Antonio Perez

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====== NIST y Criptografía Post-Cuántica (PQC) ======

**Área:** Ciberseguridad, Criptografía y Seguridad de Redes

**Clasificación:** Documentación técnica / Referencia

**Actualización:** Octubre de 2026

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===== 1. National Institute of Standards and Technology (NIST) =====

==== ¿Qué es NIST? ====

El **National Institute of Standards and Technology (NIST)** es una agencia federal de los Estados Unidos, fundada en 1901 y perteneciente al Departamento de Comercio (U.S. Department of Commerce).

Su misión consiste en promover la innovación, la competitividad industrial y el desarrollo tecnológico mediante la investigación científica, la metrología y la elaboración de estándares técnicos.

NIST desempeña un papel fundamental en la seguridad informática al desarrollar estándares, marcos de referencia y recomendaciones para proteger sistemas de información, redes de comunicaciones e infraestructuras críticas.

**Sitio oficial:** [[https://www.nist.gov/|National Institute of Standards and Technology]]

==== Principales áreas de trabajo ====

  * **Cybersecurity:** desarrollo de estándares y buenas prácticas de seguridad informática.
  * **Cryptography:** evaluación y estandarización de algoritmos criptográficos.
  * **Risk Management:** identificación, evaluación y gestión de riesgos tecnológicos.
  * **Measurement Science:** investigación en ciencias de medición y metrología.
  * **Emerging Technologies:** investigación en inteligencia artificial, computación cuántica y tecnologías avanzadas.
  * **Critical Infrastructure:** recomendaciones para proteger sistemas y servicios esenciales.

==== Publicaciones relevantes ====

^ Publicación ^ Descripción ^
| NIST CSF 2.0 | Marco de gestión de riesgos de ciberseguridad |
| NIST SP 800-53 | Controles de seguridad y privacidad |
| NIST SP 800-207 | Arquitectura Zero Trust |
| FIPS 140-3 | Requisitos de seguridad para módulos criptográficos |
| FIPS 203 | Mecanismo post-cuántico ML-KEM |
| FIPS 204 | Firmas digitales post-cuánticas ML-DSA |
| FIPS 205 | Firmas digitales post-cuánticas SLH-DSA |

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===== 2. Post-Quantum Cryptography (PQC) =====

==== ¿Qué es la criptografía post-cuántica? ====

La **Post-Quantum Cryptography (PQC)**, o criptografía post-cuántica, comprende algoritmos criptográficos diseñados para resistir ataques de computadoras clásicas y de futuras computadoras cuánticas criptográficamente relevantes.

Su objetivo principal es proteger la confidencialidad, integridad y autenticidad de las comunicaciones digitales frente a amenazas derivadas de la computación cuántica.

A diferencia de la criptografía cuántica, PQC funciona sobre computadoras convencionales y puede integrarse en servidores, firewalls, sistemas operativos, aplicaciones y dispositivos de red compatibles.

**Referencia oficial:** [[https://csrc.nist.gov/projects/post-quantum-cryptography|NIST Post-Quantum Cryptography Project]]

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===== 3. ¿Por qué necesitamos PQC? =====

==== 3.1 Algoritmo de Shor ====

El algoritmo de Shor demuestra que una computadora cuántica suficientemente potente podría resolver eficientemente problemas matemáticos sobre los cuales se fundamentan numerosos sistemas criptográficos actuales.

Entre los algoritmos vulnerables se encuentran:

  * RSA
  * Diffie-Hellman (DH)
  * Elliptic Curve Diffie-Hellman (ECDH)
  * Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA)

Estos mecanismos se utilizan actualmente en protocolos como TLS, SSH, IPsec, VPN y sistemas de certificados digitales.

**Importante:** no todos los componentes de estos protocolos son igualmente vulnerables. El riesgo principal afecta a determinados mecanismos de intercambio de claves y firmas digitales de clave pública.

==== 3.2 Harvest Now, Decrypt Later (HNDL) ====

**Harvest Now, Decrypt Later** significa "capturar ahora y descifrar después".

Un atacante podría interceptar y almacenar comunicaciones cifradas actualmente con la intención de descifrarlas en el futuro utilizando una computadora cuántica suficientemente potente.

Ejemplo:

  - Una organización establece una conexión VPN mediante un intercambio de claves vulnerable a ataques cuánticos.
  - Un atacante captura y almacena el tráfico cifrado y los mensajes del establecimiento de claves.
  - En el futuro dispone de una computadora cuántica capaz de comprometer el mecanismo de intercambio.
  - Si logra reconstruir las claves de sesión, podría descifrar las comunicaciones almacenadas.

Este escenario es especialmente relevante para información confidencial que debe permanecer protegida durante muchos años.

