Caramuel es la primera misión satelital en órbita geoestacionaria en el mundo orientada a la distribución de claves mediante comunicaciones cuánticas, una de las tecnologías que definirán la transmisión de información de forma segura en el futuro. El estudio, financiado por la Agencia Espacial Europea a través del programa ARTES 4S (Advanced Research in Telecommunication Systems-Space for Safety & Security), cuenta con el respaldo de un grupo de empresas y organismos españoles de gran relevancia internacional liderados por Hispasat.
Los ordenadores cuánticos aportan una potencia computacional mucho más elevada que la obtenida por los ordenadores convencionales y que resulta crucial de cara a la resolución de determinadas cuestiones, como la descomposición en factores primos en los que está basada la actual criptografía no simétrica. Este hecho supondrá un cambio de paradigma en las comunicaciones seguras, pues permitirá a atacantes con ordenadores cuánticos descifrar las encriptaciones actuales en cuestión de segundos.
Por este motivo, resulta fundamental desarrollar un sistema que posibilite enviar información con las garantías de seguridad necesarias en los entornos de comunicaciones gubernamentales (civiles y militares), así como en la gestión de infraestructuras críticas y aplicaciones y servicios de interés económico, medioambiental o tecnológico; y también en grandes corporaciones.
Comunicaciones más seguras
Actualmente, la distribución cuántica de claves mediante un sistema de comunicaciones ópticas permite comprobar con certeza si estas han sido interceptadas, ya que su integridad se verifica de manera continua gracias a las propiedades cuánticas de los fotones. No obstante, las redes terrestres como la fibra óptica solo pueden preservar dicha integridad en distancias inferiores al centenar de kilómetros, debido a que a partir de esa cifra sufren mayores pérdidas de señal.
El uso del satélite para el envío de claves mediante comunicaciones cuánticas permite, en cambio, cubrir mayores distancias porque la atenuación de la señal es menor en el espacio libre. En concreto −y a diferencia de otras órbitas−, las coberturas geoestacionarias, a 36.786 kilómetros de altura, permiten establecer estas comunicaciones entre continentes enteros con un solo satélite, de manera continua y sin necesidad de establecer seguimiento de la señal.
El sistema Caramuel incluye una carga útil cuántica embarcada en un satélite geoestacionario, así como su segmento terreno asociado, donde GMV es el encargado de liderar los paquetes de trabajo claves dentro de la fase inicial del estudio de viabilidad. Mientras la carga útil está compuesta por un telescopio de alta precisión, una fuente de fotones capaz de realizar envíos a tierra fotón a fotón con el fin de preservar sus propiedades cuánticas y toda la electrónica asociada, el segmento terreno se compone de un centro de control y de las estaciones ópticas de usuario.
La función principal del centro de control es supervisar y controlar a Caramuel en su conjunto, tanto el sistema embarcado como la red de estaciones terrenas. Dichas estaciones terrenas se componen, por un lado, de una parte óptica con telescopios de aperturas entre 80 centímetros y 1,80 metros y receptores criogenizados para poder detectar los fotones de manera individual; y por otro, de la parte responsable de la destilación de las claves, almacenamiento y gestión de las claves de forma segura y conexión con la red cuántica terrestre.
Los usuarios más críticos de Caramuel dispondrán de sus propios telescopios para no depender de redes terrestres intermedias y contar así con el más alto grado de seguridad. En cambio, los usuarios comerciales que no necesiten tener su propio telescopio podrán integrarse en la red cuántica terrestre por un coste menor hasta llegar a un nodo intermedio con telescopio (propiedad de un proveedor del servicio), que les conectará vía satélite a otros nodos del mismo proveedor o de otros para lograr de este modo una red global.
Caramuel se integra con infraestructuras terrestres para proporcionar un servicio criptográfico de distribución cuántica de claves que resulte fluido y transparente para el usuario final
Como prueba de concepto de esta misión se establecerá una conexión vía satélite de distribución cuántica de claves entre dos nodos que, a su vez, estén conectados por infraestructura terrestre con los centros emisores y receptores de la señal; es decir, con los usuarios que quieran compartir la clave para poder cifrar sus mensajes de forma segura.
En el estudio de viabilidad de Caramuel, liderado por Hispasat, participan junto a GMV empresas como Alter, Banco Santander, BBVA, Cellnex, Das Photonics, Indra, Oesia, Quside, Sener, Telefónica y Thales Alenia Space España; e instituciones y universidades como el Centro Criptológico Nacional, el Centro Superior de Investigaciones Científicas, el Instituto de Astrofísica de Canarias, el Instituto de Ciencias Fotónicas, el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial, la Universidad Politécnica de Madrid y la Universidade de Vigo.
Caramuel, principal aportación al espacio seguro europeo
La Comisión Europea anunció en junio de 2019 su manifiesto a favor de la European Quantum Communications Infrastructure (EuroQCI), que desplegará en los próximos años los primeros nodos de comunicaciones cuánticas en diversos países de la Unión Europea. Estos nodos, de alcance metropolitano, estarán conectados entre sí vía satélite para garantizar su resiliencia. Para ello, el sistema de comunicaciones seguras por satélite promovido por la Comisión Europea incluirá entre sus misiones estas conexiones satelitales de la EuroQCI. Caramuel permitirá a España configurar su principal contribución a estas iniciativas europeas.
Los estudios de viabilidad de Caramuel, que comenzaron de manera formal en mayo tras unos análisis preliminares previos, finalizarán previsiblemente en octubre de este año. En estos momentos se está trabajando en la definición preliminar del sistema de distribución cuántica de claves y, en concreto, en su arquitectura extremo a extremo, cuyo objetivo prioritario es su integración con la red cuántica terrestre y el análisis de casos de uso reales con el sector bancario y con operadores terrestres.
El proyecto Caramuel tiene como objetivo prioritario adaptarse a los estándares existentes sobre comunicaciones cuánticas como son la International Telecommunications Union o el European Telecommunications Standards Institute.
