Simétrico y asimétrico

El cifrado moderno se divide en dos familias según el funcionamiento de las claves:

• Simétrico: la misma clave cifra y descifra. Ejemplo: AES.
• Asimétrico: utiliza un par de claves, de modo que una clave cifra y otra diferente descifra. Ejemplo: RSA.

Los sistemas reales combinan ambas. Comprender sus ventajas y limitaciones es esencial para atacar y defender sistemas criptográficos.

En el cifrado simétrico, ambas partes comparten una clave secreta. La misma clave bloquea y desbloquea los datos.

• Ventaja: es muy rápido e ideal para grandes cantidades de datos.
• Desventaja: primero debe compartir la clave de forma segura. Este es el problema de la distribución de claves.

AES (Estándar de cifrado avanzado) es el cifrado simétrico predominante. Es un cifrado por bloques que opera con bloques de 128 bits y tamaños de clave de 128, 192 o 256 bits.

AES es rápido, cuenta con aceleración por hardware en las CPU modernas y se considera seguro cuando se utiliza correctamente. AES-256 es la opción habitual para alta seguridad.

Un cifrado por bloques necesita un modo de operación para procesar datos que superan el tamaño de un bloque:

• ECB: es inseguro; los bloques idénticos producen textos cifrados idénticos, lo que revela patrones. Evítelo.
• CBC: encadena los bloques mediante un vector de inicialización (IV). Es mejor, pero requiere precaución.
• GCM: proporciona cifrado y autenticación (AEAD). Es el modo moderno recomendado.

Una demostración famosa: cifrar una imagen de un pingüino con AES en modo ECB aún deja visible su silueta. ECB cifra los bloques de texto plano idénticos como bloques de texto cifrado idénticos, por lo que la estructura se filtra.

Por eso debe reconocer ECB como un hallazgo durante las evaluaciones. El cifrado es sólido; la debilidad está en el modo.

El cifrado asimétrico utiliza un par de claves relacionadas matemáticamente:

• Clave pública: se comparte libremente. Cualquiera puede cifrarle mensajes con ella.
• Clave privada: se mantiene en secreto. Solo usted puede descifrar con ella.

Esto resuelve la distribución de claves: puede publicar abiertamente su clave pública sin poner en peligro la seguridad.

RSA es el algoritmo asimétrico clásico. Su seguridad se basa en la dificultad de factorizar el producto de dos números primos grandes.

Actualmente son habituales las claves de 2048 bits; las de 3072 o 4096 bits ofrecen un margen mayor. RSA es lento en comparación con AES, por lo que rara vez se utiliza para cifrar directamente grandes volúmenes de datos.

Las claves asimétricas cumplen dos funciones distintas:

• Confidencialidad: cifre con la clave pública del destinatario; solo su clave privada permite descifrar.
• Autenticidad (firma): firme con su clave privada; cualquiera puede verificarla con su clave pública, demostrando que procede de usted.

Observe que las claves se utilizan con funciones opuestas para estos dos fines.

Los protocolos reales, como TLS, combinan ambos tipos. El proceso es el siguiente:

• Utilice criptografía asimétrica lenta una sola vez para intercambiar de forma segura una clave de sesión aleatoria.
• Utilice el rápido AES simétrico con esa clave de sesión para los datos reales.

Así obtiene la velocidad del cifrado simétrico y la comodidad de distribución de claves del cifrado asimétrico.

Diffie-Hellman permite que dos partes acuerden un secreto compartido a través de un canal inseguro sin enviar nunca el secreto en sí. Es la base del intercambio moderno de claves de TLS.

Las variantes de curva elíptica (ECDH, ECDSA) alcanzan la misma seguridad que RSA con claves mucho más pequeñas, por lo que son más rápidas y cada vez se utilizan más como opción predeterminada.

Los algoritmos sólidos fallan cuando se utilizan mal. Preste atención a estos hallazgos:

• El modo ECB filtra patrones del texto plano.
• IV o nonces reutilizados o predecibles en CBC o GCM.
• Claves codificadas directamente en el código fuente o en archivos de configuración.
• Claves RSA pequeñas (de 512 o 1024 bits) que se pueden factorizar.
• Comportamiento de oráculo de relleno que revela el texto plano byte a byte.

Las matemáticas rara vez están vulneradas; normalmente lo está la implementación.

Aplique lo que comprende sobre las claves públicas y privadas.

Ha comparado las dos familias de cifrado:

• Simétrico (AES): una clave compartida, rápido, pero con una distribución de claves complicada. Use el modo GCM, nunca ECB.
• Asimétrico (RSA, ECC): par de claves pública y privada, resuelve la distribución, pero es lento.
• Cifre con la clave pública del destinatario; firme con su clave privada.
• Los sistemas híbridos y Diffie-Hellman combinan lo mejor de ambos en TLS.

A continuación: identificación y descifrado de hashes en la práctica.