Guía completa sobre el cifrado de clave privada

El cifrado de clave privada, también conocido como cifrado simétrico o criptografía de clave privada, es un método de cifrado que utiliza una única clave para cifrar y descifrar datos. La clave criptográfica debe mantenerse en secreto y compartirse solo entre las partes implicadas en la comunicación para garantizar la confidencialidad, de ahí que también se denomine "clave secreta".

Es lo contrario a la criptografía de clave pública, que utiliza una clave distinta para cifrar y descifrar.

¿Qué es el cifrado?

Según el Instituto Nacional de Normas y Tecnología (NIST), el cifrado es la transformación criptográfica de texto plano en texto cifrado mediante un algoritmo. En términos más sencillos, es un proceso que ofusca el significado original de los datos para impedir que se conozcan o utilicen. El proceso inverso se denomina descifrado, que transforma los datos cifrados (o el mensaje cifrado) de nuevo en texto plano legible. 

Aunque a menudo se utilizan indistintamente, cifrado y criptografía son términos similares, pero diferentes. El NIST define esta última como la ciencia de la ocultación y verificación de la información. Es una disciplina que engloba los principios, medios y métodos para hacer ininteligible la información sensible y restaurar los datos cifrados a su forma inteligible.

En resumen, el cifrado es uno de esos métodos. La diferencia esencial que lo distingue es que utiliza algoritmos para ocultar matemáticamente los datos sensibles.

¿Por qué es importante el cifrado?

En general, el cifrado es vital por varias razones importantes:

• Confidencialidad: Los métodos de cifrado de clave pública y privada protegen la información sensible de accesos no autorizados. Sin la clave privada correspondiente, un mensaje cifrado es ilegible para cualquiera que lo tenga en sus manos. Aunque un pirata informático intercepte o robe los datos, no le servirán de nada si no puede descifrar el cifrado.
• Integridad: La encriptación también se encarga de que los datos no se alteren durante la transmisión o el almacenamiento. Los mecanismos de cifrado suelen incluir hashes criptográficos, que generan una huella digital única para los datos. Cualquier cambio en los datos cifrados originales, por pequeño que sea, provocará un hash no coincidente durante la verificación, alertando a los usuarios de una posible manipulación.
• Autenticación: El cifrado establece una comunicación segura verificando la identidad del emisor o el receptor mediante mecanismos como firmas digitales y claves criptográficas. Por ejemplo, en la comunicación por correo electrónico, el cifrado puede autenticar al remitente, garantizando que el mensaje procede realmente de la persona u organización indicada.
• Cumplimiento: También puede ayudar a las organizaciones a cumplir los requisitos normativos en materia de seguridad de los datos, especialmente en sectores como las finanzas, la sanidad y la administración pública. Por ejemplo, en Estados Unidos, la Ley de Portabilidad y Responsabilidad de Seguros de Salud (HIPAA) obliga a las organizaciones a cifrar los datos en reposo para proteger la información sanitaria sensible. Las infracciones pueden acarrear sanciones económicas, demandas judiciales y daños a la reputación.

Hay muchas aplicaciones potenciales en las que la criptografía de clave privada puede resultar valiosa. Algunas de las más comunes son:

Cifrado de archivos o datos

El cifrado de clave privada es esencial para salvaguardar los archivos confidenciales almacenados en dispositivos o servidores, garantizando que solo las personas autorizadas puedan acceder a su contenido. Al cifrar los archivos con una clave simétrica, las empresas pueden proteger la información confidencial, como registros financieros, contratos o propiedad intelectual, de accesos no autorizados, incluso si un dispositivo o servidor se ve comprometido. Además, el cifrado de clave privada permite compartir archivos de forma segura dentro de las organizaciones, lo que permite a los empleados colaborar de forma segura, a la vez que se minimiza el riesgo de filtración de datos.

Seguridad de bases de datos

Las bases de datos suelen almacenar grandes cantidades de datos confidenciales de los clientes, como datos personales, información sobre pagos e historiales de transacciones, lo que las convierte en objetivos principales de los ciberataques. El cifrado de clave privada garantiza que estos datos permanezcan protegidos, incluso en caso de filtración de datos.

