PKI poscuántica: una guía práctica de preparación para los equipos de seguridad de las empresas

El reloj cuántico no se detiene

La informática cuántica ya no es una simple curiosidad teórica. Es una realidad cada vez más cercana que transformará de forma radical la forma en que las organizaciones protegen sus datos más sensibles, así como la infraestructura de clave pública (PKI) que sustenta dicha protección.

Las estimaciones sitúan la llegada de los ordenadores cuánticos capaces de amenazar la criptografía actual en torno al año 2030 o poco después. Ese plazo puede parecer lejano, pero la amenaza ya es una realidad. Los atacantes están recopilando datos cifrados en la actualidad con la intención de descifrarlos una vez que las capacidades cuánticas alcancen su madurez. Esta estrategia de «recoger ahora, descifrar más tarde» implica que los datos protegidos por los algoritmos actuales podrían quedar expuestos de forma retroactiva, y la mayoría de las organizaciones ya reconocen esto como su principal preocupación en materia cuántica, según las conclusionesdelrecienteinforme «Thales Data Threat Report».

La llegada inevitable de los ordenadores cuánticos significa que la mayoría de los algoritmos en los que nos basamos actualmente para la PKI dejarán de ser seguros. La cuestión no es si tu organización debe prepararse. La cuestión es si te estás preparando con la suficiente rapidez.

Esta guía ofrece un marco práctico de cinco pasos dirigido a los equipos de seguridad de las empresas que necesitan pasar de la concienciación a la acción. Tanto si eres un CISO que está elaborando una hoja de ruta estratégica, un administrador de PKI que planifica cambios en la infraestructura o un responsable de seguridad informática que evalúa la preparación de los proveedores, estos pasos te ayudarán a trazar un camino claro hacia la resiliencia cuántica.

Por qué la computación cuántica supone una amenaza para tu PKI

Para comprender la urgencia, resulta útil entender qué es lo que cambia la informática cuántica a un nivel fundamental.

La PKI actual se basa en algoritmos criptográficos asimétricos, principalmente RSA y la criptografía de curvas elípticas (ECC), para establecer la confianza, autenticar identidades y proteger los datos en tránsito. Estos algoritmos basan su seguridad en problemas matemáticos que los ordenadores clásicos no pueden resolver en un plazo de tiempo razonable.

La computación cuántica cambia esa ecuación. Los ordenadores cuánticos, una vez que alcancen la madurez suficiente, tendrán la capacidad de hacer que la criptografía tradicional resulte, en esencia, extremadamente vulnerable. En concreto, el algoritmo de Shor puede factorizar números grandes y resolver el problema del logaritmo discreto de forma exponencialmente más rápida que cualquier ordenador clásico, lo que socava los fundamentos matemáticos en los que se basan esquemas clásicos como RSA, ECDH, ECDSA, etc.

El reto se ve agravado por el plazo de respuesta. Una vez que la tecnología cuántica alcance esa madurez, el margen de tiempo para que cualquier organización reaccione será relativamente corto. La planificación debe estar ya en marcha. Las organizaciones que esperen a que lleguen los ordenadores cuánticos antes de tomar medidas se verán obligadas a reformar a toda prisa una infraestructura criptográfica profundamente arraigada bajo presión, un escenario que aumenta drásticamente el riesgo de errores graves, interrupciones que afecten al funcionamiento y incidentes de seguridad devastadores.

Desde el punto de vista del riesgo, la computación cuántica supone un cambio radical. Cualquier dispositivo que utilice algún tipo de criptografía se convierte en un objetivo y, si dicha criptografía no es resistente a la computación cuántica, ese dispositivo queda vulnerable. Las infraestructuras que las organizaciones están construyendo hoy en día tendrán que durar cinco años o más, lo que significa que las decisiones de diseño que se tomen ahora determinarán si esos sistemas podrán resistir la transición cuántica.

