criptógrafos, computadoras cuánticas y la guerra por la información»: 991 segundos
Traducción de «Criptógrafos, computadoras cuánticas y la guerra por la información» en español.
Pertenezco a la industria de guardar secretos.
Eso incluye los secretos de Uds.
Los criptógrafos somos la primera línea de defensa en una guerra que lleva siglos en proceso: una guerra entre quienes crean códigos y quienes los descifran.
Se trata de una guerra contra la información.
El campo de batalla actual de la información es digital, y la guerra se lleva a cabo en sus celulares, computadoras e Internet.
Nuestro trabajo es crear sistemas que desordenen sus emails y números de tarjetas de crédito, sus llamadas telefónicas y mensajes de texto –eso incluye esas imprudentes selfies–,
(Risas)
para que toda su información pueda ser reordenada únicamente por el destinatario correcto.
Ahora bien, hasta hace muy poco, pensábamos que habíamos ganado esta guerra de forma definitiva.
Ahora mismo, sus teléfonos inteligentes emplean un cifrado que creíamos indescifrable y que permanecería siempre así.
Estábamos equivocados, porque se avecinan las computadoras cuánticas que van a cambiar enteramente el panorama actual.
A lo largo de la historia, los criptógrafos y los descifradores han estado jugando al gato y al ratón.
En los años 1500, la reina María de Escocia creyó estar enviando cartas encriptadas que solamente sus soldados sabían descifrar.
Pero la reina Isabel de Inglaterra tenía descifradores estudiándolas.
Descifraron las cartas de María, descubrieron que planeaba asesinar a Isabel y, en consecuencia, María fue decapitada.
Unos siglos más tarde, durante la Segunda Guerra Mundial, los nazis se comunicaban usando el código «Enigma», un cifrado mucho más complejo que pensaban era indescifrable.
Pero, entonces, el buen Alan Turing, el mismo que inventó lo que hoy conocemos como computadora, construyó una máquina para descifrar Enigma.
Descifró los mensajes de los alemanes y ayudó a detener a Hitler y a su Tercer Reich.
Así se ha desarrollado la historia durante siglos.
Los criptógrafos mejoran sus códigos y los descifradores contraatacan y encuentran la forma de descifrarlos.
Esta guerra continúa en progreso y los bandos van a la par.
Al menos así fue hasta los 70, cuando unos criptógrafos realizaron un avance espectacular.
Descubrieron una forma de cifrar extremadamente poderosa llamada «criptografía de clave pública».
A diferencia de todos los métodos usados a lo largo de la historia, no requiere que las dos partes que desean enviarse información confidencial hayan intercambiado una clave secreta con antelación.
La magia de la criptografía de clave pública es que nos permite conectarnos de forma segura con cualquier persona en el mundo, hayamos intercambiado datos antes o no.
Y puede hacerse tan rápido que ni nos damos cuenta.
Ya sea que estén enviando un mensaje de texto a un amigo, o sean un banco que transfiere miles de millones de dólares a otro banco, el cifrado actual nos permite enviar información que puede protegerse en cuestión de milisegundos.
La brillante idea que posibilita esta magia depende de problemas matemáticos complicados.
A los criptógrafos nos interesan las operaciones que las calculadoras no pueden resolver.
P.
ej., las calculadoras pueden multiplicar cualquier par de números, sin importar qué tan grandes sean.
Pero el cálculo inverso, comenzar por el resultado y luego preguntarse «
¿Qué dos números dan este resultado al multiplicarse?
«, es un problema realmente difícil.
Si les pidiera averiguar qué números de dos dígitos deben multiplicarse para obtener 851, incluso con una calculadora, sería muy difícil encontrar la respuesta antes de que termine esta charla.
Y si los números son un poco más grandes, no existe calculadora en la Tierra que pueda resolver esto.
De hecho, incluso la supercomputadora más rápida del mundo demoraría más que la expectativa de vida del universo en encontrar los dos números que se multiplican para obtener esto.
Este problema, llamado «factorización de enteros», es exactamente lo que cada uno de sus celulares y portátiles usa actualmente para proteger sus datos.
Ésta es la base del cifrado actual.
Y que toda la capacidad de cómputo combinada del planeta no pueda resolverlo es la razón por la que los criptógrafos pensamos que les habíamos ganado a los descifradores.
Quizá nos volvimos un poco arrogantes.
Justo cuando creímos haber ganado la guerra, un grupo de físicos del siglo XX se unieron a la fiesta y revelaron que las leyes del universo, las mismas leyes sobre las que se construyó la criptografía actual, no son cómo pensamos que eran.
Creíamos que un objeto no puede estar en dos lugares a la vez.
No es así.
Creíamos que nada puede girar en sentido horario y antihorario al mismo tiempo.
Pero no es así.
Y creíamos que dos objetos en lugares opuestos del universo, a años luz de distancia, no pueden de ninguna manera afectarse el uno al otro en el mismo instante.
