Criptografía PDF

Privacidad de los datos (data privacy en inglés) es un servicio que garantiza que los datos solamente van a poder ser accedidos por la persona o personas que estén autorizadas. La criptografia (kryptos, secreto y graphie, escritura del griego) es una disciplina que se encarga de transformar los dat...

Privacidad de los datos (data privacy en inglés) es un servicio que garantiza que los datos solamente van a poder ser accedidos por la persona o personas que estén autorizadas. La criptografia (kryptos, secreto y graphie, escritura del griego) es una disciplina que se encarga de transformar los datos mediante un cifrado o código con el objetivo de proteger la información. JCE (Java Cryptography Extension) es una biblioteca que sirve para ejecutar diferentes algorismos de cifrado en los programas. Sistema de Cifrado Simétrico El cifrado simétrico es un método de encriptación donde se utiliza la misma clave para cifrar y descifrar la información. Este tipo de cifrado es fundamental en la seguridad de la información, ya que permite proteger datos sensibles de accesos no autorizados. En este documento, se explorarán los principios básicos del cifrado simétrico, sus aplicaciones, ventajas y desventajas, así como algunos de los algoritmos más utilizados en la actualidad. Principios Básicos del Cifrado Simétrico El cifrado simétrico se basa en la idea de que tanto el emisor como el receptor de un mensaje comparten una clave secreta. Esta clave se utiliza para transformar el texto plano (mensaje original) en texto cifrado (mensaje encriptado) y viceversa. La seguridad del cifrado simétrico depende de la confidencialidad de la clave; si un atacante logra obtenerla, podrá descifrar cualquier mensaje cifrado con ella. Aplicaciones del Cifrado Simétrico El cifrado simétrico se utiliza en diversas aplicaciones, tales como: Transacciones financieras: Para proteger la información sensible durante las transacciones en línea. Almacenamiento de datos: Para cifrar archivos y bases de datos que contienen información confidencial. Comunicaciones seguras: Para asegurar la privacidad de las comunicaciones a través de redes inseguras. Ventajas del Cifrado Simétrico Rapidez: Los algoritmos de cifrado simétrico suelen ser más rápidos que los de cifrado asimétrico, lo que los hace ideales para procesar grandes volúmenes de datos.  Menor complejidad: La implementación de sistemas de cifrado simétrico es generalmente más sencilla, ya que solo se necesita gestionar una única clave. Desventajas del Cifrado Simétrico Distribución de claves: La necesidad de compartir la clave entre el emisor y el receptor puede ser un desafío, especialmente en entornos donde la seguridad es crítica. Escalabilidad: A medida que aumenta el número de usuarios, la gestión de claves se vuelve más compleja, ya que se requieren claves únicas para cada par de usuarios. Algoritmos Comunes de Cifrado Simétrico Algunos de los algoritmos más utilizados en cifrado simétrico incluyen: AES (Advanced Encryption Standard): Un estándar de cifrado ampliamente utilizado que ofrece un alto nivel de seguridad. DES (Data Encryption Standard): Un algoritmo más antiguo que ha sido reemplazado en gran medida por AES debido a sus vulnerabilidades. 3DES (Triple DES): Una variante de DES que aplica el cifrado tres veces para aumentar la seguridad. Conclusión El cifrado simétrico es una herramienta esencial en la protección de la información en el mundo digital. A pesar de sus desventajas, su rapidez y simplicidad lo convierten en una opción popular para muchas aplicaciones. Con el avance de la tecnología y el aumento de las amenazas cibernéticas, es crucial seguir investigando y mejorando los métodos de cifrado para garantizar la seguridad de los datos. Colisiones y Preimágenes en Seguridad Criptográfica La seguridad criptográfica es un campo fundamental en la protección de la información digital, y dos conceptos clave en este ámbito son las colisiones y las preimágenes. Este documento explora qué son estos términos, su relevancia en la criptografía y cómo afectan la integridad y la seguridad de los sistemas criptográficos. Colisiones En el contexto de funciones hash, una colisión ocurre cuando dos entradas diferentes producen el mismo valor hash. Esto es problemático porque compromete la unicidad que se espera de una función hash. Por ejemplo, si un atacante puede encontrar dos documentos diferentes que generan el mismo hash, podría sustituir un documento por otro sin que se detecte, lo que pone en riesgo la integridad de los datos. Las funciones hash se utilizan en diversas aplicaciones, como la verificación de integridad de archivos, la firma digital y la autenticación. Por lo tanto, la resistencia a colisiones es una propiedad deseable en una función hash. Un algoritmo que es resistente a colisiones es aquel que hace que sea computacionalmente difícil encontrar dos entradas diferentes que produzcan el mismo hash. Preimágenes El término