Lo que ha normalizado el NIST (y qué significa para tu PKI)

El camino a seguir no es incierto. El NIST ha liderado el esfuerzo mundial para normalizar los algoritmos criptográficos poscuánticos, con el objetivo de crear sistemas seguros frente a adversarios tanto cuánticos como clásicos que, al mismo tiempo, sigan siendo compatibles con los protocolos y la infraestructura existentes. Esto proporciona a las organizaciones un conjunto de algoritmos contrastados que pueden adoptar de forma gradual, sin tener que apostar por qué enfoque acabará imponiéndose.

Ese esfuerzo ha dado lugar a normas definitivas que abarcan las dos vertientes de la PKI: el intercambio de claves y las firmas digitales. ML-KEM (FIPS 203) se encarga de la encapsulación de claves. ML-DSA (FIPS 204) y SLH-DSA (FIPS 205) ofrecen dos enfoques estructuralmente diferentes para la firma poscuántica, basados en retículas y en hash, respectivamente, lo que proporciona a las organizaciones una alternativa en caso de que los avances en criptoanálisis llegaran a debilitar la confianza en una de las familias de supuestos. El hecho de contar con dos estándares de firma independientes, basados en problemas difíciles distintos, constituye una medida de protección que el NIST ha incorporado al propio proceso. Se están elaborando nuevos estándares para ofrecer una mayor diversidad al personal de seguridad.

En el caso de las implementaciones privadas de PKI, se trata de un conjunto concreto de obligaciones de ingeniería a lo largo de todo el ciclo de vida del certificado, no de un hito abstracto. Las CA deben admitir los nuevos tipos de algoritmos de principio a fin: generación de claves, firma de certificados y validación de la cadena. Los perfiles de certificado deben admitir tamaños de clave y firma mayores que los que jamás han requerido RSA o ECDSA, lo que tendrá repercusiones en la sobrecarga TLS , el almacenamiento de certificados y la compatibilidad con dispositivos con recursos limitados. Las herramientas de emisión, validación y revocación en toda la pila, incluidos los HSM, software de las CA y las bibliotecas de cliente, deben ser compatibles con la PQC antes de que nada de esto pueda utilizarse en producción.

Nada de esto ocurre de forma aislada. La disponibilidad de los algoritmos es necesaria, pero no suficiente. Debe ir acompañada de medidas normativas que impongan plazos de migración, compatibilidad a nivel de protocolo en TLS, X.509 y los protocolos de inscripción, así como la preparación de los proveedores en todo el ecosistema de CA y HSM. Las organizaciones que esperen a que todos estos factores se alineen a la vez se verán obligadas a migrar bajo la presión de los plazos. Aquellas que consideren la «criptoagilidad» como un trabajo de infraestructura ya desde ahora —haciendo un inventario de dónde se utilizan actualmente RSA y ECC y desarrollando la capacidad de cambiar de algoritmo sin necesidad de rediseñar la arquitectura— tendrán opciones cuando las exigencias se endurezcan. Se trata del mismo tipo de migración que vivió el sector al pasar de SHA-1 a SHA-2, solo que con un plazo más largo y mucho más en juego.

Paso 1: Elabora tu inventario criptográfico

El primer paso práctico para prepararse para la tecnología cuántica es saber con qué se cuenta. No se puede planificar una migración si no se sabe qué hay que migrar.

Para alcanzar la agilidad criptográfica, lo primero es disponer de un inventario completo de las claves, los certificados y los algoritmos que se utilizan en toda la organización. Esto implica identificar cada certificado, cada clave y cada algoritmo implementado en todo el entorno, incluidos los emitidos por autoridades de certificación internas, CA públicas y emisores basados en la nube.

El reto radica en que la mayoría de las organizaciones tienen mucha menos visibilidad sobre su entorno criptográfico de lo que creen. Los distintos equipos crean sus propias autoridades de certificación. Los certificados se implementan en entornos en la nube, servidores locales, IoT y cargas de trabajo en contenedores sin un seguimiento centralizado. El resultado es lo que en el sector se denomina «proliferación de CA», un entorno criptográfico fragmentado en el que las organizaciones tienen dificultades para saber cuántos certificados digitales tienen, dónde se encuentran, quién los ha emitido o cuándo caducan.

