Funciones hash: SHA-256 y más allá

Una función hash criptográfica toma una entrada de longitud arbitraria y produce una salida de longitud fija (resumen). Debe ser determinista, rápida de calcular, resistente a preimagen (no se puede invertir), resistente a colisiones (no se pueden encontrar dos entradas con el mismo hash) y sensible al efecto avalancha (un cambio pequeño → un hash completamente diferente).

La familia SHA-2 (diseñada por la NSA y estandarizada por el NIST) incluye:

• SHA-256 — salida de 256 bits, ampliamente utilizada
• SHA-384 — salida de 384 bits
• SHA-512 — salida de 512 bits, más rápida en CPU de 64 bits

SHA-256 se utiliza en Bitcoin, certificados TLS e identificadores de commits de Git.

SHA-3 utiliza un diseño completamente distinto del de SHA-2 (la construcción de esponja Keccak). Se estandarizó como alternativa de respaldo por si se descubrían debilidades en SHA-2. SHA-3 no está ampliamente implementada, pero se utiliza en algunos protocolos criptográficos y dispositivos de hardware.

Nunca use MD5 ni SHA-1 con fines de seguridad:

• MD5: se pueden encontrar colisiones en segundos con hardware convencional
• SHA-1: primera colisión práctica demostrada en 2017 (SHAttered)

Siguen siendo útiles para sumas de comprobación sin fines de seguridad (deduplicación de archivos), pero no para garantizar la integridad.

Verificación de descargas:

Al firmar documentos, no ciframos el documento completo con la clave privada (es demasiado lento). En su lugar:

1. Calcule el hash del documento: H = SHA256(document)
2. Cifre el hash con la clave privada: sig = RSA_encrypt(H, private_key)
3. Adjunte la firma al documento

Verificación: descifre la firma con la clave pública, vuelva a calcular el hash y compare los resultados.

HMAC (código de autenticación de mensajes basado en hash) combina una función hash con una clave secreta para producir una etiqueta de autenticación. Se utiliza para verificar tanto la integridad como la autenticidad de los datos. Se utiliza en JWT, la autenticación de API y TLS.

SHA-2 (construcción de Merkle-Damgård) es vulnerable a los ataques de extensión de longitud: si conoce H(secret+message), puede calcular H(secret+message+extension) sin conocer el secreto. HMAC evita este problema. SHA-3 no es vulnerable.

Una tabla rainbow precalcula correspondencias entre hashes y entradas para realizar búsquedas rápidas. El salting evita esto: añadir un valor aleatorio único por entrada hace que cada hash sea único, lo que obliga a aplicar fuerza bruta completa a cada entrada en lugar de realizar una búsqueda.

Un árbol de Merkle es un árbol de hashes en el que cada nodo padre es el hash de sus hijos. Se utiliza en la cadena de bloques de Bitcoin, Git y los registros de transparencia de certificados para verificar eficazmente grandes conjuntos de datos sin descargarlos por completo.

Guía de selección:

• Integridad general/sumas de comprobación: SHA-256
• Almacenamiento de contraseñas: Argon2id, bcrypt (NO SHA-256 directamente)
• Autenticación de mensajes: HMAC-SHA-256
• Firmas digitales: SHA-256 o SHA-384 como hash subyacente
• Evite: MD5 y SHA-1 en aplicaciones de seguridad

¿Qué construcción evita los ataques de extensión de longitud y además requiere una clave secreta?

Las funciones hash producen resúmenes de longitud fija a partir de entradas arbitrarias. SHA-256 y SHA-512 son los estándares actuales. MD5 y SHA-1 no son seguros para aplicaciones de seguridad. HMAC añade una clave secreta para proporcionar integridad autenticada. Use Argon2/bcrypt para las contraseñas. Los árboles de Merkle amplían el uso de hashes para verificar eficazmente grandes conjuntos de datos.