El satélite cuántico de China podría ser potencialmente pirateado debido a pequeños retrasos entre sus láseres integrados que podrían ser explotados por espías en un ataque,advirtió un ex investigador cuántico radicado en Rusia que ahora trabaja en Singapur.
Los pequeños retrasos podrían brindar “amplias oportunidades” para hackear Micius, el primer satélite cuántico del mundo , cuyo desempeño es clave para expandir la red de comunicación cuántica de China.
La comunicación cuántica es una forma de transferencia de información que se basa en la criptografía basada en la física cuántica para codificar datos en partículas de luz individuales llamadas fotones.
La distribución de claves cuánticas (QKD) es un método que se basa en el intercambio de claves secretas entre dos partes para descifrar la información, lo que dificulta que los espías puedan escuchar y, en teoría, es imposible de hackear.
“Sin embargo, es ampliamente conocido que los dispositivos QKD realistas pueden ser vulnerables a varios tipos de ataques de canal lateral que se basan en fallas en la implementación experimental”, dijo el investigador cuántico Alexander Miller en un artículo no revisado por pares presentado en línea el 10 de mayo.
Después de analizar los datos obtenidos durante la comunicación entre una estación terrestre y Micius, Miller encontró retrasos de tiempo entre los láseres del transmisor cuántico a bordo, lo que demostró que la “distribución de claves cuánticas desde Micius era insegura”.
El artículo se publicó como una preimpresión en el repositorio de acceso abierto arXiv, lo que significa que no ha sido sometido a revisión por pares.
Miller está actualmente afiliado al Departamento de Física de la Universidad Nacional de Singapur, según el artículo.
Su perfil de investigación en línea indica que anteriormente estuvo afiliado a la empresa cuántica QSpace Technologies con sede en Moscú (que se menciona en el documento como el proveedor de los datos utilizados en el análisis) y al Centro de Tecnologías Cuánticas de Moscú.
El South China Morning Post se puso en contacto con la Universidad Nacional de Singapur, que no respondió.
QSpace Technologies, que se negó a hacer comentarios sobre el contenido del artículo, dijo que no tenía conocimiento del mismo antes de su publicación y que no había recibido una solicitud oficial de datos del autor, y agregó que estaba agradecido con sus colegas chinos por la oportunidad de realizar un experimento conjunto con el satélite.
Micius, también conocido como Mozi, se lanzó en 2016 como el primer satélite cuántico en órbita. Se basa en el protocolo BB84 de estado señuelo, uno de los esquemas de distribución de claves cuánticas más ampliamente implementados.
En el protocolo BB84, antes de que el emisor –Alice– envíe una serie de unos y ceros codificados en fotones al receptor –Bob–, establece su orientación.
Cuando Bob los recibe, adivina qué base o herramienta debería usar para medir los fotones, después de lo cual Alice y Bob comparten las herramientas que usaron para medir la dirección de cada fotón en un canal público, pero no comparten si fue un 0 o un 1. Si usaran la misma herramienta, conservarían los fotones y establecerían una clave secreta.
Si Alice pudiera enviar fotones individuales perfectamente aislados, este proceso protegería contra intrusos, ya que cualquiera que intentara medir el fotón antes de que llegara a Bob podría usar la herramienta incorrecta y estropear su polarización. Esto generaría una mayor tasa de error, lo que les indicaría la presencia de un intruso.
Los sistemas QKD reales utilizan fuentes láser débiles para garantizar la seguridad, lo que puede generar estados multifotónicos. Esto significa que un espía, Eve, podría dividir estos componentes y conservar un fotón antes de enviar el resto a Bob sin alertar a los demás.
Para ayudar a superar este problema, se desarrolló el protocolo de estados señuelo en el que Alice utiliza niveles de intensidad elegidos aleatoriamente tanto para los estados de señal previstos como para los estados señuelo, que Eve no puede distinguir.
Cuando Alice y Bob hacen su comparación, pueden monitorear los estados del señuelo y las tasas de error para ver si Eva estaba presente.
Si bien en teoría este método puede evitar las escuchas clandestinas, en realidad hay exploits basados en ejecución que pueden usarse para crear ataques de canal lateral.
Micius tiene múltiples láseres a bordo que se utilizan para enviar pulsos, que pueden diferir en distribuciones espaciales, espectrales y temporales, lo que significa que los estados cuánticos que transmiten “pueden así ser distinguibles”, dijo Miller.
La distinción entre fotones “compromete la seguridad incondicional” de la QKD.
Miller analizó datos experimentales obtenidos entre octubre de 2021 y marzo de 2022 durante sesiones de comunicación entre el satélite y una estación terrestre ubicada en el Observatorio Zvenigorod en Rusia.
“Se encontraron retrasos de tiempo relativos entre todos los diodos láser a bordo, tal como estaban durante esos experimentos”, escribió.
Durante el análisis, descubrió que el retraso típico excedía los 100 picosegundos (un picosegundo equivale a una billonésima de segundo) y el mayor retraso observado ascendía a 300 picosegundos.
“Con tal desajuste temporal, se demostró que un atacante potencial que utilizara el equipo más perfecto posible, a menos que violara las leyes de la física, era capaz de distinguir los estados señuelo de los estados señal en al menos el 98,7 por ciento de los casos”, afirma el artículo.
“Ofrece un gran potencial para el hackeo, ya que uno de los supuestos en los que se basa la seguridad del protocolo de estado señuelo es que los niveles de intensidad seleccionados para la transmisión de cúbits no se conocen de antemano”.
Se había informado previamente que los diodos láser a bordo del Micius estaban sincronizados con una precisión de 10 picosegundos, y Miller dijo que la pregunta de por qué estos nuevos datos contradicen eso “ha permanecido abierta”.
Dijo que podría deberse a que algo sucede con el transmisor cuántico a bordo, aunque los láseres se controlan independientemente, por lo que esto es poco probable.
“Este trabajo muestra una vez más cuán inseguros pueden ser los dispositivos realistas para la comunicación cuántica a pesar de la seguridad teóricamente probada de los protocolos QKD utilizados”, escribió Miller.
Añadió que, en particular para las misiones espaciales en las que cambiar los parámetros en órbita es difícil, se debería considerar una sincronización horaria adecuada y la capacidad de configurar retrasos de tiempo.
Se deben realizar rigurosas pruebas previas al vuelo antes del lanzamiento de una nave espacial. Además, se deben prever comandos especiales desde la Tierra para controlar la temperatura, la corriente, los retrasos y otros parámetros, afirmó Miller.
Dijo que el uso de un transmisor QKD basado en un solo láser podría ser una alternativa, aunque esto “no garantiza la eliminación completa de los canales laterales”.