==== 3.3 PQC no requiere hardware cuántico ====

Los algoritmos PQC pueden ejecutarse sobre infraestructura informática tradicional.

No requieren computadoras cuánticas para cifrar, establecer claves o generar firmas digitales.

Sin embargo, su adopción puede requerir:

  * Actualizaciones de firmware.
  * Actualizaciones de sistemas operativos.
  * Bibliotecas criptográficas compatibles.
  * Soporte de protocolos y fabricantes.
  * Validación de rendimiento e interoperabilidad.

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===== 4. Principales familias matemáticas de PQC =====

^ Familia ^ Fundamento matemático ^ Ejemplos ^
| Lattice-Based | Problemas matemáticos sobre retículas de alta dimensión | ML-KEM, ML-DSA |
| Hash-Based | Funciones hash criptográficas | SLH-DSA |
| Code-Based | Problemas asociados con códigos correctores de errores | HQC, Classic McEliece |
| Multivariate | Sistemas de ecuaciones polinómicas multivariables | UOV |

**Nota:** la pertenencia a una familia matemática no implica que todos sus algoritmos sean seguros, aprobados o estandarizados. Cada propuesta requiere evaluación criptográfica independiente.

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===== 5. Estándares oficiales NIST para PQC =====

El 13 de agosto de 2024, NIST publicó tres estándares federales para criptografía post-cuántica.

==== FIPS 203 - ML-KEM ====

**Nombre:** Module-Lattice-Based Key-Encapsulation Mechanism.

**Origen:** CRYSTALS-Kyber.

**Función:** establecimiento de secretos compartidos mediante un mecanismo de encapsulación de claves (KEM).

**Aplicaciones potenciales:**

  * TLS y HTTPS.
  * Establecimiento de claves para VPN.
  * Protocolos de comunicaciones seguras.
  * Infraestructura cloud.
  * Sistemas de comunicaciones empresariales.

**Referencia:** [[https://csrc.nist.gov/pubs/fips/203/final|NIST FIPS 203]]

==== FIPS 204 - ML-DSA ====

**Nombre:** Module-Lattice-Based Digital Signature Algorithm.

**Origen:** CRYSTALS-Dilithium.

**Función:** generación y verificación de firmas digitales.

**Aplicaciones potenciales:**

  * Autenticación de sistemas.
  * Firma de software y firmware.
  * Infraestructuras PKI.
  * Certificados digitales.
  * Protección de integridad documental.

**Referencia:** [[https://csrc.nist.gov/pubs/fips/204/final|NIST FIPS 204]]

==== FIPS 205 - SLH-DSA ====

**Nombre:** Stateless Hash-Based Digital Signature Algorithm.

**Origen:** SPHINCS+.

**Función:** firmas digitales basadas en funciones hash.

Constituye una alternativa basada en una familia matemática diferente de ML-DSA.

**Referencia:** [[https://csrc.nist.gov/pubs/fips/205/final|NIST FIPS 205]]

==== Otros algoritmos en desarrollo ====

  * **FN-DSA (FALCON):** algoritmo de firma digital seleccionado por NIST para estandarización adicional.
  * **HQC:** mecanismo de encapsulación de claves basado en códigos, seleccionado por NIST en marzo de 2025 como alternativa complementaria a ML-KEM.

La selección de un algoritmo para futura estandarización no equivale a la publicación de un estándar FIPS definitivo.

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===== 6. Criptografía simétrica y computación cuántica =====

Los algoritmos simétricos, como AES, presentan una situación diferente de RSA y ECC.

El algoritmo de Grover proporciona una aceleración cuadrática teórica para búsquedas exhaustivas no estructuradas.

Por este motivo, AES-256 proporciona un margen de seguridad importante frente a este tipo de ataque cuántico.

No obstante, AES-256 no garantiza por sí solo que todo un protocolo sea resistente a ataques cuánticos.

La seguridad también depende de:

  * El establecimiento de claves.
  * La autenticación.
  * Las firmas digitales.
  * La gestión de claves.
  * La implementación criptográfica.
  * La configuración del protocolo.

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===== 7. Impacto de PQC en infraestructuras de red =====

==== 7.1 VPN IPsec / IKEv2 ====

En una infraestructura VPN, el análisis debe considerar:

  * Métodos de establecimiento de claves.
  * Algoritmos de autenticación.
  * Compatibilidad con mecanismos PQC o híbridos.
  * Soporte del fabricante.
  * Tamaño de mensajes y fragmentación.
  * MTU y posibles problemas de interoperabilidad.
  * Capacidad de procesamiento del firewall o UTM.

La compatibilidad PQC debe comprobarse específicamente para la versión de software, hardware y protocolo implementada.