No se puede supervisar lo que no se ve. La detección es el paso más importante para evitar interrupciones inesperadas y elaborar un plan viable de migración cuántica. Las organizaciones deben implementar herramientas de detección en redes y nubes segmentadas, incluyendoTLS , la sincronización en tiempo real con las autoridades de certificación (CA) y la detección exhaustiva de los almacenes de claves y certificados que no se detectarían únicamente mediante el análisis de la red.

Medidas a adoptar:

• Implementar la detección automatizadaen todos los entornos (locales, en la nube e híbridos)
• Catalogar todos los certificadospor autoridad de certificación emisora, tipo de algoritmo, longitud de clave y fecha de caducidad
• Identificar los certificadosque protegen datos de larga duración o infraestructuras críticas (estos son los de mayor prioridad para la migración a la PQC)
• Establecer un seguimiento continuopara que el inventario se mantenga actualizado a medida que se emitan nuevos certificados

Paso 2: Consigue agilidad criptográfica antes de que la necesites

La agilidad criptográfica (también conocida simplemente como «agilidad criptográfica») es la capacidad de una organización para cambiar de algoritmos criptográficos sin necesidad de reconstruir su infraestructura. No se trata solo de una estrategia de preparación para la era cuántica, sino de una necesidad operativa que ya ofrece beneficios en la actualidad.

Para lograr la agilidad criptográfica hay que tener en cuenta tres pilares fundamentales:

1. Un inventario criptográfico completo(tratado en el paso 1): es necesario saber qué algoritmos se están utilizando antes de poder cambiarlos.
2. Automatización y compartimentación:la capacidad de gestionar cambios criptográficos a gran escala con efectos secundarios mínimos. Los procesos manuales de gestión de certificados, las hojas de cálculo, los recordatorios de calendario y los scripts de desarrollo propio simplemente no pueden seguir el ritmo del volumen y la velocidad de las operaciones modernas relacionadas con los certificados.
3. Plazos de validez de los certificados más cortos:unos plazos de validez más cortos obligan a las organizaciones a desarrollar la automatización y los procesos que hacen posible la agilidad. Cuando los certificados deben renovarse con frecuencia, los métodos manuales se vuelven ineficaces rápidamente, lo que hace que la automatización sea obligatoria en lugar de opcional.

Esta capacidad resulta valiosa incluso si la computación cuántica nunca llegara a suponer una amenaza real. La obsolescencia de los algoritmos, los cambios en los requisitos de cumplimiento, las vulnerabilidades de las autoridades de certificación y los cambios de proveedor requieren, en todos los casos, la misma capacidad subyacente para renovar los activos criptográficos de forma rápida y fiable. Las organizaciones que desarrollen hoy en día la agilidad criptográfica estarán en condiciones de afrontar la transición cuántica como una rotación de algoritmos más, en lugar de como una reforma integral de la infraestructura.

La clave está en que tu organización pueda identificar y solucionar rápidamente las amenazas relacionadas con los certificados, ya se trate de un solo certificado o de miles. Busca soluciones que permitan la revocación masiva y una transición fluida a una nueva autoridad de certificación (CA) sin procesos manuales complejos.

Paso 3: Prueba los algoritmos poscuánticos en tu entorno

Dado que algunas normas del NIST ya se han ultimado, las organizaciones pueden empezar a probar las implementaciones de los algoritmos de PQC desde ahora, incluso antes de su implantación completa en producción.

Se recomienda a las organizaciones que prueben los nuevos algoritmos a medida que vayan estando disponibles las implementaciones candidatas definitivas. Aunque puede haber algunas diferencias entre las primeras implementaciones y las versiones listas para producción, es poco probable que las características de los algoritmos —como el impacto en el rendimiento, el tamaño de las claves y el tamaño de las firmas— cambien de forma significativa.

