A UVigo lidera un dos paquetes de traballo de Caramuel, a primeira misión satelital en órbita xeoestacionaria para comunicacións cuánticas

Financiado pola Axencia Espacial Europea e liderado pola empresa Hispasat, este estudo reúne a participación de múltiples empresas e organismos de relevancia internacional co obxectivo de desenvolver unha carga útil que sitúe a España á vangarda das comunicacións espaciais seguras. “A intención é lanzar un satélite comercial xeoestacionario para comunicacións cuánticas, algo que, se todo sae ben, podería producirse en 2025”, explica o profesor e investigador de atlanTTic, Marcos Curty, responsable deste proxecto na Universidade de Vigo.

Só as tecnoloxías cuánticas poderán garantir a seguridade das comunicacións

A aparición dos computadores cuánticos achega unha potencia computacional moito maior que a dos computadores tradicionais para determinados problemas, entre eles, a descomposición en factores primos nos que está baseada a seguridade da actual criptografía non simétrica. Isto supoñerá un cambio de paradigma nas comunicacións seguras, xa que atacantes con ordenadores cuánticos poderán descifrar as encriptacións actuais en cuestión de segundos. Por iso, é fundamental o desenvolvemento dun sistema que permita enviar información coas garantías necesarias nas contornas de comunicacións gobernamentais (civís e militares), xestión de infraestruturas críticas e aplicacións e servizos de interese económico, ambiental ou tecnolóxico, así como grandes corporacións.

A distribución cuántica de claves mediante un sistema de comunicacións ópticas permite garantir con certeza a súa seguridade, xa que a integridade das claves establecidas verifícase de maneira continua grazas ás propiedades cuánticas dos fotóns. Na actualidade, a tecnoloxía comercial non permite usar conexións baseadas en fibra óptica para establecer comunicacións cuánticas de algo máis de 100 quilómetros de distancia sen empregar nodos confiables. En cambio, o uso do satélite para o envío de claves cuánticas permite cubrir calquera distancia, xa que a atenuación do sinal é menor no espazo libre. En concreto —e a diferenza doutras órbitas—, as coberturas xeoestacionarias, a 36.786 km de altura, permiten establecer estas comunicacións entre continentes enteiros cun só satélite, de maneira continua e sen necesidade de establecer seguimento do sinal.

“A criptografía clásica non pode garantir a seguridade das comunicacións, salvo que a capacidade computacional dun atacante este limitada, e co desenvolvemento dos computadores cuánticos a seguridade das comunicacións actuais está seriamente amenazada”, explica Curty, ao tempo que insiste en que, pola contra, “as tecnoloxías cuánticas poden garantir a seguridade das comunicacións, independentemente da capacidade computacional do atacante”.

A UVigo encargouse de avaliar os diferentes protocolos cuánticos...

A misión Caramuel conta con diferentes fases. Na actualidade atópase na fase A e nela a Universidade de Vigo participa liderando o paquete de traballo relacionado coa avaliación de protocolos. Tal e como explica Curty, o principal mérito das comunicacións cuánticas é que se pode demostrar que son seguras. Para establecer unha clave criptográfica pódense empregar diferentes protocolos cuánticos, unha especie de lista de instrucións sobre o que se debe facer, desde que sinais cuánticas hai que transmitir e que tipo de medidas deben realizarse no receptor ata como teñen que procesarse os datos obtidos. “O obxectivo final é destilar unha clave secreta, unha serie de números –ceros e uns- totalmente aleatorios que son iguais entre o emisor e o receptor, garantindo a súa seguridade, é dicir, que ningún posible atacante poida ter acceso á información”, salienta Curty, quen recalca o feito de que ter unha clave secreta simétrica é fundamental para poder transmitir a información de maneira segura. “Na UVigo o que fixemos foi avaliar todos os protocolos existentes e seleccionar aquel que se considera máis adecuado para este tipo de misión, é dicir, aquel que permite establecer claves desde un satélite xeoestacionario, algo que a maioría non permitiría debido as perdas ópticas neste tipo de enlace”.

A maiores fíxose tamén unha estimación da taxa de xeración de claves secretas que se poderían chegar a alcanzar, isto é, cantos bits de claves secretas por segundo sería posible lograr cun satélite xeoestacionario, en función dos parámetros de seguridade que se queiran conseguir. “Por outra banda, tamén damos consellos sobre á implementación dos protocolos relativos ao hardware, é dicir, sobre como se poderían implementar estes protocolos de manera máis eficiente”, salienta o investigador da Escola de Enxeñaría de Telecomunicación.

... e participa tamén no comité asesor da misión

Ademais de liderar o paquete de traballo de Avaliación de Protocolos, a Universidade de Vigo participa tamén no comité asesor (Advisory Committee) desta misión , encargada de supervisar o conxunto de tarefas que se fixeron e que se están facer. “Somos responsables de revisar a tecnoloxía dos protocolos cuánticos seleccionados, algo moi vinculado ás tarefas do grupo de traballo que nós lideramos, de revisar a arquitectura global do sistema –como se vai facer para establecer as claves entre os diferentes puntos- e de avaliar a seguridade de extremo a extremo”.

Achega española ao espazo europeo seguro

A Comisión Europea anunciou en xuño de 2019 o seu manifesto a favor da European Quantum Communications Infrastructure (EuroQCI), que despregará nos próximos anos os primeiros nodos de comunicacións cuánticas en diversos países da Unión. Estes nodos, de alcance metropolitano, estarán conectados entre si vía satélite para garantir a súa resiliencia. Para iso, o sistema de comunicacións seguras por satélite promovido pola Comisión —en cuxo estudo preliminar participou Hispasat—, incluirá entre as súas misións estas conexións satelitales da EuroQCI. Caramuel permitirá a España configurar a súa principal contribución a estas iniciativas europeas no ámbito espacial.

“Xa no ano 2020 a Comisión encargou un primeiro estudo sobre o diseño da arquitectura da futura EuroQCI a un grupo de expertos de diferentes empresas e institucións e, entre 2021 e 2022, realizouse un segundo estudo máis detallado desta arquitectura. Na Universidade de Vigo participamos en ambos estudos liderando as tarefas relacionadas coa seguridade das comunicacións cuánticas”, recalca Curty.

Integrantes da misión Caramuel

Neste estudo de viabilidade participan xunto a Hispasat empresas como Alter, Banco Santander, BBVA, Cellnex, Das Photonics, GMV, Indra, Oesia, Quside, Sener, Telefónica e Thales Alenia Space España; e instituciones e universidades coma, a propia Universidade de Vigo, o Centro Criptolóxico Nacional (CCN), o Consello Superior de Investigacións Científicas (CSIC), o Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), o Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO), o Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA), a Universidad Politécnica de Madrid (UPM) e a Universidade de Vigo.