Investigadores del MIT han desarrollado un microchip ultraeficiente que permite implementar criptografía post-cuántica en dispositivos biomédicos inalámbricos, mejorando su seguridad sin aumentar significativamente el consumo energético.
El avance de los ordenadores cuánticos plantea serios desafíos para la seguridad de los datos, ya que se prevé que puedan eludir los esquemas de protección tradicionales. Ante esta amenaza, científicos y responsables políticos están trabajando en el desarrollo e implementación de la criptografía post-cuántica, una solución destinada a proteger la información sensible frente a futuros ataques.
Investigadores del MIT han creado un microchip ultraeficiente que permite aplicar técnicas de criptografía post-cuántica en dispositivos biomédicos inalámbricos, como marcapasos y bombas de insulina. Estos dispositivos, que pueden ser portátiles, ingeribles o implantables, suelen enfrentar limitaciones energéticas que dificultan la implementación de protocolos de seguridad complejos.
El chip desarrollado por el equipo del MIT es del tamaño de la punta de una aguja y cuenta con protecciones integradas contra intentos físicos de hacking que podrían eludir la encriptación y robar datos sensibles, como números de seguridad social o credenciales del dispositivo. En comparación con diseños anteriores, esta tecnología es más de diez veces más eficiente energéticamente.
A largo plazo, este nuevo microchip podría permitir que los dispositivos médicos inalámbricos mantengan un alto nivel de seguridad a medida que la computación cuántica se vuelva más común. Además, su diseño podría aplicarse a diversos tipos de dispositivos edge con recursos limitados, como sensores industriales y etiquetas inteligentes.
“Los dispositivos pequeños están por todas partes, y los biomédicos son a menudo los más vulnerables porque las restricciones energéticas impiden implementar niveles avanzados de seguridad. Hemos demostrado una solución práctica para proteger la privacidad de los pacientes”, afirma Seoyoon Jang, estudiante graduado del departamento de ingeniería eléctrica y ciencias computacionales (EECS) del MIT y autor principal del estudio sobre el chip.
Según Jang, un gran porcentaje de dispositivos biomédicos inalámbricos, como biosensores ingeribles para monitoreo de salud, carecen actualmente de una protección sólida debido a las exigencias computacionales de los protocolos existentes. La complejidad asociada con la criptografía post-cuántica puede aumentar el consumo energético entre dos y tres órdenes de magnitud.
La implementación efectiva de estas nuevas técnicas es crucial, ya que organismos reguladores como el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) comenzarán a eliminar gradualmente los protocolos criptográficos tradicionales en favor de algoritmos más robustos basados en PQC. Además, líderes industriales consideran urgente esta transición debido al rápido avance del hardware cuántico.
Para adaptar estos protocolos exigentes en términos energéticos a los dispositivos biomédicos inalámbricos, los investigadores diseñaron un circuito integrado específico (ASIC) que minimiza el consumo energético mientras garantiza un alto nivel de seguridad.
Para lograr sus objetivos, el equipo incorporó diversas características en el diseño del chip. Primero, implementaron dos esquemas diferentes de criptografía post-cuántica para mejorar la robustez y "futuro-proteger" el dispositivo ante posibles vulnerabilidades futuras. Para optimizar la eficiencia energética, utilizaron técnicas que permiten compartir recursos computacionales entre los algoritmos PQC.
Además, desarrollaron un generador verdadero aleatorio altamente eficiente dentro del chip que produce continuamente números aleatorios esenciales para crear claves secretas. Este diseño mejora tanto la eficiencia energética como la seguridad en comparación con métodos estándar que dependen de chips externos para obtener números aleatorios.
Por último, incluyeron contramedidas contra ataques físicos conocidos como ataques por canal lateral basado en energía. Estos ataques permiten a hackers robar información secreta analizando el consumo eléctrico durante el procesamiento. Los investigadores añadieron redundancia suficiente en las operaciones PQC para protegerse contra estos riesgos.
"Al final del día, gracias a las técnicas utilizadas, podemos aplicar estas primitivas criptográficas post-cuánticas sin añadir carga adicional al sistema", concluye Jang. El dispositivo ha demostrado ser entre 20 y 60 veces más eficiente energéticamente que otras técnicas comparadas y ocupa menos espacio que muchos chips existentes.
Anantha Chandrakasan, provost del MIT y profesor Vannevar Bush en EECS, subraya: “A medida que avanzamos hacia enfoques post-cuánticos, proporcionar una fuerte seguridad incluso para dispositivos con recursos limitados es esencial”. Los investigadores planean extender estas técnicas a otras aplicaciones vulnerables y dispositivos restringidos energéticamente en el futuro.
Dicha investigación recibió financiación parcial por parte de la Agencia Avanzada para Proyectos de Investigación en Salud (ARPA-H) estadounidense.
El nuevo chip es un microchip ultraeficiente que permite implementar técnicas de criptografía post-cuántica en dispositivos biomédicos inalámbricos, como marcapasos y bombas de insulina, que suelen tener limitaciones de energía.
La PQC es crucial porque se espera que las computadoras cuánticas puedan romper los esquemas de seguridad tradicionales. Implementar PQC en dispositivos biomédicos asegura que la información sensible, como datos de pacientes, esté protegida frente a futuros ataques.
El chip incluye dos esquemas diferentes de PQC para mayor robustez, un generador de números aleatorios en el chip para mejorar la seguridad y medidas contra ataques físicos, como ataques laterales de consumo de energía.
El dispositivo logra entre 20 y 60 veces más eficiencia energética que otras técnicas de seguridad PQC comparadas, lo que lo hace ideal para dispositivos con recursos limitados.