Al cifrar los datos en reposo, las organizaciones pueden hacer que la información sea ilegible para usuarios no autorizados, preservando su confidencialidad e integridad. Además, el cifrado de clave privada es fundamental para proteger las bases de datos de copias de seguridad, garantizando que las copias almacenadas permanezcan protegidas de usos indebidos. Para los sectores que dependen de la confianza, como el comercio electrónico y la banca, el cifrado de bases de datos genera confianza al proteger la información de los clientes frente a accesos no autorizados.

Comunicación segura

La criptografía de clave privada es fundamental para proteger los sitios web y permitir una comunicación en línea segura, principalmente mediante el uso de los certificados Transport Layer Security (TLS).

Cuando un usuario visita un sitio web protegido con el Protocolo Seguro de Transferencia de Hipertexto (HTTPS), se produce un proceso denominado protocolo de enlace TLS. Establece una conexión segura mediante la negociación de parámetros de cifrado entre el navegador del usuario y el servidor web. Inicialmente, se utiliza el cifrado asimétrico para intercambiar una clave de sesión simétrica.

Una vez creada esta clave criptográfica de forma segura, el cifrado simétrico se hace cargo durante la sesión, cifrando los datos intercambiados entre el cliente y el servidor. Esto garantiza que la información confidencial, como las credenciales de acceso, los detalles de pago y los datos personales, esté protegida de escuchas o manipulaciones por parte de personas no autorizadas.

Además, autentica la identidad del sitio web, ayudando a los usuarios a confirmar que están interactuando con un sitio legítimo y no con una página de suplantación de identidad o una versión falsificada. Esto es especialmente importante para las plataformas de comercio electrónico, banca en línea y cualquier sitio que gestione interacciones delicadas con los clientes, ya que genera confianza y protege a los usuarios contra el fraude.

Cifrado de disco

Las organizaciones utilizan el cifrado de clave privada para proteger dispositivos de almacenamiento completos, como discos duros, unidades USB o unidades SSD externas. Esto garantiza que todos los datos almacenados en el dispositivo permanezcan cifrados e inaccesibles para usuarios no autorizados sin la clave de descifrado adecuada.

El cifrado de discos es especialmente útil para proteger dispositivos perdidos o robados, ya que garantiza que no se pueda extraer información confidencial aunque el hardware físico caiga en las manos equivocadas. Las empresas suelen confiar en el cifrado de discos para las computadoras portátiles y los dispositivos portátiles utilizados por los empleados, lo que ayuda a mantener la seguridad en una plantilla móvil.

Tanto el método de clave pública como el de clave privada son ampliamente utilizados, pero existen notables diferencias entre ellos. Analicemos cada uno por separado para comprender sus ventajas y limitaciones.

Cifrado de clave pública

El cifrado de clave pública, también conocido como cifrado asimétrico o criptografía de llave pública, no utiliza una sola clave criptográfica para cifrar y descifrar datos. En su lugar, utiliza un par de claves: una clave pública (disponible para cualquiera) y una clave privada (mantenida en secreto por el propietario).

El par de claves está vinculado matemáticamente. Esto significa que los datos cifrados con la clave pública solo pueden descifrarse con la clave privada correspondiente, y viceversa.

Entre sus ventajas destacan las siguientes:

• Distribución de claves más sencilla: En la criptografía de clave pública, las organizaciones solo necesitan mantener en secreto la clave privada. Pueden compartir la clave pública abiertamente sin comprometer la seguridad.
• Mayor seguridad: El proceso de intercambio de claves es mucho más seguro en el cifrado de clave pública, ya que la clave secreta nunca se comparte.
• Adaptabilidad: Este método de cifrado es altamente escalable porque la clave pública puede distribuirse libremente, lo que lo hace ideal para la comunicación multipartita.

Sin embargo, hay algunas desventajas notables:

• Velocidad: El cifrado asimétrico suele implicar una mayor complejidad computacional, lo que se traduce en procesos de cifrado y descifrado más lentos.
• Intensidad de recursos: Generar y gestionar un par de claves pública-privada para cada usuario en sistemas a gran escala añade sobrecarga administrativa.
• Gestión de claves: Gestionar un par de claves para cada usuario puede resultar complejo en sistemas con un gran número de personas.

