Las libretas de un solo uso son el santo grial de la criptografía, son imposibles de descifrar, al menos en principio.
Funcionan añadiendo una serie de cifras al azar a un mensaje, creando así un texto cifrado que parece aleatorio a cualquiera que lo vea. El receptor descodifica el mensaje eliminando la misma serie de cifras aleatorias para revelar el mensaje original.
La seguridad de este proceso depende de dos factores. El primero es el grado de aleatoriedad de las cifras que conforman la libreta de un solo uso. Si la clave es auténticamente aleatoria, no ofrece nada que un interceptor pueda usar para descifrar el código. Aunque tiene algunos inconvenientes potenciales, en la actualidad es razonablemente fácil generar cifras aleatorias.
El segundo factor es la capacidad de mantener esta clave en secreto para que solo el transmisor y el receptor tengan acceso a ella. Eso es mucho más difícil de garantizar.
La comunicación digital en forma de 0s y 1s hace que copiar sea trivial. Cuando una serie de cifras aleatorias se almacenan en una memoria electrónica, siempre hay una posibilidad pequeña pero real de que se pueda copiar y robar.
Ayer, Roarke Horstmeyer -del Instituto de Tecnología de Califo ia en Pasadena (EE.UU.)- y algunos compañeros, afirman haber resuelto este problema. Su solución está basada en un tipo especial de libreta de un solo uso que genera una clave aleatoria a través de la complejidad de su estructura física.
En vez de crear y almacenar la libreta de un solo uso como una serie aleatoria deceros y unos, Horstmeyer y compañía generan una señal aleatoria pasando luz por un bloque de cristal difusor que la dispersa aleatoriamente.
La seguridad del sistema depende de la complejidad física del cristal. Horstmeyer y sus compañeros afirman que esta complejidad significa que no hay forma de que un interceptor -Eve, por ejemplo- copie el cristal sin que nadie se dé cuenta.
Eso elimina la necesidad de almacenar la llave electrónicamente y elimina por completo esta posible vulnerabilidad de la copia. "Describimos un principio de comunicación encriptada capaz de crear una unión perfectamente segura entre dos partes sin tener que guardar electrónicamente ninguna de sus llaves", afirman.
Y aunque Eve robara el cristal, calculan que tardaría por lo menos 24 horas en extraer cualquier tipo de información relevante sobre su estructura.
Esta extracción solo se puede efectuar haciendo pasar la luz por el cristal a una tasa limitada por la cantidad de calor que genera (puesto que cualquier aumento de temperatura cambia la microestructura del material). Y el tiempo que se tarda en hacer esto debería dar a los dueños el margen suficiente para darse cuenta de lo que ha pasado y tomar las medidas necesarias.
El protocolo para enviar mensajes secretos entre Alice y Bobo, pongamos, es sencillo. Para empezar, tanto Alice como Bob deben tener cada uno su propio bloque de cristal difusor y deben encontrarse físicamente para crear una llave para poder codificar el mensaje posteriormente.
Crean la llave enviando ambos el mismo patrón aleatorio de luz a través de sus trozos difusores y después suman los resultados para crear una clave combinada.
Después publican esta clave combinada y el patrón usado para crearla.
Para enviar un mensaje, Alice envía el patrón a través de su bloque para generar su mitad de la clave y se la añade a su mensaje. Ya puede enviarlo sin temor a que Eve lo descifre.
Es importante recordar que la clave aleatoria de Alice es un componente de la clave que está disponible públicamente. Pero Eve no puede usar la clave pública para averiguar cuál es la clave de Alice.
Bob tiene que seguir unos pasos ligeramente distintos para descifrar este texto. Primero, tras recibir el texto cifrado, lo añade a la clave combinada pública.
Después recrea su propio componente de la clave pública enviando el patrón público a través de su trozo. Y suma esto al resultado del paso anterior para revelar el mensaje.
Mientras ambos bloques difusores estén físicamente en manos de Alice y Bob, Eve no podrá descifrar el texto cifrado.
Evidentemente, este proceso solo se puede usar una vez. Pero Alice y Bob pueden generar una gran cantidad de claves combinadas, pasando distintos patrones aleatorios por sus bloques cuando se encuentran.
Horstmeyer y compañía han probado su idea usando un modulador de luz espacial para crear patrones aleatorios que a continuación pasan por un cristal difusor opalino para generar unos 10 gigabits de aleatoriedad. A continuación usaron la clave para enviar mensajes perfectamente seguros, demostrando por lo tanto la utilidad de la técnica.
Sin embargo, afirman que hay espacio para mejorar. Por ejemplo, el equipo asegura que el sistema genera una pequeña cantidad de ruido causado por la desviación natural de los difusores en el cristal a lo largo del tiempo. Pero es algo que se debería poder arreglar con códigos de corrección de errores.
Y debería ser posible generar un terabit de aleatoriedad con un único milímetro cúbico de cristal difusor con equipos de mayor resolución.
Y aunque solo se puede usar una vez, los bloques se pueden volver a formatear calentando el cristal para cambiar su microestructura, momento en el cual Alice y Bob deben volver a reunirse para crear una nueva serie de claves combinadas.
Parece una mejora significativa respecto a cualquier forma de criptografía que almacena claves electrónicamente y que por lo tanto es vulnerable a un ataque electrónico capaz de copiar información digital perfectamente.
"Comparado con una gran libreta de un solo uso electrónica, la clave del nuevo sistema es extremadamente difícil de copiar o modelar y se puede escalar fácilmente para proporcionar terabits de aleatoriedad repetible en un pequeño volumen", afirman Horstmeyer y compañía.
Tienen grandes esperanzas para este método: "Esperamos que las propiedades prácticas de la difusión óptica sean capaces de resolver suficientemente los inconvenientes de la libreta de un solo uso para renovar el interés por su seguridad irrompible, incluso en presencia de recursos de computación infinitos".
Se refieren a que este sistema puede ser seguro incluso ante un ataque por parte de los ordenadores cuánticos del futuro. Y eso no es algo que se pueda decir de los códigos que se usan habitualmente en la actualidad para proteger los mensajes.
Ahora que los ordenadores cuánticos empiezan a realizar cálculos serios, a cualquiera que siga usando este tipo de códigos le debe costar conciliar el sueño.
Ref: arxiv.org/abs/1305.3886: Libreta de un solo uso física protegida por clave