==== 7.2 SSL VPN / TLS ====

Se recomienda revisar:

  * Versión TLS utilizada.
  * Grupos de intercambio de claves admitidos.
  * Disponibilidad de mecanismos híbridos clásicos y post-cuánticos.
  * Compatibilidad de clientes y servidores.
  * Certificados y algoritmos de firma.
  * Rendimiento del establecimiento de sesión.

==== 7.3 ZTNA y Zero Trust ====

PQC y Zero Trust son conceptos complementarios.

Zero Trust define principios de arquitectura, identidad, autorización y acceso, mientras que PQC aborda amenazas criptográficas relacionadas con la computación cuántica.

Una solución ZTNA no debe considerarse automáticamente post-cuántica.

Se debe verificar la implementación criptográfica del proveedor.

==== 7.4 Infraestructura de servidores y virtualización ====

Revisar los siguientes componentes:

  * Sistemas operativos.
  * Hipervisores.
  * Servidores web y aplicaciones.
  * Balanceadores de carga.
  * Reverse proxies.
  * Sistemas de gestión de certificados.
  * Servicios de autenticación.
  * Plataformas cloud.
  * Herramientas de backup y replicación.

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===== 8. Estrategia recomendada de transición =====

==== Fase 1 - Inventario criptográfico ====

Identificar algoritmos y protocolos utilizados actualmente en:

  * Firewalls y UTM.
  * Routers y switches.
  * VPN Site-to-Site.
  * VPN Remote Access.
  * Servidores.
  * Certificados digitales.
  * Aplicaciones empresariales.
  * Servicios cloud.

==== Fase 2 - Evaluación de riesgos ====

Clasificar sistemas según:

  * Criticidad.
  * Sensibilidad de los datos.
  * Tiempo requerido de confidencialidad.
  * Exposición a redes públicas.
  * Dependencias tecnológicas.
  * Capacidad de actualización.

==== Fase 3 - Evaluación de compatibilidad ====

Verificar soporte para algoritmos estandarizados por NIST y mecanismos de transición compatibles.

No asumir que todos los equipos actuales pueden incorporar PQC mediante una simple actualización.

==== Fase 4 - Pruebas de laboratorio ====

Validar:

  * Interoperabilidad.
  * Latencia.
  * CPU y memoria.
  * Tamaño de mensajes.
  * Fragmentación.
  * Rendimiento TLS/VPN.
  * Estabilidad de sesiones.
  * Procedimientos de reversión.

==== Fase 5 - Migración progresiva ====

Priorizar los servicios de mayor riesgo y establecer procedimientos de implementación, monitoreo y rollback.

La transición debe mantener continuidad operativa y evitar la introducción de mecanismos criptográficos no validados.

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===== 9. Recomendaciones de ingeniería =====

  - Mantener un inventario actualizado de algoritmos y protocolos criptográficos.
  - Identificar servicios dependientes de RSA, DH, ECDH y ECDSA.
  - Priorizar información vulnerable a ataques Harvest Now, Decrypt Later.
  - Evaluar ML-KEM para establecimiento de claves cuando exista soporte de protocolo.
  - Evaluar ML-DSA y SLH-DSA para firmas digitales compatibles.
  - Mantener AES-256 cuando resulte apropiado dentro de arquitecturas seguras.
  - Incorporar crypto-agility en nuevos diseños.
  - Exigir evidencia de compatibilidad e interoperabilidad a los fabricantes.
  - Ejecutar pruebas antes de introducir cambios en producción.
  - Consultar periódicamente las publicaciones oficiales de NIST.

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===== 10. Referencias oficiales =====

  * [[https://www.nist.gov/|National Institute of Standards and Technology]]
  * [[https://www.nist.gov/about-nist|About NIST]]
  * [[https://csrc.nist.gov/projects/post-quantum-cryptography|NIST PQC Project]]
  * [[https://csrc.nist.gov/pubs/fips/203/final|FIPS 203 - ML-KEM]]
  * [[https://csrc.nist.gov/pubs/fips/204/final|FIPS 204 - ML-DSA]]
  * [[https://csrc.nist.gov/pubs/fips/205/final|FIPS 205 - SLH-DSA]]
  * [[https://www.nist.gov/news-events/news/2025/03/nist-selects-hqc-fifth-algorithm-post-quantum-encryption|NIST - HQC Selection]]
  * [[https://csrc.nist.gov/pubs/sp/800/207/final|NIST SP 800-207 - Zero Trust Architecture]]

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**Documento técnico de referencia**

**Tema:** NIST / Post-Quantum Cryptography / Network Security

**Nota:** Este documento es material informativo de ingeniería y no constituye una certificación NIST ni una declaración de conformidad FIPS.