También en eso nos equivocamos.
¿No es así como todo parece funcionar en la vida?
Justo cuando pensamos que ya lo conocemos todo, un grupo de físicos aparece y revela que las leyes fundamentales del universo son diferentes a lo que creíamos.
Esto arruina todo.
Verán, en el diminuto reino subatómico, al nivel de los electrones y protones, las leyes clásicas de la física, las que todos conocemos y adoramos, se descartan por completo y las leyes de la mecánica cuántica entran en juego.
Según la mecánica cuántica, un electrón puede girar en sentido horario y antihorario al mismo tiempo, y un protón puede estar en dos lugares a la vez.
Suena a ciencia ficción, pero es así porque la disparatada naturaleza cuántica del universo se esconde de nosotros.
Y permaneció oculta hasta el siglo XX.
Pero ahora que la hemos descubierto, el mundo entero compite por crear una computadora cuántica que pueda usar el poder de este extraño e inusual comportamiento cuántico.
Es algo tan revolucionario y tan poderoso, que hará que las supercomputadoras más rápidas de hoy parezcan inservibles en comparación.
De hecho, para ciertos problemas que nos interesan hoy, las supercomputadoras más rápidas se parecen más a un ábaco que a una computadora cuántica.
Así es, me refiero a esos aparatitos de madera con cuentas.
Las computadoras cuánticas pueden simular procesos químicos y biológicos, algo que no está al alcance de las computadoras tradicionales.
Son una ayuda para resolver algunos de los problemas más importantes del planeta.
Nos ayudarán a combatir el hambre a escala global, a enfrentar el cambio climático, a encontrar cura a enfermedades y pandemias que hasta hoy no pueden curarse.
Nos ayudarán a crear una IA superhumana y, tal vez lo más importante de todo, a entender la naturaleza misma del universo.
Pero este increíble potencial trae consigo un enorme riesgo.
¿Recuerdan esos números grandes que mencioné antes?
No me refiero a 851.
De hecho, si alguno se distrajo intentado resolver el problema, les voy a facilitar las cosas y les daré la respuesta: 23 x 37.
(Risas)
Me refiero al número mucho más alto que mencioné luego.
Si bien las supercomputadoras actuales no podrían encontrar esta respuesta en la vida del universo, una computadora cuántica podría factorizar con facilidad números mucho mayores.
Las computadoras cuánticas descifrarán todos los códigos usados actualmente para protegernos de los hackers.
Y lo harán con facilidad.
Lo pondré de esta forma: si una computadora cuántica fuera una lanza, el cifrado actual –el sistema indescifrable que nos ha protegido por décadas– sería un escudo hecho de papel.
Quien tenga acceso a una computadora cuántica tendrá la llave maestra para desbloquear cualquier cosa en nuestro mundo digital.
Podrían robar dinero de los bancos y controlar las economías.
Podrían dejar a los hospitales sin energía o lanzar bombas.
O podrían recostarse y observarnos a todos a través de nuestras webcams sin que nos demos cuenta.
La unidad fundamental de información de todas las computadoras que usamos, como la de esta celular, se llama «bit».
Un bit puede ser uno de dos estados: un cero o un uno.
Cuando hago una videollamada con mi mamá –me va a matar por ponerla en pantalla–,
(Risas)
en realidad nos estamos enviando una larga secuencia de ceros y unos que rebotan de una computadora a la otra, de satélite a satélite, transmitiendo datos a alta velocidad.
Efectivamente, los bits son muy útiles.
De hecho, todo lo que hacemos con la tecnología hoy día es posible gracias a la utilidad de los bits.
Pero comenzamos a darnos cuenta de que los bits no son muy buenos para simular moléculas y partículas complejas.
Y es así porque, de cierta forma, los procesos subatómicos pueden realizar dos o más acciones opuestas a la vez, pues se rigen por las leyes extrañas de la mecánica cuántica.
Así que a fines del siglo pasado, unos físicos astutos tuvieron esta ingeniosa idea: crear computadoras que se basen en los principios de la mecánica cuántica.
La unidad fundamental de información de una computadora cuántica es el cúbit.
Significa «bit cuántico».
En vez de tener únicamente dos estados, como cero y uno, el cúbit puede ser un número infinito de estados.
Y esto corresponde a una combinación de ceros y unos a la vez, un fenómeno que denominamos «superposición».
Cuando tenemos dos cúbits superpuestos, estamos trabajando con todas las cuatro combinaciones de cero-cero, cero-uno, uno-cero y uno-uno.
Con tres cúbits, estaremos trabajando en superposición con ocho combinaciones, y así sucesivamente.
Cada vez que agregamos un cúbit, duplicamos las combinaciones posibles con las que podemos trabajar en superposición a la vez.
Entonces, cuando trabajamos con muchos cúbits, podemos trabajar con un número exponencial de combinaciones a la vez.
Y esto es apenas un indicio del potencial de la computación cuántica.
