TIPOS DE CRIPTOGRAFIA

¿Qué es la criptografía?

Es la ciencia que estudia los métodos y procedimientos para modificar los datos, con objeto de alcanzar las características de seguridad. Las principales características que un sistema de seguridad quiere obtener son:

• Confidencialidad. Consiste en garantizar que sólo las personas autorizadas tienen acceso a la información.

• Integridad. Consiste en garantizar que el documento original no ha sido modificado. El documento puede ser tanto público como confidencial.

•  Autenticación. Permite garantizar la identidad del autor de la información.

Existen diversos algoritmos matemáticos que intentan cubrir una o varias de estas características básicas de seguridad. El nivel de cumplimiento de sus objetivos es difícil de evaluar, ya que diversos algoritmos pueden ser vulnerables ante técnicas de ataque diferentes, además la mayoría de los algoritmos pueden trabajar con claves de distinta longitud. Lo cual afecta directamente a la robustez.


Por otro lado, existen otras características, a parte de la robustez del algoritmo, que también influyen en el proceso de selección del algoritmo más apropiado para una determinada aplicación. Algunas de estas características son: el tiempo de cálculo del proceso de cifrado, el tiempo de cálculo del proceso de descifrado, la relación de tamaño entre el documento original y el documento cifrado, etc.

En general los algoritmos criptográficos se pueden clasificar en tres grandes familias.

1. Criptografía de clave secreta o criptografía simétrica.
2. Criptografía de clave pública o criptografía asimétrica.
3. Algoritmos HASH o de resumen.

A continuación se describe cada una de estas familias de algoritmos, así como los algoritmos más utilizados dentro de cada familia.


Criptografía de clave secreta


Se incluyen en esta familia el conjunto de algoritmos diseñados para cifrar un mensaje utilizando una única clave conocida por los dos interlocutores, de manera que el documento cifrado sólo pueda descifrarse conociendo dicha clave secreta. Algunas de las características más destacadas de este tipo de algoritmos son las siguientes:

Ø A partir del mensaje cifrado no se puede obtener el mensaje original ni la clave que se ha utilizando, aunque se conozcan todos los detalles del algoritmo criptográfico utilizado1.


Ø Se utiliza la misma clave para cifrar el mensaje original que para descifrar el mensaje codificado.


Ø Emisor y receptor deben haber acordado una clave común por medio de un canal de comunicación confidencial antes de poder intercambiar información confidencial por un canal de comunicación inseguro.


Los algoritmos simétricos más conocidos son: DES, 3DES, RC2, RC4, RC5, IDEA, Blowfish y AES.

El algoritmo DES, basado en Lucifer de IBM (1975), fue seleccionado como algoritmo estándar de cifrado en 1977 por NIST (National Institute of Standards and Technology, USA). Utiliza claves de cifrado bastante cortas (56 bits, de los cuales sólo se utilizan 48 bits) y hoy en día se considera poco robusto, sobre todo desde que en 1998 la Electronica Frontier Foundation hizo público un crackeador de código DES capaz de descifrar mensajes DES en menos de 3 días.

Criptografía de clave pública

Esta categoría incluye un conjunto de algoritmos criptográficos que utilizan dos claves distintas para cifrar y para descifrar el mensaje. Ambas claves tienen una relación matemática entre sí, pero la seguridad de esta técnica se basa en que el conocimiento de una de las claves no permite descubrir cuál es la otra clave. En realidad sería necesario conocer todos los números primos grandes para ser capaz de deducir una clave a partir de otra, pero está demostrado que en la práctica se tardarían demasiados años sólo en el proceso de obtención de los número primos grandes.

Cada usuario cuenta con una pareja de claves, una la mantiene en secreto y se denomina clave privada y otra la distribuye libremente y se denomina clave pública. Para enviar un mensaje confidencial sólo hace falta conocer la clave pública del destinatario y cifrar en mensaje utilizando dicha clave. En este caso los algoritmos asimétricos garantizan que el mensaje original sólo puede volver a recuperarse utilizando la clave privada del destinatario (ver el esquema de la Figura 2). Dado que la clave privada se mantiene en secreto, sólo el destinatario podrá descifrar el mensaje.


Algunas de las características más destacadas de este tipo de algoritmos son las siguientes:

• Se utilizan una pareja de claves denominadas clave pública y clave privada, pero a partir de la clave pública no es posible descubrir la clave privada.


• A partir del mensaje cifrado no se puede obtener el mensaje original, aunque se conozcan todos los detalles del algoritmo criptográfico utilizado y aunque se conozca la clave pública utilizada para cifrarlo.


• Emisor y receptor no requieren establecer ningún acuerdo sobre la clave a utilizar. El emisor se limita a obtener una copia de la clave pública del receptor, lo cual se puede realizar, en principio, por cualquier medio de comunicación aunque sea inseguro.


