022.1 Lección 1

Para obtener una comprensión más profunda de la criptografía, es esencial explorar los conceptos detrás de las funciones hash, los cifrados y los algoritmos de intercambio de claves, que juntos forman los componentes básicos de la comunicación segura y la protección de datos.

Una función hash es un algoritmo criptográfico que convierte datos de entrada de cualquier longitud en una cadena de tamaño fijo, conocida como hash o digest. La propiedad clave de una función hash es que incluso un cambio leve en los datos de entrada da como resultado un hash radicalmente diferente, lo que la hace muy sensible a las alteraciones. Esta característica garantiza la integridad de los datos, ya que cualquier modificación se puede detectar fácilmente. Las funciones hash también están diseñadas para ser unidireccionales, lo que significa que es computacionalmente inviable realizar ingeniería inversa de los datos originales a partir del hash.

Por ejemplo, los encargados del código fuente de Linux y de varias herramientas GNU proporcionan la firma Secure Hash Algorithm (SHA-256) de los archivos distribuidos en sus repositorios de software. Esto permite a los usuarios verificar que los archivos descargados no hayan sido alterados durante la transferencia.

En el contexto de las firmas digitales, las funciones hash se utilizan para crear una versión condensada de un mensaje o documento, conocida como message digest. Este resumen se cifra luego con la clave privada del remitente para crear una firma digital. El destinatario puede verificar la firma descifrándola con la clave pública del remitente y comparándola con el hash del documento recibido. Si los dos hashes coinciden, se confirma que el documento no ha sido alterado y se autentica la identidad del remitente. Por ejemplo, este método se utiliza ampliamente en comunicaciones seguras por correo electrónico como Pretty Good Privacy (PGP) y en la distribución de software para garantizar la autenticidad e integridad de la información transmitida.

Las funciones hash también son fundamentales para almacenar de forma segura las contraseñas. En lugar de almacenar la contraseña real, los sistemas utilizan una función hash para convertir la contraseña en un valor hash único, que luego se almacena en la base de datos. Cuando un usuario intenta iniciar sesión, el sistema realiza un hash de la contraseña ingresada y la compara con el hash almacenado. Si coinciden, se concede el acceso. Este enfoque garantiza que, incluso si un atacante obtiene acceso a la base de datos de contraseñas, no pueda recuperar fácilmente las contraseñas originales. Para mejorar aún más la seguridad, muchos sistemas utilizan una técnica llamada salting, en la que se agrega un valor aleatorio (el salt) a la contraseña antes de realizar el hash. Esto garantiza que incluso las contraseñas idénticas resulten en diferentes hashes, lo que hace que sea mucho más difícil para los atacantes utilizar tablas precalculadas (rainbow tables) para descifrar los hashes.

Para mostrar el hash en acción, veamos SHA-256 (parte de la familia SHA-2). Este estándar produce un hash de 256 bits, que se usa ampliamente en tecnologías como la cadena de bloques y las comunicaciones seguras. A continuación, se muestra un ejemplo:

Por el contrario, las funciones hash más antiguas, como MD5, se han ido eliminando debido a importantes fallos de seguridad que permiten los ataques de colisión. Un ataque de colisión se produce cuando dos entradas distintas generan el mismo valor hash, lo que compromete la unicidad del hash. Esta vulnerabilidad permite a los atacantes sustituir un archivo o mensaje malicioso por uno legítimo sin ser detectados, ya que ambos producirían hashes idénticos. Estas debilidades comprometen la integridad y la seguridad del proceso de hash, lo que hace que MD5 sea inadecuado para las tareas que utilizan hashes, como la verificación de la integridad de los archivos, las firmas digitales o el almacenamiento seguro de contraseñas en las aplicaciones criptográficas modernas.