Para el cifrado actual nuestras claves secretas, al igual que los dos factores de ese número grande, son solamente largas secuencias de ceros y unos.
Para dar con ellas, una computadora tradicional debe realizar todas las combinaciones posibles, una tras otra, hasta dar con la que funcione para descifrar el código.
Pero con una computadora cuántica que cuente con suficientes cúbits en superposición, la información puede extraerse de todas las combinaciones a la vez.
En unos pocos pasos, una computadora cuántica puede descartar todas las combinaciones incorrectas, seleccionar la correcta y así desbloquear nuestros preciados secretos.
A ese nivel cuántico descabellado sucede algo verdaderamente increíble.
La sabiduría convencional de muchos físicos importantes –les pido que me sigan en esto– sugiere que cada combinación en realidad es examinada por su propia computadora cuántica dentro de su propio universo paralelo.
Cada una de estas combinaciones se suman como olas en una piscina.
Las combinaciones incorrectas se cancelan mutuamente.
Y las combinaciones correctas se refuerzan y amplifican unas a otras.
Así, al finalizar el programa de computación cuántica, solamente queda la respuesta correcta que podemos observar en este universo.
Si no entienden esto del todo, no desesperen.
(Risas)
Están en buenas manos.
Niels Bohr, uno de los pioneros en este campo, una vez dijo que toda persona capaz de contemplar la mecánica cuántica sin sentirse profundamente confundido, no la ha comprendido.
(Risas)
Pero tienen una idea de lo que estamos hablando, y de por qué depende ahora de los criptógrafos actuar.
Y debemos actuar con rapidez porque las computadoras cuánticas ya existen en laboratorios de todo el mundo.
Afortunadamente, en este mismo momento, existen únicamente a pequeña escala, aún son demasiado pequeñas para descifrar importantes claves criptográficas.
Pero puede que no estemos seguros por mucho tiempo.
Algunos piensan que agencias secretas del gobierno ya han construido una lo suficientemente grande, pero no se lo han contado a nadie aún.
Según algunos críticos, aún faltan unos 10 años.
Otros dicen que faltan unos 30.
Quizá crean que si estas computadoras están a 10 años distancia, eso baste para que los criptógrafos descubran cómo hacer a la Internet segura.
Desafortunadamente, no es tarea sencilla.
Incluso si ignoramos los muchos años necesarios para estandarizar, implementar y extender la nueva tecnología de cifrado, de cierta forma, puede que ya sea demasiado tarde.
Los criminales digitales y las agencias gubernamentales podrían estar ya almacenando nuestra información cifrada más delicada en anticipación al futuro cuántico.
Los mensajes de los líderes foráneos, oficiales generales o individuos que cuestionan a los poderosos están cifrados por ahora.
Pero tan pronto como llegue el día en que alguien tenga acceso a una computadora cuántica, se podrá de forma retroactiva descifrar datos del pasado.
En determinados sectores gubernamentales, financieros y militares la información delicada debe permanecer clasificada por 25 años.
Por lo que si realmente se crea una computadora cuántica en 10 años, entonces estos tipos ya están 15 años atrasados para proteger sus cifrados.
Mientras muchos científicos del mundo compiten por crear una computadora cuántica, los criptógrafos buscamos con urgencia formas de reinventar el cifrado para así protegernos antes de que ese día llegue.
Buscamos nuevos y complicados problemas matemáticos.
Buscamos problemas que, al igual que la factorización, puedan usarse hoy mismo en nuestros teléfonos y portátiles.
Pero a diferencia de la factorización, necesitamos que estos problemas sean tan difíciles, que sean imposibles de descifrar incluso para una computadora cuántica.
Recientemente, hemos explorado un campo mucho más amplio que la matemática para encontrar esos problemas.
Hemos investigado números y objetos que son mucho más exóticos y abstractos que aquellos a los que nos hemos acostumbrado.
Y creemos haber encontrado unos problemas geométricos que podrían ser justo lo que necesitamos.
A diferencia de los problemas geométricos de dos o tres dimensiones que solíamos resolver con lápiz y papel cuadriculado en la escuela, la mayoría de estos problemas se definen en más de 500 dimensiones.
No son solamente difíciles de representar y resolver en papel cuadriculado, sino que, creemos, están incluso fuera del alcance de las computadoras cuánticas.
Si bien recién comenzamos, confiamos en este campo para intentar proteger nuestro mundo digital, a medida que el futuro cuántico se acerca.
Así como todo otro científico, los criptógrafos estamos extremadamente emocionados ante la posibilidad de coexistir con las computadoras cuánticas.
Podrían ser herramientas para el bien.
Pero sin importar cómo sea nuestro futuro tecnológico, los secretos siempre serán parte de nuestra humanidad.
Y vale la pena protegerlos.
Gracias.
(Aplausos)
https://www.ted.com/talks/craig_costello_in_the_war_for_information_will_quantum_computers_defeat_cryptographers/