En la última década, los avances en computación cuántica han comenzado a comprometer la seguridad de los algoritmos criptográficos clásicos. Lo que en los años noventa se percibía como una amenaza teórica —con el surgimiento de los algoritmos de Shor (1994) y Grover (1996)— se está convirtiendo en un riesgo real gracias al progreso del hardware cuántico. En este escenario, han surgido dos ramas complementarias de la criptografía: la cuántica y la post-cuántica. Ambas buscan desarrollar sistemas seguros frente a adversarios con capacidades cuánticas, aunque difieren en su base de seguridad: la primera se fundamenta en leyes de la física cuántica; la segunda, en la dificultad computacional de problemas matemáticos resistentes a ataques cuánticos. Este Trabajo de Fin de Grado se enfoca en la criptografía post-cuántica, con especial atención al proceso de estandarización liderado por el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST). Se analizan en profundidad los tres algoritmos estandarizados (FIPS 203, 204 y 205), así como sus fundamentos matemáticos. También se presentan las métricas clave (KPI) empleadas para evaluar su eficiencia, aplicabilidad y nivel de seguridad, comparándolas con algoritmos clásicos como RSA y ECDSA. Finalmente, se examinan los sectores donde ya se implementan estos esquemas y los desafíos prácticos que implica su adopción. El objetivo es ofrecer una visión técnica, comparativa y aplicada sobre el futuro de la criptografía en la era cuántica.
ABSTRACT
Over the last decade, advances in quantum computing have started to compromise the security of classical cryptographic algorithms. What was once seen as a theoretical threat in the 1990s —especially after the introduction of Shor’s (1994) and Grover’s (1996) algorithms— is now becoming a real risk due to current quantum hardware progress. In this context, two complementary branches of cryptography have emerged: quantum cryptography and post-quantum cryptography. Both aim to develop systems that remain secure against quantum-capable adversaries. The key distinction lies in their security foundations: quantum cryptography relies on the laws of quantum physics, while post-quantum cryptography is based on the computational hardness of problems considered resistant to quantum attacks. This thesis focuses on post-quantum cryptography, particularly on the standardization process led by the National Institute of Standards and Technology (NIST). It provides a detailed analysis of the three standardized algorithms (FIPS 203, 204, and 205) and the mathematical foundations that support them. Key performance indicators (KPIs) used to assess their efficiency, applicability, and security level are also discussed, with comparisons to classical algorithms like RSA and ECDSA. Finally, the thesis examines sectors already adopting these schemes and the practical challenges involved in their implementation. The goal is to provide a technical, comparative, and applied perspective on the future of cryptography in the quantum era.
En la última década, los avances en computación cuántica han comenzado a comprometer la seguridad de los algoritmos criptográficos clásicos. Lo que en los años noventa se percibía como una amenaza teórica —con el surgimiento de los algoritmos de Shor (1994) y Grover (1996)— se está convirtiendo en un riesgo real gracias al progreso del hardware cuántico. En este escenario, han surgido dos ramas complementarias de la criptografía: la cuántica y la post-cuántica. Ambas buscan desarrollar sistemas seguros frente a adversarios con capacidades cuánticas, aunque difieren en su base de seguridad: la primera se fundamenta en leyes de la física cuántica; la segunda, en la dificultad computacional de problemas matemáticos resistentes a ataques cuánticos. Este Trabajo de Fin de Grado se enfoca en la criptografía post-cuántica, con especial atención al proceso de estandarización liderado por el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST). Se analizan en profundidad los tres algoritmos estandarizados (FIPS 203, 204 y 205), así como sus fundamentos matemáticos. También se presentan las métricas clave (KPI) empleadas para evaluar su eficiencia, aplicabilidad y nivel de seguridad, comparándolas con algoritmos clásicos como RSA y ECDSA. Finalmente, se examinan los sectores donde ya se implementan estos esquemas y los desafíos prácticos que implica su adopción. El objetivo es ofrecer una visión técnica, comparativa y aplicada sobre el futuro de la criptografía en la era cuántica.
ABSTRACT
Over the last decade, advances in quantum computing have started to compromise the security of classical cryptographic algorithms. What was once seen as a theoretical threat in the 1990s —especially after the introduction of Shor’s (1994) and Grover’s (1996) algorithms— is now becoming a real risk due to current quantum hardware progress. In this context, two complementary branches of cryptography have emerged: quantum cryptography and post-quantum cryptography. Both aim to develop systems that remain secure against quantum-capable adversaries. The key distinction lies in their security foundations: quantum cryptography relies on the laws of quantum physics, while post-quantum cryptography is based on the computational hardness of problems considered resistant to quantum attacks. This thesis focuses on post-quantum cryptography, particularly on the standardization process led by the National Institute of Standards and Technology (NIST). It provides a detailed analysis of the three standardized algorithms (FIPS 203, 204, and 205) and the mathematical foundations that support them. Key performance indicators (KPIs) used to assess their efficiency, applicability, and security level are also discussed, with comparisons to classical algorithms like RSA and ECDSA. Finally, the thesis examines sectors already adopting these schemes and the practical challenges involved in their implementation. The goal is to provide a technical, comparative, and applied perspective on the future of cryptography in the quantum era. Read More
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