Capítulo 2 — Seguridad cuántica y poscuántica: la frontera de la investigación
Mapa de la lección
Lección 02 publicada. Mapa, ejemplo, EX008.
flowchart TD
N0["Resultados de aprendizaje y conexión"]
N1["2.1 Por qué cuesta ver la frontera"]
N2["2.2 Familias de investigación"]
N3["2.3 Qué resolvió la normalización y qué no"]
N4["2.4 Evaluación: qué hace creíble un estudio de inven"]
N5["2.6 Actividad práctica — Lab 2: codificar el mapa"]
N6["2.7 Una laguna falsable"]
N7["Síntesis del capítulo"]
N0 --> N1 --> N2 --> N3 --> N4 --> N5 --> N6 --> N7
N7 --> EX["Ejemplo resuelto"]
EX --> Q["Ejercicio EX008"]
Dibujo lógico
flowchart LR
N0["Resultados de aprendizaje y conexión"]
N1["2.1 Por qué cuesta ver la frontera"]
N2["2.2 Familias de investigación"]
N3["2.3 Qué resolvió la normalización y qué no"]
N4["2.4 Evaluación: qué hace creíble un estudio de inven"]
N5["2.6 Actividad práctica — Lab 2: codificar el mapa"]
N6["2.7 Una laguna falsable"]
N7["Síntesis del capítulo"]
N0 --> N1 --> N2 --> N3 --> N4 --> N5 --> N6 --> N7 --> Q["EX008"]
[Resultados de aprendizaje y conexión]
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[2.1 Por qué cuesta ver la frontera]
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[2.2 Familias de investigación]
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[2.3 Qué resolvió la normalización y qué no]
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[2.4 Evaluación: qué hace creíble un estudio de inven]
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[2.6 Actividad práctica — Lab 2: codificar el mapa]
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[2.7 Una laguna falsable]
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[Síntesis del capítulo]
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[Ejemplo resuelto] --> [Ejercicio EX008]
Resultados de aprendizaje y conexión
Al terminar este capítulo usted podrá (1) describir las seis grandes familias de investigación en seguridad cuántica y poscuántica y el tipo de evidencia que produce cada una; (2) explicar qué dejó resuelto el proceso de normalización del NIST y qué dejó abierto; (3) evaluar un estudio de PQC en cuanto a validez de constructo, equidad de la línea base e independencia del corpus; (4) codificar un mapa de la literatura y localizar una celda vacía; y (5) formular una laguna falsable. Se apoya en la escalera de afirmaciones del capítulo 1 y aporta la pregunta que el capítulo 3 convierte en una contribución.
2.1 Por qué cuesta ver la frontera
El campo está repartido entre comunidades que rara vez se citan entre sí: investigadores de algoritmos cuánticos que publican en arXiv, criptógrafos en los foros de la IACR y en el archivo ePrint de la IACR, ingenieros de protocolos en el IETF y profesionales que escriben informes de fabricantes. El vocabulario varía —«quantum-safe», «quantum-resistant», «post-quantum» y «PQC-ready» se usan sin precisión—, de modo que una búsqueda por palabras clave pierde la mitad de la literatura. Construya una tabla de sinónimos antes de buscar y anote la fecha: en este campo, una revisión de hace dos años puede presentar como candidato destacado un esquema ya roto.
2.2 Familias de investigación
- Criptoanálisis cuántico y estimación de recursos. El algoritmo de Shor rompe la factorización y los logaritmos discretos en tiempo polinómico en una máquina tolerante a fallos (Shor 1997); la búsqueda de Grover ofrece como mucho una aceleración cuadrática contra claves simétricas y funciones hash (Grover 1996), y por eso AES-256 y SHA-384/512 siguen siendo las opciones conservadoras en lugar de sustituirse. La investigación actual afina los recuentos de cúbits y de tiempo (Gidney and Ekerå 2021; Gidney 2025). Evidencia: análisis algorítmico bajo modelos de hardware explícitos.
- Problemas difíciles y esquemas. Retículos: el aprendizaje con errores (Regev 2009) y sus variantes modulares sustentan ML-KEM y ML-DSA; Falcon (retículos NTRU) se está normalizando como FN-DSA. Hash: SLH-DSA (sin estado) y LMS/XMSS (con estado; RFC 8554, RFC 8391) dependen solo de propiedades de las funciones hash. Códigos: Classic McEliece desciende de McEliece (1978); HQC fue seleccionado en marzo de 2025 para normalizarse como segundo KEM basado en un supuesto distinto (NIST IR 8545). Multivariantes: Rainbow, finalista de la tercera ronda, cayó ante un ataque de recuperación de clave (Beullens 2022). Isogenias: SIKE cayó ante un ataque eficiente de recuperación de clave (Castryck and Decru 2022). Evidencia: demostraciones, criptoanálisis, estimaciones de parámetros.