preimagen se refiere a la entrada original que produce un valor hash específico. La resistencia a la preimagen es otra propiedad importante de las funciones hash. Una función hash es resistente a la preimagen si, dado un valor hash, es computacionalmente difícil encontrar una entrada que produzca ese hash. Esto es crucial en aplicaciones como la autenticación y la firma digital, donde un atacante podría intentar descubrir la entrada original a partir del hash para falsificar datos. Si una función hash es resistente a la preimagen, se asegura que incluso si un atacante conoce el hash, no podrá revertir el proceso para descubrir la entrada original. Métodos de Generación de Claves Simétricas Existen varios métodos para generar claves simétricas, entre los cuales se destacan: 1. Generadores de Números Aleatorios Los generadores de números aleatorios (RNG) son herramientas que producen secuencias de números que no presentan patrones predecibles. Estos números pueden ser utilizados para crear claves simétricas. Es importante que el RNG sea de alta calidad para garantizar que las claves generadas sean seguras. Las medidas válidas vendrán determinadas por el tipo de algoritmo que se quiere ejecutar. 2. Algoritmos de Derivación de Claves Los algoritmos de derivación de claves, como PBKDF2, bcrypt y Argon2, permiten generar claves a partir de contraseñas. Estos algoritmos aplican funciones hash y técnicas de salting para aumentar la seguridad de la clave generada, haciendo más difícil su recuperación a partir de la contraseña original. En el caso del AES, las claves tienen que tener una medida concreta: 128, 192 o 256 bytes 3. Criptografía Cuántica La criptografía cuántica es un campo emergente que utiliza principios de la mecánica cuántica para generar claves simétricas. Aunque todavía en desarrollo, promete ofrecer métodos de generación de claves que son intrínsecamente seguros contra ataques de computadoras clásicas. Importancia de la Longitud de la Clave La longitud de la clave es un factor crítico en la seguridad de los sistemas de cifrado simétrico. Claves más largas generalmente ofrecen un mayor nivel de seguridad, ya que aumentan el número de combinaciones posibles que un atacante tendría que probar para descifrar la información. Se recomienda utilizar claves de al menos 128 bits para garantizar un nivel adecuado de seguridad. Las clases que necesitamos para la generación de claves simétricas en java son: Jakarta.crypto.SecretKey jakarta.crypto.KeyGenerator Las clases que necesitamos para la generación de claves simétricas basadas en contraseña en java son: Jakarta.crypto.SecretKey jakarta.crypto.MessageDigest Algoritmos Hash: Explicación de MD5, Argon2, Bcrypt, SHA-1, SHA-256 y SHA-3 Los algoritmos hash son funciones matemáticas que transforman datos de entrada de longitud variable en una cadena de longitud fija, conocida como hash. Estos algoritmos son fundamentales en la seguridad informática, ya que permiten verificar la integridad de los datos y almacenar contraseñas de manera segura. En este documento, exploraremos varios algoritmos hash populares, incluyendo MD5, Argon2, Bcrypt, SHA-1, SHA-256 y SHA-3, analizando sus características, ventajas y desventajas. MD5 MD5 (Message-Digest Algorithm 5) es un algoritmo hash ampliamente utilizado que produce un hash de 128 bits (16 bytes). Fue diseñado por Ronald Rivest en 1991 y se ha utilizado en diversas aplicaciones, como la verificación de integridad de archivos y el almacenamiento de contraseñas. Sin embargo, MD5 es considerado inseguro debido a su vulnerabilidad a colisiones, donde dos entradas diferentes pueden generar el mismo hash. Por esta razón, su uso en aplicaciones críticas de seguridad se desaconseja. Argon2 Argon2 es un algoritmo de hashing de contraseñas que fue el ganador del Password Hashing Competition en 2015. Se diseñó para ser resistente a ataques de fuerza bruta y ataques de hardware especializado, como los ASIC. Argon2 permite ajustar la memoria y el tiempo de procesamiento, lo que lo hace altamente configurable y seguro. Existen dos variantes: Argon2d, que es más resistente a ataques de GPU, y Argon2i, que es más seguro contra ataques de canal lateral. Su uso es recomendado para el almacenamiento seguro de contraseñas. Bcrypt Bcrypt es otro algoritmo de hashing de contraseñas que se basa en el algoritmo Blowfish. Fue diseñado para ser lento y, por lo tanto, más resistente a ataques de fuerza bruta. Bcrypt incluye un factor de costo que permite aumentar la complejidad del hash, lo que significa que se puede ajustar a medida que la potencia de cómputo aumenta con el tiempo. Aunque Bcrypt es más seguro que MD5 y SHA-1, su rendimiento puede ser un inconveniente en aplicaciones que requieren un alto rendimiento. SHA-1 SHA-1 (Secure Hash Algorithm 1) es un algoritmo hash que produce un hash de 160 bits (20 bytes). Fue diseñado por la NSA y se publicó en 1995. Aunque fue ampliamente utilizado en aplicaciones de