Las pruebas son importantes porque los algoritmos de PQC se comportan de forma diferente a sus homólogos clásicos. El tamaño de las claves es considerablemente mayor. El tamaño de las firmas varía según el algoritmo. Las características de rendimiento difieren según hardware . Las organizaciones deben comprender cómo estas diferencias afectan a sus entornos específicos antes de lanzarse a una implementación en producción.

El Gobierno de EE. UU. ya ha indicado que esperará que los proveedores adopten estos algoritmos a medida que las normas estén disponibles, y es probable que otros gobiernos y organizaciones sigan su ejemplo. Prepararse ahora es la única forma de evitar sorpresas desagradables más adelante.

Por dónde empezar a realizar las pruebas:

• Keyfactor PQC Lab:El PQC Lab ofrece una instancia EJBCA totalmente configurada con autoridades de certificación PQC, perfiles y protocolos de inscripción listos para usar. El entorno funciona durante 30 días de forma gratuita, sin cuotas de licencia ni gastos de infraestructura. Los equipos pueden probar la emisión de certificados PQC a través de múltiples protocolos, incluidos REST API, ACME y EST, utilizando algoritmos PQC aprobados por el NIST.
• Bouncy Castle :Hay disponibles implementaciones de PQC listas para producción tanto en la ediciónpara Javacomo en la deC# .NET, compatibles con ML-KEM, ML-DSA y SLH-DSA.

Áreas clave que deben evaluarse durante las pruebas:

• Compatibilidad del flujo de trabajo de emisión de certificados y de inscripción
• El impacto del tamaño de las claves y las firmas en el almacenamiento y el ancho de banda
• Pruebas de rendimiento en todo tu hardware
• Interoperabilidad con las aplicaciones y los protocolos existentes

Paso 4: Planifica tu jerarquía de CA de PQC

Una vez que hayas probado los algoritmos de PQC y hayas comprobado que funcionan en tu entorno, el siguiente paso es planificar la arquitectura de tu CA para la era poscuántica.

El enfoque recomendado para la mayoría de las organizaciones es crear una jerarquía de autoridades de certificación (CA) para la PQC independiente, de forma muy similar a como la mayoría de las empresas ya mantienen jerarquías separadas para RSA y la criptografía de curva elíptica (ECC). Este enfoque paralelo permite a las organizaciones poner en marcha autoridades de certificación compatibles con la PQC junto a su infraestructura existente sin interrumpir las operaciones actuales.

Los certificados híbridos (que combinan algoritmos clásicos y poscuánticos en un único certificado) son una alternativa; sin embargo, no son necesarios para la mayoría de los casos de uso. Una jerarquía paralela ofrece una separación más clara, una gestión más sencilla y una ruta de migración más directa.

Aspectos a tener en cuenta en la planificación:

• Plazos:Empieza ya a diseñar tu jerarquía de PQC CA, aunque aún queden meses o años para su implantación completa en producción. La fase de diseño lleva tiempo, y una planificación temprana evita tener que tomar decisiones precipitadas más adelante.
• Estructura:Refleja la estructura organizativa de tus jerarquías RSA/ECC actuales. Utiliza autoridades de certificación (CA) raíz y emisoras específicas para los algoritmos de PQC.
• Preparación del proveedor:Asegúrate de que tu proveedor de PKI sea compatible con los algoritmos estandarizados por el NIST, de modo que puedas empezar a realizar pruebas en tu entorno de laboratorio desde ya y tengas una hoja de ruta clara hacia la preparación para la era cuántica cuando estés listo para el uso en producción.
• Selección del algoritmo:ML-DSA (FIPS 204) es la opción principal para la firma de certificados. SLH-DSA (FIPS 205) ofrece una alternativa basada en hash para entornos en los que se prefieren las firmas con mayores garantías de seguridad.

Paso 5: Automatizar la gestión del ciclo de vida de los certificados a gran escala

La transición a PQC requerirá una reemisión y rotación masivas de certificados en todo su entorno. Sin una gestión automatizada del ciclo de vida de los certificados, este proceso resulta inviable para la mayoría de las organizaciones.