- Normas y políticas. FIPS 203/204/205 (agosto de 2024), SP 800-227 sobre el uso de KEM (septiembre de 2025), el borrador del plan de transición NIST IR 8547 y la guía sobre agilidad de NIST CSWP 39. Evidencia: documentos con estado e historial.
- Protocolos híbridos. Terminología en RFC 9794; grupos híbridos de TLS 1.3 como X25519MLKEM768 en RFC 10024. Las preguntas de investigación atañen a la seguridad del combinador, el tamaño de los mensajes, la tolerancia de los equipos intermedios y la resistencia a la degradación. Evidencia: demostraciones, pruebas de interoperabilidad, medición en internet.
- Seguridad de la implementación. Aritmética de tiempo constante, tratamiento de los fallos de descifrado, ataques por inyección de fallos y canales laterales en implementaciones de retículos; las fugas temporales por divisiones dependientes de secretos en varias implementaciones de Kyber se publicaron como «KyberSlash» (Bernstein et al. 2024). Evidencia: medición de laboratorio sobre versiones de código identificadas.
- Inventario y agilidad. Cómo descubren las organizaciones dónde se usa la criptografía, cómo construyen una lista de materiales criptográficos (CBOM) y cómo hacen sustituibles los algoritmos. Evidencia: estudios de caso, bancos de pruebas, mediciones de campo; es la familia menos madura metodológicamente, como muestra el Lab 2.
2.3 Qué resolvió la normalización y qué no
El proceso del NIST resolvió una cartera: un KEM de propósito general (ML-KEM), una firma basada en retículos (ML-DSA) y una firma conservadora basada en hash (SLH-DSA), con Falcon y HQC por llegar (NIST IR 8413 explica las selecciones de la tercera ronda). No resolvió el despliegue: cómo deben combinarse los secretos híbridos en cada protocolo, cómo deben transportar los certificados claves nuevas o compuestas, cómo deben arreglárselas los dispositivos limitados con firmas ML-DSA de 2.420 a 4.627 bytes (conjuntos de parámetros de FIPS 204) o cómo puede demostrar una organización que ha encontrado todos los usos vulnerables a la computación cuántica. Las roturas de Rainbow y SIKE en una fase tardía del proceso son el recordatorio permanente del campo de que la confianza en un problema difícil se gana a lo largo de años, y ese es el argumento científico a favor del despliegue híbrido y de la agilidad.
2.4 Evaluación: qué hace creíble un estudio de inventario o de migración a PQC
Hágase cinco preguntas. Validez de constructo: ¿«uso vulnerable» significa un algoritmo presente en el código, configurado, negociado o que protege datos de larga vida útil? Verdad de referencia: ¿quién la adjudicó, sin conocer el método evaluado? Equidad de la línea base: ¿configuró la herramienta rival alguien competente y con el mismo acceso? Independencia del corpus: ¿se ajustó el método sobre el mismo corpus en que se evaluó, o se validó en una segunda organización? Incógnitas: ¿se informa de los activos inalcanzables? Un estudio puede ser útil aunque falle en algunas, pero sus afirmaciones deben reducirse en consecuencia.
2.5 Ejemplo resuelto: evaluación de los estudios sintéticos Q1–Q8
Q1 y Q6 son estudios de caso de un solo hospital que informan de «se encontró el 94 % del uso de RSA» frente a una verdad de referencia producida por la misma herramienta: un razonamiento circular. Q2 y Q8 comparan escáneres sobre un corpus publicado por uno de los fabricantes: independencia «mismo fabricante». Q3 mide la negociación de grupos híbridos en un gran conjunto de sitios web públicos con un método documentado y es independiente. Q4 compara saludos híbridos en un laboratorio sin replicación externa. Q5 reproduce una fuga temporal en dos laboratorios independientes. Q7 es un artículo de posición sobre agilidad sin datos. Codificarlos (Lab 2) muestra que el inventario —la familia de la que más depende un programa de migración— no tiene ningún estudio validado sobre un corpus independiente. Esa celda vacía se convierte en la laguna del Estudio Ciphertrail.
2.6 Actividad práctica — Lab 2: codificar el mapa
# Lab 2 (synthetic): code eight fictional studies Q1-Q8 and find empty cells.
studies = { # id: (family, evidence type, corpus independence)
"Q1": ("inventory", "single-org case", "none"),
"Q2": ("inventory", "benchmark", "same-vendor"),
"Q3": ("hybrid-protocol", "internet measurement", "independent"),
"Q4": ("hybrid-protocol", "lab benchmark", "none"),
"Q5": ("implementation", "side-channel lab", "independent"),
"Q6": ("inventory", "single-org case", "none"),
"Q7": ("agility", "position paper", "none"),
"Q8": ("inventory", "benchmark", "same-vendor"),
}
families = sorted({f for f, _, _ in studies.values()})
indep = ["none", "same-vendor", "independent"]
print(f"{'family':16s}" + "".join(f"{i:>13s}" for i in indep))
for fam in families:
row = [sum(1 for f, _, c in studies.values() if f == fam and c == i) for i in indep]
print(f"{fam:16s}" + "".join(f"{n:13d}" for n in row))
gaps = [fam for fam in families
if not any(f == fam and c == "independent" for f, _, c in studies.values())]
print("families with no independently validated study:", ", ".join(gaps))
Salida esperada:
family none same-vendor independent
agility 1 0 0
hybrid-protocol 1 0 1
implementation 0 0 1
inventory 2 2 0
families with no independently validated study: agility, inventory
Amplíe el esquema de codificación con una cuarta columna para «verdad de referencia independiente de la herramienta» y vuelva a ejecutarlo; una laguna que sobrevive a dos codificaciones es más defendible que una que aparece con un único esquema.
