A medida que las computadoras cuánticas avancen, se espera que puedan romper los esquemas de seguridad probados y verdaderos que actualmente mantienen la mayoría de los datos confidenciales a salvo de los atacantes. Los científicos y los responsables políticos están trabajando para diseñar e implementar la criptografía poscuántica para defenderse de estos futuros ataques.
Investigadores del MIT han desarrollado un microchip ultraeficiente que puede llevar técnicas de criptografía poscuántica a dispositivos biomédicos inalámbricos, como marcapasos y bombas de insulina. Estos dispositivos portátiles, ingeribles o implantables suelen tener demasiadas limitaciones de energía para implementar estos protocolos de seguridad computacionalmente exigentes.
Su pequeño chip, que tiene aproximadamente el tamaño de la punta de una aguja muy fina, también incluye protecciones integradas contra intentos de piratería física que pueden eludir el cifrado para robar datos del usuario, como el número de seguro social de un paciente o las credenciales del dispositivo. En comparación con diseños anteriores, la nueva tecnología es más de un orden de magnitud más eficiente energéticamente.
A largo plazo, el nuevo chip podría permitir que los dispositivos médicos inalámbricos de próxima generación mantengan una seguridad sólida incluso cuando la computación cuántica se vuelva más frecuente. Además, podría aplicarse a muchos tipos de dispositivos periféricos con recursos limitados, como sensores industriales y etiquetas de inventario inteligentes.
“Los pequeños dispositivos de borde están en todas partes, y los dispositivos biomédicos son a menudo los objetivos de ataque más vulnerables porque las limitaciones de energía les impiden tener los niveles más avanzados de seguridad. Hemos demostrado una solución de hardware muy práctica para proteger la privacidad de los pacientes”, dice Seoyoon Jang, estudiante graduado en ingeniería eléctrica e informática (EECS) del MIT y autor principal de un artículo sobre el chip.
A Jang se une en el artículo Saurav Maji PhD ’23; el académico visitante Rashmi Agrawal; los estudiantes graduados de EECS Hyemin Stella Lee y Eunseok Lee; Giovanni Traverso, profesor asociado de ingeniería mecánica en el MIT, gastroenterólogo del Brigham and Women’s Hospital y miembro asociado del Broad Institute del MIT y Harvard; y la autora principal Anantha Chandrakasan, rectora del MIT y profesora Vannevar Bush de Ingeniería Eléctrica e Informática. La investigación se presentó recientemente en la Conferencia de circuitos integrados personalizados del IEEE.
Mayor seguridad
Un gran porcentaje de dispositivos biomédicos inalámbricos, como los biosensores ingeribles para el control de la salud, actualmente carecen de una protección sólida debido a las demandas computacionales de los protocolos de seguridad existentes, afirma Jang.
Pero la complejidad de la criptografía poscuántica (PQC) puede aumentar el consumo de energía en dos o tres órdenes de magnitud.
La implementación de PQC es de suma importancia, ya que agencias como el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) pronto comenzarán a eliminar los protocolos de criptografía tradicionales en favor de algoritmos de PQC más potentes. In addition, some industry leaders believe rapid advances in quantum hardware make La implementación de PQC es aún más urgente.
Para llevar estos protocolos PQC que consumen mucha energía a dispositivos biomédicos inalámbricos, los investigadores del MIT diseñaron un microchip personalizado, conocido como circuito integrado de aplicación específica (ASIC), que reduce en gran medida los gastos de energía y al mismo tiempo garantiza el más alto nivel de seguridad.
“PQC es algorítmicamente muy seguro, pero hacer que un dispositivo sea resistente contra ataques físicos generalmente requiere contramedidas adicionales que aumenten el consumo de energía al menos dos o tres veces. Queremos que nuestro chip sea robusto a ambas amenazas de seguridad de una manera muy liviana”, dice Jang.
Un enfoque múltiple
Para lograr estos objetivos, los investigadores incorporaron varias características de diseño en el chip.
En primer lugar, implementaron dos esquemas de PQC diferentes para mejorar la solidez y “preparar el futuro” de su dispositivo en caso de que luego se demuestre que un esquema es inseguro. Para aumentar la eficiencia energética, aplicaron técnicas que permiten a los algoritmos PQC compartir la mayor cantidad posible de recursos computacionales del chip.
En segundo lugar, los investigadores diseñaron un generador de números aleatorios verdaderos en un chip altamente eficiente. Este dispositivo genera continuamente números aleatorios para utilizarlos como claves secretas, lo cual es esencial para implementar PQC.
Su diseño en chip mejora la eficiencia energética y la seguridad con respecto a los enfoques estándar que normalmente reciben números aleatorios de un chip externo.
En tercer lugar, implementaron contramedidas que evitan un tipo de intento de piratería física, llamado ataque de canal lateral de poder, pero solo en las partes más vulnerables de los protocolos PQC.
En los ataques de canal lateral de energía, los piratas informáticos roban información secreta analizando el consumo de energía de un dispositivo mientras procesa datos. Los investigadores del MIT agregaron la redundancia suficiente a las operaciones de PQC para garantizar que el chip esté protegido contra este tipo de ataques.
En cuarto lugar, diseñaron un mecanismo de detección temprana de fallos para que el chip interrumpa las operaciones antes de tiempo si detecta un fallo de voltaje.
Los dispositivos biomédicos inalámbricos a menudo tienen fuentes de alimentación erráticas, por lo que son susceptibles a fallas que pueden provocar que falle todo un procedimiento de seguridad. El enfoque del MIT ahorra energía al evitar que el chip ejecute hasta su finalización un procedimiento condenado al fracaso.
“Al final del día, gracias a las técnicas que utilizamos, podemos aplicar estas primitivas de criptografía poscuántica sin agregar nada a los gastos generales, con el beneficio adicional de la solidez ante los ataques de canal lateral”, dice Jang.
Su dispositivo logró una eficiencia energética entre 20 y 60 veces mayor que todas las demás técnicas de seguridad PQC con las que lo compararon, con un área más compacta que muchos chips existentes.
“A medida que avanzamos hacia enfoques poscuánticos, es esencial proporcionar una seguridad sólida incluso para los dispositivos con recursos más limitados. Este trabajo muestra que se puede lograr una protección criptográfica sólida para dispositivos biomédicos y de vanguardia junto con la eficiencia energética y la programabilidad”, afirma Chandrakasan.
En el futuro, los investigadores quieren aplicar estas técnicas a otras aplicaciones vulnerables y dispositivos con limitaciones de energía.
Esta investigación fue financiada, en parte, por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada para la Salud de EE. UU.
Publicado originalmente en news.mit.edu el 22 de abril de 2026.
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