La atención en las empresas se ha centrado ahora en poder gestionar los certificados de forma totalmente automatizada, eliminando la intervención humana tanto por la falta de personal cualificado (muchas organizaciones no cuentan con suficiente personal dedicado a la PKI) como para evitar los errores humanos derivados de configuraciones incorrectas, que siguen siendo una de las principales causas de las violaciones de seguridad.

Para lograr una automatización eficaz que permita estar preparados para la era cuántica es necesario:

• Visibilidad centralizada:una única consola que ofrece visibilidad de todas las autoridades de certificación (CA), ya sean públicas, privadas o en la nube. No se puede automatizar lo que no se ve.
• Renovación y aprovisionamiento automatizados:la capacidad de renovar, aprovisionar e instalar certificados de forma automática y a gran escala, eliminando los procesos manuales que provocan cuellos de botella durante las transiciones a gran escala.
• Capacidad para realizar operaciones masivas:Cuando llegue el momento de pasar de los algoritmos clásicos a los de PQC, será necesario revocar y volver a emitir certificados de forma masiva. Las soluciones deben permitir la revocación masiva y una transición fluida a una nueva autoridad de certificación (CA) sin procesos manuales complejos.
• Gestión independiente de las CA:Tu plataforma de gestión de certificados debe ser compatible con todas las CA de tu entorno, garantizando que la migración a la PQC no genere nuevos silos ni puntos ciegos.

Cómo Keyfactor ayudarte Keyfactor

Keyfactor la preparación para la era cuántica a lo largo de todo el proceso, desde el descubrimiento criptográfico hasta la emisión de certificados PQC y la automatización del ciclo de vida.

Bouncy Castle Compatibilidad con PQC:Bouncy Castle, la biblioteca open-source Keyfactor, ofrece compatibilidad en entorno de producción con los tres estándares PQC del NIST.La versión 2.5.0 de C# .NETintrodujo la compatibilidad con ML-KEM, ML-DSA y SLH-DSA, mientras que laversión 1.79 de Javaañadió los mismos estándares yla versión 1.82amplió la compatibilidad para incluir HQC KEM.

EJBCA :La plataforma PKIKeyfactoradmite la emisión de certificados preparados para la era cuántica, con la flexibilidad de implementarse de forma local, en la nube, como SaaS o como un servicio totalmente gestionado. EJBCA autoridades de certificación PQC, perfiles y procesos de inscripción a través de protocolos estándar, incluidos ACME, EST y REST API.

PQC Lab:El PQC LabKeyfactorofrece un entorno de pruebas gratuito y totalmente configurado para probar los flujos de trabajo de emisión y firma de certificados PQC, lo que permite a los equipos adquirir experiencia práctica con PQC en un entorno de nivel de producción.

AgileSec: No se puede migrar la criptografía que no se ve. AgileSec detecta los activos criptográficos en redes, aplicaciones, código fuente y cargas de trabajo en la nube, señala los algoritmos vulnerables a los ataques cuánticos y elabora un inventario priorizado de lo que hay que migrar primero. Además, permite la corrección dinámica, actualizando los algoritmos sobre la marcha a medida que evolucionan los estándares, sin necesidad de modificar el código fuente.

SignServer:SignServer te permite firmar utilizando los algoritmos ML-DSA y SLH-DSA, lo que aporta capacidades a prueba de ataques cuánticos a tus flujos de trabajo de firma. SignServer EJBCA proteger las operaciones de firma que se basan en la cadena de confianza de tu PKI, garantizando que tanto la emisión de certificados como las firmas digitales estén preparadas para la era cuántica. El PQC Lab también incluye SignServer realizar pruebas prácticas de firma y sellado de tiempo con PQC.