La tabla hace visible la laguna de un vistazo: cuatro estudios de inventario, ninguno validado sobre un corpus independiente. La codificación vale lo que valen sus reglas, así que escriba qué cuenta como mismo fabricante o como independiente antes de codificar y pida a una segunda persona que codifique por separado los ocho estudios. Si el segundo codificador pasa un estudio a la columna de independientes, el enunciado de la laguna debe cambiar antes de entrar en la propuesta.
2.7 Una laguna falsable
Una laguna no es «nadie ha estudiado los inventarios de PQC». Es una ausencia concreta y comprobable: ningún método de inventario publicado informa de la exhaustividad para los usos de establecimiento de claves y de firma vulnerables a la computación cuántica frente a una adjudicación ciega, sobre un corpus independiente de su corpus de desarrollo y con la proporción desconocida declarada. El enunciado es falsable —un solo contraejemplo en la literatura lo cerraría— y nombra las mediciones que debe realizar una contribución.
Vuelva a contrastar la laguna con la literatura justo antes de la entrega, porque un contraejemplo publicado durante la tesis la cerraría. Anote la fecha y la búsqueda empleada en esa comprobación final. Si aparece un estudio que llena en parte la laguna, la contribución todavía puede sostenerse, pero debe reposicionarse como replicación o ampliación y no como primera medición.
2.8 Errores comunes y límites
- Citar como candidato un esquema roto porque la revisión es anterior a la rotura.
- Tratar a Grover como fatal para AES; en el modelo idealizado reduce a la mitad la longitud efectiva de la clave y es mucho más difícil de paralelizar.
- Confundir la distribución cuántica de claves (QKD) con la PQC. La QKD es una técnica de capa física con requisitos propios; varias agencias nacionales, entre ellas la NSA, no la recomiendan para sistemas de seguridad nacional.
- Equivocarse sobre el estado de las normas: FN-DSA y HQC no eran normas definitivas el 12 de octubre de 2026.
- El corpus del Lab 2 es inventado; lo que se transfiere es el método, no los recuentos.
Ejercicios — capítulo 2
Rúbrica de 0 a 3 como en el capítulo 1.
- EX008 — Tabla de sinónimos. Construya una tabla de doce términos con sinónimos y exclusiones para una búsqueda sobre inventario de PQC en arXiv, ePrint y el IETF. Evidencia: la tabla y dos cadenas de búsqueda. Rúbrica: 3 = cubre el vocabulario de fabricantes y de normas y excluye de forma deliberada los trabajos solo sobre QKD.
- EX009 — Evidencia por familia. Para cada una de las seis familias, nombre la forma de evidencia más sólida y una debilidad típica. Evidencia: tabla de seis filas. Rúbrica: 3 = debilidades específicas.
- EX010 — Comprobación de estado. Verifique en páginas primarias el estado actual de FIPS 206, de la norma HQC y de NIST IR 8547. Evidencia: tres citas con la fecha de comprobación. Rúbrica: 3 = solo fuentes primarias, fechas anotadas.
- EX011 — Evaluar Q1. Aplique a Q1 las cinco preguntas de evaluación. Evidencia: un párrafo por pregunta. Rúbrica: 3 = identifica la verdad de referencia circular y la afirmación que aún puede sostener.
- EX012 — Recodificar el mapa. Añada al Lab 2 la columna «verdad de referencia independiente» con sus propios juicios. Evidencia: diff del código y salida. Rúbrica: 3 = códigos justificados y laguna reexaminada.
- EX013 — Lecciones de las roturas. Explique en 250 palabras qué implican las roturas de Rainbow y SIKE para la arquitectura de la migración. Rúbrica: 3 = vincula las roturas con el despliegue híbrido y la agilidad sin exagerar.
- EX014 — Formular la laguna. Escriba en una frase una laguna falsable para una pregunta propia. Rúbrica: 3 = nombra la población, la medición y lo que la falsaría.
Síntesis del capítulo
La frontera abarca seis familias con culturas de evidencia distintas. La normalización resolvió una cartera de algoritmos, no su despliegue. El inventario y la agilidad —las familias de las que más dependen las migraciones— tienen la evidencia más débil, y una laguna falsable en ese terreno es una contribución doctoral legítima.
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