Fortalecer las capacidades informáticas para funciones críticas de seguridad
En los sistemas digitales, el procesamiento de la información es una tarea fundamental. Los distintos tipos de cálculo suelen beneficiarse de distintos tipos de procesadores o chips semiconductores. Existe un conjunto de tareas especialmente exigentes que se conoce como las «cargas de trabajo con un alto grado de aleatoriedad». Se trata de cálculos cuyo rendimiento y seguridad dependen de manera fundamental del uso de grandes volúmenes de números aleatorios de alta calidad. Entre los casos de uso típicos se incluyen la criptografía, las comunicaciones seguras y la seguridad de los datos. «Cuanto más difíciles de predecir son los números, más difícil resulta romper la protección», explica Carlos Abellán, coordinador del proyecto RPU(se abrirá en una nueva ventana), de la empresa Quside(se abrirá en una nueva ventana) en España. «La calidad de la aleatoriedad determina directamente el nivel de seguridad de un sistema».
Capacidad informática para la ejecución de operaciones criptográficas
Estas cargas de trabajo suelen tener necesidades específicas que las plataformas informáticas actuales no pueden satisfacer plenamente. «Las tecnologías actuales del mercado se quedan cortas en dos aspectos», afirma Abellan. «La calidad y el rendimiento de su generación de aleatoriedad por “hardware”, así como la capacidad de cálculo necesaria para la ejecución criptográfica». Para solucionar este problema, en Quside se ha desarrollado la Unidad de Procesamiento de Aleatoriedad (RPU, por sus siglas en inglés). Se trata de un acelerador de «hardware» diseñado específicamente para cargas de trabajo que requieren un uso intensivo de aleatoriedad, en particular para aplicaciones criptográficas. «Lo que distingue a la RPU es que combina dos capacidades en una única plataforma», añade José Martínez, arquitecto jefe del proyecto RPU. «En primer lugar, incluye generadores cuánticos de números aleatorios integrados que producen aleatoriedad genuinamente impredecible a gran velocidad. En segundo lugar, la RPU incluye “hardware” reprogramable, lo que permite a los usuarios adaptar la plataforma a sus propios algoritmos criptográficos, protocolos de seguridad y requisitos de aplicación».
Chips fotónicos optimizados
El equipo del proyecto RPU, que cuenta con el apoyo del Consejo Europeo de Innovación(se abrirá en una nueva ventana), tenía como objetivo seguir avanzando en esta tecnología mediante el desarrollo de chips fotónicos para la generación cuántica de números aleatorios. Se han optimizado para adaptarse a las necesidades de potencia, tamaño y rendimiento de los distintos aceleradores de «hardware» y aplicaciones. «Se persiguieron dos objetivos en concreto», explica Abellan. «Se trataba, por un lado, de una plataforma para aplicaciones de alto rendimiento, para la que se desarrolló un chip fotónico optimizado, y, por otro, de un dispositivo integrado altamente escalable, para el que se creó una solución compacta e integrada que combinaba la fotónica con un primer chip de silicio destinado a la electrónica de control». Desde el punto de vista técnico, el proyecto consistió en diseñar chips fotónicos integrados para generar aleatoriedad cuántica, así como en desarrollar la plataforma de «hardware» y la arquitectura necesarias para ejecutar cargas de trabajo que requieren un uso intensivo de aleatoriedad. Se desarrollaron aplicaciones e integraciones para «software» de inteligencia artificial (IA) y criptografía, una tarea que se llevó a cabo en colaboración con los posibles usuarios finales.
Desde los centros de datos hasta los sistemas espaciales
En el proyecto se obtuvieron cuatro resultados principales. «En primer lugar, hemos desarrollado un nuevo chip fotónico que reduce a la mitad el consumo energético de la generación de aleatoriedad y reduce cinco veces los requisitos de control», afirma Abellan. «En segundo lugar, hemos allanado el camino para el Garnet X5, un dispositivo de RPU optimizado para aplicaciones criptográficas, que se comercializará». Se prevé que los primeros prototipos estén disponibles a finales de 2026, y que la presentación comercial tenga lugar en 2027. Quside también ha logrado desarrollar una amplia gama de integraciones con bibliotecas criptográficas, tanto de código abierto como de fabricantes. «Esto significa que la adopción de esta tecnología apenas requiere esfuerzo de integración», señala Abellan. «Por último, hemos fabricado nuestro primer ASIC (un chip de control a medida), diseñado para ejecutar una RPU altamente optimizada en futuros dispositivos integrados y periféricos. «En conjunto, estas líneas de productos permitirán el despliegue de la tecnología RPU en una amplia gama de aplicaciones, desde centros de datos e infraestructuras de telecomunicaciones hasta sistemas periféricos, industriales y espaciales». De este modo, el equipo del proyecto RPU pretende convertirse en un pilar fundamental de las arquitecuras de seguridad en toda Europa, prestando apoyo a sectores críticos como el espacial, la defensa, las telecomunicaciones, los centros de datos, las infraestructuras críticas y los sistemas gubernamentales.