Debido a estos factores, el cifrado de clave pública es muy adecuado para las firmas digitales y las situaciones que requieren una autenticación y seguridad sólidas. Sin embargo, puede no ser ideal para el cifrado masivo de datos o aplicaciones de alta velocidad.

Cifrado de clave privada

Como método de cifrado simétrico, la criptografía de clave privada ofrece varias ventajas:

• Mayor simplicidad: Con una sola clave para cifrar y descifrar, el proceso suele ser mucho más rápido y sencillo que la criptografía asimétrica.
• Eficiencia: Asimismo, es menos complejo desde el punto de vista computacional, por lo que resulta ideal para cifrar grandes cantidades de datos, como archivos o entradas de bases de datos.

Sin embargo, hay que tener en cuenta algunos factores de riesgo importantes:

• Distribución de claves: La misma clave se utiliza tanto para cifrar como para descifrar, por lo que debe compartirse de forma segura entre las partes. Esto crea una vulnerabilidad significativa durante el intercambio de claves, ya que la interceptación o el compromiso de la clave podría conducir a un acceso no autorizado.
• Punto único de fallo: Si la clave de cifrado se ve comprometida, todos los datos cifrados con esa clave pasan a ser accesibles a partes no autorizadas, y las comunicaciones o los datos almacenados dejan de ser seguros.
• Falta de escalabilidad: En entornos con muchos usuarios o sistemas, gestionar claves únicas para cada par de partes resulta cada vez más complejo e inmanejable. El cifrado de clave privada no se adapta bien a las redes de comunicación multiusuario.
• Dependencia de confianza: Ambas partes deben confiar en que protegerán y utilizarán la clave de forma responsable. Una filtración en cualquiera de los extremos podría comprometer los datos cifrados. 

A pesar de estas limitaciones, el cifrado de clave privada sigue siendo muy eficaz para casos de uso en los que el intercambio seguro de claves es factible y la escalabilidad no es un problema, como el cifrado de archivos, bases de datos o comunicaciones dentro de una red de confianza.

El cifrado de clave privada funciona codificando el texto plano mediante un algoritmo de cifrado. En pocas palabras, los algoritmos de cifrado son reglas matemáticas que determinan cómo la clave altera los datos cifrados. Normalmente hay dos tipos de informes:

• Cifrado por bloques que cifra los datos en bloques de tamaño fijo.
• Cifrado de flujo que cifra un bit o byte cada vez.

Dependiendo del cifrado que elija, el proceso de la clave privada funciona de la siguiente manera:

• Generación de claves: El remitente genera una clave de cifrado segura y aleatoria con un algoritmo criptográfico.
• Intercambio de claves: Comparten la clave de cifrado con el destinatario, a menudo a través de un canal protegido o combinándola con un método de cifrado asimétrico. 
• Preparación de datos: El remitente formatea el texto plano o lo divide en bloques específicos.
• Cifrado de datos: El algoritmo utiliza la clave de cifrado para transformar el texto plano en texto cifrado, haciéndolo ilegible sin la clave.
• Transmisión: El remitente transmite el texto cifrado al destinatario o lo almacena de forma segura para su uso posterior.
• Descifrado: El destinatario utiliza la misma clave para invertir el proceso de cifrado, convirtiendo de nuevo el texto cifrado en texto sin cifrar.

Algoritmos habituales de cifrado de clave privada

Algunos ejemplos de cifrado simétrico o de clave privada son los siguientes algoritmos: 

• Estándar de cifrado de datos (DES): Utiliza una clave de 56 bits y divide los datos en bloques de 64 bits. Las vulnerabilidades condujeron finalmente a su desaparición.
• Estándar de cifrado triple de datos (3DES): Aplica el mismo algoritmo de cifrado tres veces a cada bloque, lo que aumenta el tamaño de la clave y la seguridad. El NIST desaprobó 3DES en 2019, citando vulnerabilidades conocidas.
• Estándar de cifrado avanzado (AES): Ofrece longitudes de clave de hasta 256 bits, lo que la hace más resistente a los ataques de fuerza bruta.