seguridad, como la firma digital y la verificación de integridad, SHA-1 ha sido considerado inseguro desde 2017 debido a su vulnerabilidad a colisiones. Por lo tanto, su uso en nuevas aplicaciones se desaconseja. SHA-256 SHA-256 es parte de la familia SHA-2 y produce un hash de 256 bits (32 bytes). Se considera más seguro que SHA-1 y MD5, y es ampliamente utilizado en aplicaciones de seguridad, como SSL/TLS y criptomonedas. SHA-256 es resistente a colisiones y ataques de preimagen, lo que lo convierte en una opción sólida para la verificación de integridad y el almacenamiento de contraseñas. SHA-3 SHA-3 es la última adición a la familia de algoritmos hash y fue seleccionado como estándar por el NIST en 2015. A diferencia de SHA-2, que se basa en estructuras de Merkle-Damgård, SHA-3 utiliza una construcción de tipo sponge, lo que le proporciona una mayor flexibilidad y seguridad. SHA-3 puede generar hashes de diferentes longitudes (224, 256, 384 y 512 bits) y es considerado seguro contra ataques de colisión y preimagen. Sistema de Cifrado Asimétrico El cifrado asimétrico es un método de encriptación que utiliza un par de claves: una clave pública y una clave privada. Este sistema permite que la información se cifre de manera segura, garantizando la confidencialidad y la autenticidad de los datos. A diferencia del cifrado simétrico, donde se utiliza la misma clave para cifrar y descifrar la información, el cifrado asimétrico ofrece una solución más robusta para la transmisión segura de datos en entornos digitales. ¿Cómo Funciona el Cifrado Asimétrico? El cifrado asimétrico se basa en algoritmos matemáticos complejos que generan dos claves únicas. La clave pública se puede compartir abiertamente, mientras que la clave privada se mantiene en secreto. Cuando alguien desea enviar un mensaje seguro, utiliza la clave pública del destinatario para cifrar el mensaje. Solo el destinatario, que posee la clave privada correspondiente, puede descifrar el mensaje. Ventajas del Cifrado Asimétrico 1. Seguridad Mejorada: La clave privada nunca se comparte, lo que reduce el riesgo de que sea interceptada. 2. Autenticación: Permite verificar la identidad del remitente mediante la firma digital, asegurando que el mensaje proviene de una fuente confiable. 3. Interoperabilidad: Facilita la comunicación segura entre diferentes sistemas y plataformas. Desventajas del Cifrado Asimétrico 1. Rendimiento: Generalmente, el cifrado asimétrico es más lento que el cifrado simétrico, lo que puede ser un inconveniente en aplicaciones que requieren alta velocidad. 2. Complejidad: La implementación de sistemas de cifrado asimétrico puede ser más compleja debido a la gestión de claves. Aplicaciones del Cifrado Asimétrico El cifrado asimétrico se utiliza en diversas aplicaciones, entre las que se incluyen: Transacciones en línea: Asegura la comunicación entre clientes y servidores en plataformas de comercio electrónico. Correo electrónico seguro: Herramientas como PGP (Pretty Good Privacy) utilizan cifrado asimétrico para proteger la privacidad de los correos electrónicos. Firmas digitales: Garantiza la integridad y autenticidad de documentos electrónicos. RSA Clave Asimétrica El algoritmo RSA (Rivest-Shamir-Adleman) es uno de los métodos más utilizados para la criptografía de clave asimétrica. Este documento explora los fundamentos del algoritmo RSA, su funcionamiento, y su importancia en la seguridad de la información en el mundo digital. Funcionamiento del Algoritmo RSA El algoritmo RSA se basa en la dificultad de factorizar números grandes. A continuación, se describen los pasos básicos para generar un par de claves RSA: 1. Selección de Primos: Elegir dos números primos grandes, ( p ) y ( q ). 2. Cálculo de ( n ): Multiplicar ( p ) y ( q ) para obtener ( n ), que se utiliza como módulo para ambas claves. [ n = p \times q ] 3. Cálculo de ( \phi(n) ): Calcular la función totiente de Euler, ( \phi(n) ), que es igual a ( (p-1)(q-1) ). 4. Elección de ( e ): Seleccionar un número entero ( e ) tal que ( 1 < e < \phi(n) ) y que ( e ) sea coprimo con ( \phi(n) ). 5. Cálculo de ( d ): Determinar ( d ) como el inverso multiplicativo de ( e ) módulo ( \phi(n) ). Esto significa que: [ d \times e \equiv 1 \ (\text{mod} \ \phi(n)) ] 6. Claves: La clave pública es el par ( (e, n) ) y la clave privada es el par ( (d, n) ). Encriptación y Desencriptación Para encriptar un mensaje ( m ) (donde ( m < n )), se utiliza la clave pública ( (e, n) ) de la siguiente manera: [ c \equiv m^e \ (\text{mod} \ n) ] donde ( c ) es el texto cifrado. Para desencriptar el mensaje, se utiliza la clave privada ( (d, n) ): [ m \equiv c^d \ (\text{mod} \ n) ] Importancia de RSA RSA es fundamental en la seguridad de las comunicaciones digitales. Se utiliza en protocolos como HTTPS, firmas digitales y en la protección de datos sensibles. Su robustez se basa en la dificultad de factorizar números grandes, lo que lo hace resistente a ataques de fuerza bruta.