Los cifrados, otro elemento fundamental de la criptografía, son algoritmos que se utilizan para cifrar y descifrar. Convierten texto simple en texto cifrado mediante una clave de cifrado, y el proceso se puede revertir utilizando una clave de descifrado. Los cifrados se clasifican en dos categorías principales: simétricos y asimétricos.

Los sistemas de cifrado desempeñan un papel fundamental en la protección de las comunicaciones digitales, ya que cifran los datos para evitar el acceso no autorizado. Sin embargo, incluso los sistemas de cifrado más seguros pueden ser vulnerables si un atacante obtiene acceso a las claves a largo plazo que se utilizan para el cifrado. Aquí es donde entra en juego Perfect Forward Secrecy (PFS).

Un principio básico de la criptografía es garantizar que las comunicaciones sigan siendo seguras, incluso si se ve comprometida una clave de cifrado a largo plazo. PFS garantiza que se genere una clave de cifrado única para cada sesión de comunicación y se descarte una vez que finalice la sesión.

Esto significa que incluso si un atacante logra obtener la clave privada utilizada para la comunicación, no podrá descifrar sesiones anteriores, ya que las claves específicas de la sesión ya no están disponibles. Este enfoque evita el descifrado retroactivo de los datos y protege la integridad de las comunicaciones anteriores.

El PFS es especialmente crítico en entornos en los que se intercambia información confidencial con frecuencia, como en aplicaciones web, servicios de correo electrónico y VPN. Al implementar PFS, las organizaciones pueden garantizar que incluso en el caso de una futura violación de la seguridad, los datos históricos permanezcan seguros. Esto mejora la seguridad general al proteger no solo las comunicaciones actuales sino también las pasadas, lo que proporciona una defensa sólida contra posibles amenazas.

Los protocolos criptográficos como Diffie-Hellman (DH) y Elliptic Curve Diffie-Hellman (ECDH) son fundamentales para lograr PFS, ya que generan claves de sesión efímeras que se utilizan solo una vez y luego se descartan. Estos algoritmos garantizan que cada sesión de comunicación tenga una clave única, lo que hace imposible descifrar sesiones anteriores incluso si la clave privada de largo plazo se ve comprometida.

Este principio es parte integral de los protocolos de comunicación segura modernos, como TLS, que dependen de PFS para proteger los datos en tránsito y mantener la confidencialidad de las comunicaciones a través de Internet.

A medida que exploramos más soluciones criptográficas, es importante diferenciar entre dos enfoques ampliamente utilizados para proteger datos que difieren en su alcance e implementación.

El cifrado de extremo a extremo (E2EE) garantiza que los datos se encripten en su origen y permanezcan encriptados durante todo el trayecto hasta que llegan al destinatario previsto. Solo el remitente y el receptor tienen las claves necesarias para encriptar y desencriptar los datos, lo que hace que el E2EE sea ideal para las comunicaciones privadas. Los intermediarios, como los proveedores de servicios o los servidores, no tienen acceso a los datos no encriptados. Las aplicaciones de mensajería como WhatsApp utilizan el E2EE para proteger la privacidad del usuario.

La principal fortaleza del E2EE es que ofrece total confidencialidad, ya que ningún tercero puede descifrar los datos. Sin embargo, su implementación es más compleja y requiere una gestión cuidadosa de las claves de cifrado para garantizar que solo el destinatario previsto tenga acceso a los datos.

Por otro lado, el cifrado de transporte cifra los datos solo mientras se transmiten entre dos puntos, como por ejemplo entre el dispositivo de un usuario y un servidor. Una vez que los datos llegan al servidor, se descifran y pueden almacenarse o procesarse en su forma original. El protocolo TLS, utilizado en HTTPS, es un ejemplo de cifrado de transporte.

El cifrado de transporte es más sencillo de implementar que el de extremo a extremo y ofrece suficiente protección para proteger los datos en tránsito. Sin embargo, una vez que los datos se almacenan o procesan en el servidor, quedan expuestos y son potencialmente vulnerables a ataques internos o amenazas externas.