En criptografía, la computación cuántica es una amenaza conocida e inevitable para el cifrado moderno. La cuántica ofrece una potencia de cálculo exponencialmente mayor que las tecnologías más avanzadas de la actualidad, lo que le permite descifrar incluso los cifrados más sofisticados. Afortunadamente, los algoritmos de cifrado simétrico se consideran menos vulnerables a los ataques cuánticos siempre que la longitud de la clave sea suficiente.

Las organizaciones que utilizan procesos de clave privada deben sortear varios riesgos de seguridad potenciales, como:

1. Exposición de claves

La exposición de claves se produce cuando una clave de cifrado privada se revela accidental o maliciosamente a partes no autorizadas. Esto puede ocurrir debido a un almacenamiento inadecuado, robo o vulnerabilidades del sistema. Una vez expuesta, los atacantes pueden utilizar la clave para descifrar datos sensibles, suplantar al propietario de la clave o firmar contenido malicioso, comprometiendo la integridad y confidencialidad de los sistemas cifrados.

2. Ataques de fuerza bruta

Los ataques de fuerza bruta implican que los malos actores prueben sistemáticamente todas las combinaciones de teclas posibles hasta encontrar la correcta. Aunque los algoritmos de cifrado potentes con claves de tamaño suficientemente grande hacen que estas amenazas sean inviables desde el punto de vista informático, las claves más cortas o mal elegidas son vulnerables, especialmente con los avances en la potencia de procesamiento o la computación cuántica.

3. Ataques de canal lateral

Los ataques de canal lateral aprovechan la información filtrada durante el proceso de cifrado, como la temporización, el consumo de energía o las emisiones electromagnéticas, para deducir claves privadas. Estos ataques se dirigen a la implementación del sistema criptográfico más que al algoritmo en sí, lo que supone una grave amenaza para los sistemas con protecciones de hardware o software insuficientes.

4. Mala gestión de claves

Las actividades de gestión de clave ineficaces incluyen la generación de claves deficientes, el almacenamiento inadecuado de claves, los controles de acceso insuficientes o la falta de rotación periódica de las claves. Estas prácticas aumentan el riesgo de acceso no autorizado o de uso indebido, lo que puede dar lugar a filtraciones de datos o a la imposibilidad de descifrar datos críticos cuando sea necesario.

Afortunadamente, existen varias buenas prácticas que las organizaciones pueden emplear para proteger mejor sus claves privadas:

• Utilizar algoritmos potentes: Implemente estándares de cifrado robustos como AES-256. Los algoritmos simétricos de este tipo son resistentes a los ataques cuánticos, una amenaza futura, pero importante para la criptografía moderna.
• Implementar soluciones de gestión de claves: Utilice herramientas como los módulos de seguridad de hardware (HSM) para proteger las claves con una sólida raíz de confianza. Estas soluciones proporcionan entornos a prueba de manipulaciones y automatizan la gestión del ciclo de vida de las claves, reduciendo el riesgo de error humano.
• Rotar las claves regularmente: Cambie las claves de cifrado periódicamente para minimizar la exposición y limitar los daños causados por claves comprometidas. La rotación de claves garantiza que se retiren las claves obsoletas, lo que reduce el riesgo de vulnerabilidades a largo plazo.
• Limitar el acceso a las claves: Restrinja el acceso a las claves privadas al personal o los sistemas esenciales, aplicando estrictos controles basados en funciones. Esto minimiza la posibilidad de un uso indebido accidental o malintencionado y mejora la rendición de cuentas.
• Supervisar y auditar el uso de claves: Rastree el uso de las claves para detectar actividades no autorizadas. Las auditorías periódicas proporcionan información sobre cómo se accede a las claves y cómo se utilizan, lo que permite una respuesta más rápida ante posibles amenazas.
• Educar a los empleados: Formar al personal sobre las mejores prácticas para manejar las claves de cifrado, incluido el reconocimiento de los intentos de suplantación de identidad y el almacenamiento seguro de las claves. Los empleados informados actúan como una línea crítica de defensa contra las infracciones inducidas por errores humanos.

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