La mayoría de las transacciones web sensibles están protegidas por criptografía de clave pública, un tipo de encriptación que permite a los ordenadores compartir información de forma segura sin primero acordar una clave de cifrado secreta.
Los protocolos de encriptación de clave pública son complicados, y en las redes de ordenadores, se ejecutan mediante software. Pero eso no funcionará en el internet de las cosas, una red imaginada que conectaría muchos sensores diferentes (integrados en vehículos, electrodomésticos, estructuras civiles, equipos de fabricación e incluso etiquetas de ganado) a servidores en línea. Los sensores integrados que necesitan maximizar la duración de la batería no pueden permitirse la energía y el espacio de memoria que requeriría la ejecución de software de los protocolos de cifrado.
Los investigadores del MIT han construido un nuevo chip, cableado para realizar cifrado de clave pública, que consume solo 1/400 de potencia tanto como lo haría la ejecución de software de los mismos protocolos. También usa aproximadamente 1/10 de memoria y se ejecuta 500 veces más rápido. Los investigadores describen el chip en un documento que presentan esta semana en la conferencia International Solid-State Circuits Conference.
Al igual que la mayoría de los sistemas modernos de encriptación de clave pública, el chip de los investigadores usa una técnica llamada encriptación de curva elíptica. Como su nombre lo sugiere, el cifrado de curva elíptica depende de un tipo de función matemática llamada curva elíptica. En el pasado, los investigadores, incluido el mismo grupo MIT que desarrolló el nuevo chip, han construido chips integrados para manejar curvas elípticas específicas o familias de curvas. Lo que diferencia al nuevo chip es que está diseñado para manejar cualquier curva elíptica.
"Los criptógrafos están obteniendo curvas con diferentes propiedades, y utilizan diferentes números primos", dice Utsav Banerjee, un estudiante graduado del MIT en ingeniería eléctrica e informática y primer autor del artículo. "Hay mucho debate sobre qué curva es segura y qué curva usar, y hay varios gobiernos con diferentes estándares que hablan de diferentes curvas. Con este chip, podemos apoyarlos a todos, y con suerte, cuando surjan nuevas curvas en el futuro, también podemos apoyarlos ".
Junto a Banerjee en el periódico están su asesora de tesis, Anantha Chandrakasan, decana de la Escuela de Ingeniería del MIT y el Profesor Vannevar Bush de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación; Arvind, el Profesor Johnson en Ingeniería Informática; y Andrew Wright y Chiraag Juvekar, ambos estudiantes graduados en ingeniería eléctrica e informática.
Razonamiento modular
Para crear su chip de curva elíptica de propósito general, los investigadores descompusieron el cálculo criptográfico en sus partes constituyentes. La criptografía de curva elíptica se basa en la aritmética modular, lo que significa que a los valores de los números que figuran en el cálculo se les asigna un límite. Si el resultado de algún cálculo excede ese límite, se divide por el límite y solo se conserva el resto. El secreto del límite ayuda a garantizar la seguridad criptográfica.
Uno de los cálculos a los que el chip MIT dedica un circuito de propósito especial es la multiplicación modular. Pero debido a que la criptografía de curva elíptica trata con números grandes, el multiplicador modular del chip es masivo. Típicamente, un multiplicador modular podría manejar números con 16 o quizás 32 dígitos binarios o bits. Para cálculos más grandes, los resultados de multiplicaciones discretas de 16 o 32 bits se integrarían mediante circuitos lógicos adicionales.
Sin embargo, el multiplicador modular del chip MIT puede manejar números de 256 bits. Eliminar el circuito adicional para integrar cálculos más pequeños reduce el consumo de energía del chip y aumenta su velocidad.
Otra operación clave en la criptografía de curva elíptica se llama inversión. La inversión es el cálculo de un número que, multiplicado por un número determinado, producirá un producto modular de 1. En chips anteriores dedicados a la criptografía de curva elíptica, las inversiones se realizaron por los mismos circuitos que hicieron las multiplicaciones modulares, ahorrando espacio en el chip . Pero los investigadores del MIT equiparon su chip con un circuito inversor de propósito especial. Esto aumenta el área de superficie del chip en un 10 por ciento, pero reduce el consumo de energía a la mitad.
El protocolo de cifrado más común para utilizar la criptografía de curva elíptica se llama protocolo de seguridad de capa de transporte de datagrama, que rige no solo los cálculos de la curva elíptica en sí, sino también el formato, la transmisión y el manejo de los datos cifrados. De hecho, todo el protocolo está cableado en el chip de los investigadores del MIT, lo que reduce drásticamente la cantidad de memoria requerida para su ejecución.
El chip también cuenta con un procesador de propósito general que se puede usar junto con los circuitos dedicados para ejecutar otras p de seguridad basada en curvas elípticas.

Autor: Larry Hardesty, MIT News Office

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