{{ :airspace:challenges_security_space_2022.pdf |}} {{pdfjs 75%,46em >:airspace:challenges_security_space_2022.pdf}} ---- ---- ====== NIST y Criptografía Post-Cuántica (PQC) ====== **Área:** Ciberseguridad, Criptografía y Seguridad de Redes **Clasificación:** Documentación técnica / Referencia **Actualización:** Octubre de 2026 ---- ===== 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 | ---- ===== 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]] ---- ===== 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. ---- ===== 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. ---- ===== 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. ---- ===== 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. ---- ===== 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. ---- ===== 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. ---- ===== 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. ---- ===== 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]] ---- **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.