Keyfactor Command:Para la automatización del ciclo de vida de los certificados, Keyfactor Command visibilidad centralizada, gestión y automatización de los certificados emitidos por cualquier autoridad de certificación (CA), ya sea pública o privada. Permite realizar operaciones masivas, renovaciones automáticas y la agilidad criptográfica que exigirá la transición a la PQC.

¿Tienes dudas sobre la PKI cuántica? Tenemos las respuestas.

P: ¿Cuándo podrán los ordenadores cuánticos descifrar el cifrado PKI actual?
R: Según las estimaciones, la llegada de los ordenadores cuánticos capaces de amenazar la criptografía actual se sitúa en torno al año 2030 o poco después. Sin embargo, la amenaza de «recoger ahora, descifrar más tarde» implica que los adversarios podrían estar recopilando ya datos cifrados para descifrarlos más adelante, por lo que es necesario empezar a prepararse desde ahora.

P: ¿Cuáles son las normas del NIST sobre criptografía poscuántica?
R: El 13 de agosto de 2024,el NIST aprobó definitivamente tres normas de criptografía poscuántica (PQC): FIPS 203 (ML-KEM para la encapsulación de claves), FIPS 204 (ML-DSA para firmas digitales) y FIPS 205 (SLH-DSA para firmas digitales basadas en hash). Estas normas están diseñadas para garantizar la seguridad frente a ordenadores tanto cuánticos como clásicos, al tiempo que permiten la interoperabilidad con las redes existentes.

P: ¿Qué es la agilidad criptográfica y por qué es importante para la preparación ante la amenaza cuántica?
R: La agilidad criptográfica es la capacidad de una organización para cambiar de algoritmos criptográficos sin necesidad de reconstruir su infraestructura. Requiere un inventario criptográfico completo, automatización para gestionar los cambios a gran escala y períodos de validez de los certificados más cortos. Resulta valiosa incluso sin la amenaza cuántica, ya que aborda retos operativos actuales como la obsolescencia de los algoritmos y los cambios en materia de cumplimiento normativo.

P: ¿Deberíamos utilizar certificados híbridos que combinen algoritmos clásicos y poscuánticos?
R: Para la mayoría de los casos de uso, el enfoque recomendado es crear una jerarquía de CA PQC independiente, en lugar de utilizar certificados híbridos, de forma similar a como las organizaciones ya mantienen jerarquías separadas para RSA y ECC. Esto proporciona una separación más clara y una ruta de migración más sencilla.

P: ¿Cuál es el primer paso que debemos dar para preparar nuestra PKI para la computación cuántica?
R: Empieza por realizar un inventario criptográfico completo. Es necesario conocer todas las claves, certificados y algoritmos que se utilizan en toda la organización antes de poder planificar una migración a estándares a prueba de computación cuántica.

P: ¿Cómo afectará la transición a los algoritmos poscuánticos a la gestión de certificados?
R: La transición requerirá una reemisión y rotación masivas de certificados en todo su entorno. Sin una gestión automatizada del ciclo de vida de los certificados, este proceso resultaría inviable para la mayoría de las organizaciones. Es esencial contar con visibilidad centralizada y capacidades para realizar operaciones masivas.

P: ¿Podemos empezar ya a probar algoritmos poscuánticos?
R: Sí. El NIST ultimó sus normas sobre seguridad poscuántica (PQC) en agosto de 2024, y ya hay implementaciones en producción disponibles a través de bibliotecas como Bouncy Castle (que admiten ML-KEM, ML-DSA y SLH-DSA).El PQC Lab Keyfactorofrece un entorno de pruebas gratuito en el que se puede probar la emisión de certificados PQC a través de múltiples protocolos de inscripción.

P: ¿Qué papel Keyfactor en la preparación para la era cuántica?
R: Keyfactor la preparación para la era cuántica a lo largo de todo el proceso: Bouncy Castle implementaciones de algoritmos de PQC, EJBCA la emisión de certificados preparados para la era cuántica y Keyfactor Command la automatización del ciclo de vida de los certificados necesaria para llevar a cabo transiciones de algoritmos a gran escala.