A diferencia de los algoritmos de clave secreta, que existen desde los tiempos de los romanos, los métodos asimétricos son muy recientes. En 1976, Whitfield Diffie y Martin Hellman crearon un método con la ayuda de Ralph Merkle para iniciar una comunicación segura sin haber acordado previamente una clave secreta. El método se conoce como Diffie-Hellman Key Exchange [13]. Poco más tarde se publicó el primer algoritmo asimétrico completo, denominado RSA, que sigue siendo el más utilizado en la actualidad.

CRIPTOGRAFIA SIMETRICA


La criptografía simétrica solo utiliza una clave para cifrar y descifrar el mensaje, que tiene que conocer el emisor y el receptor previamente y este es el punto débil del sistema, la comunicación de las claves entre ambos sujetos, ya que resulta más fácil interceptar una clave que se ha transmitido sin seguridad (diciéndola en alto, mandándola por correo electrónico u ordinario o haciendo una llamada telefónica).

Teóricamente debería de ser más fácil conocer la clave interceptándola que probándola una por una por fuerza bruta, teniendo en cuenta que la seguridad de un mensaje cifrado debe recaer sobre la clave y nunca sobre el algoritmo (por lo que sería una tarea eterna reventar la clave, como comenté en un ejemplo de ataque por fuerza bruta).



Para poner un ejemplo la máquina Enigma (que era una maquina de cifrado electromecánica que generaba abecedarios según la posición de unos rodillos que podrían tener distintas ordenes y posiciones) usaba un método simétrico con un algoritmo que dependía de una clave (que más que clave parece un ritual) que está formada por: los rotores o rodillos que usaba, su orden y la posición de cada anillo, siendo esto lo más básico.

La máquina Enigma contaba también con un libro de claves que contenía la clave del día y hacia un poco más difícil encontrar la clave, pero no es una clave lo suficientemente segura como para que no se pudiese reventar, sobretodo cuando los ingleses gracias a los polacos consiguieron el algoritmo, por este motivo la mayoría de los días conseguían la clave.

Y otro inconveniente que tiene este sistema es que si quieres tener un contenido totalmente confidencial con 10 personas tienes que aprenderte o apuntarte (siendo esta forma menos segura) las 10 claves para cada persona.


CRIPTOGRAFIA ASIMETRICA


La criptografía asimétrica se basa en el uso de dos claves: la pública (que se podrá difundir sin ningún problema a todas las personas que necesiten mandarte algo cifrado) y la privada (que no debe de ser revelada nunca).

Sabiendo lo anterior, si queremos que tres compañeros de trabajo nos manden un archivo cifrado debemos de mandarle nuestra clave pública (que está vinculada a la privada) y nos podrán mandar de forma confidencial ese archivo que solo nosotros podremos descifrar con la clave privada.

Puede parecer a simple vista un sistema un poco cojo ya que podríamos pensar que sabiendo la clave pública podríamos deducir la privada, pero este tipo de sistemas criptográficos usa algoritmos bastante complejos que generan a partir de la frase de paso (la contraseña) la clave privada y pública que pueden tener perfectamente un tamaño de 2048bits (probablemente imposible de reventar).

Como os habréis dado cuenta solo cifra una persona (con la clave pública) y la otra se limita a mirar el contenido, por lo que la forma correcta de tener una comunicación bidireccional sería realizando este mismo proceso con dos pares de claves, o una por cada comunicador.

Otro propósito de este sistema es también el de poder firmar documentos, certificando que el emisor es quien dice ser, firmando con la clave privada y verificando la identidad con la pública.

Nota: todo esto puede parecer lioso (y lo es) pero hablaré de como poner en práctica esto conGnuPG (una herramienta de cifrado libre muy usada para este propósito) y será más fácil de comprender.
Diferencias entre criptografía simétrica y asimétrica

Para empezar, la criptografía simétrica es más insegura ya que el hecho de pasar la clave es una gran vulnerabilidad, pero se puede cifrar y descifrar en menor tiempo del que tarda la criptografía asimétrica, que es el principal inconveniente y es la razón por la que existe la criptografía híbrida.


CRIPTOGRAFIA HIBRIDA


Este sistema es la unión de las ventajas de los dos anteriores, debemos de partir que el problema de ambos sistemas criptográficos es que el simétrico es inseguro y el asimétrico es lento.

El proceso para usar un sistema criptográfico híbrido es el siguiente (para enviar un archivo):
Generar una clave pública y otra privada (en el receptor).
Cifrar un archivo de forma síncrona.
El receptor nos envía su clave pública.
Ciframos la clave que hemos usado para encriptar el archivo con la clave pública del receptor.
Enviamos el archivo cifrado (síncronamente) y la clave del archivo cifrada (asíncronamente y solo puede ver el receptor).