¿Qué es la criptografía? Cómo funciona, tipos y ejemplos

Criptografía y criptología: ¿son lo mismo?

Los términos están relacionados, pero tradicionalmente la criptología representa un campo más amplio.

Criptografía

Se centra en desarrollar mecanismos para proteger información.

Criptoanálisis

Estudia métodos destinados a analizar o romper sistemas criptográficos.

Criptología

Puede entenderse como el campo que engloba ambos.

CRIPTOLOGÍA

├── Criptografía
│   └── Construir protección
│
└── Criptoanálisis
    └── Analizar o romper
        sistemas criptográficos

¿Cuáles son los objetivos de la criptografía?

Confidencialidad

Busca impedir que una persona no autorizada pueda interpretar información protegida.

Integridad

Permite detectar si un mensaje o archivo ha sido modificado.

Autenticación

Ayuda a comprobar la identidad u origen de una comunicación.

No repudio

Determinados sistemas de firma digital pueden aportar evidencia sobre el origen y autenticidad de información firmada.

Confidencialidad
¿Quién puede leerlo?

Integridad
¿Fue modificado?

Autenticación
¿Quién lo envió?

Firma digital
¿Podemos verificar
su origen e integridad?

¿Cómo funciona el cifrado?

En términos simplificados, un sistema de cifrado recibe información legible y la transforma mediante un algoritmo y una clave.

Texto plano

Es la información original.

Cifrado

Es el proceso que transforma esa información.

Texto cifrado

Es el resultado protegido.

Descifrado

Es el proceso que recupera la información original utilizando la clave apropiada.

TEXTO PLANO

"Hola"

↓

Cifrado
+
Clave

↓

TEXTO CIFRADO

"X8pZ..."


↓

Descifrado
+
Clave correcta

↓

"Hola"

La seguridad no debería depender de ocultar el algoritmo

Los sistemas criptográficos modernos normalmente utilizan algoritmos públicos ampliamente estudiados.

La protección depende principalmente de las propiedades del algoritmo y del secreto de las claves que corresponda mantener privadas.

Principales mecanismos utilizados en criptografía

Una introducción práctica puede dividir los mecanismos criptográficos en varias categorías.

Cifrado simétrico

Utiliza una clave secreta compartida.

Criptografía asimétrica

Utiliza pares de claves relacionadas matemáticamente.

Funciones hash

Transforman datos de longitud variable en resultados de longitud determinada y no están diseñadas para descifrarse.

Firmas digitales

Permiten comprobar integridad y autenticidad utilizando criptografía de clave pública.

MAC

Los códigos de autenticación de mensajes permiten verificar integridad y autenticidad cuando las partes comparten una clave secreta.

CRIPTOGRAFÍA MODERNA

Cifrado simétrico

Cifrado asimétrico

Funciones hash

MAC

Firmas digitales

Intercambio / establecimiento
de claves

¿Qué es la criptografía simétrica?

En el cifrado simétrico, las partes autorizadas utilizan una clave secreta compartida para proteger y recuperar información.

CLAVE SECRETA

      ↓

Mensaje
↓
Cifrado
↓
Datos cifrados
↓
Descifrado
↓
Mensaje

      ↑

MISMA CLAVE
O CLAVE SIMÉTRICA
RELACIONADA SEGÚN EL MODO

Ventajas

• Alta velocidad.
• Buen rendimiento.
• Adecuada para grandes cantidades de datos.

Principal desafío

La clave secreta debe distribuirse y protegerse adecuadamente.

AES

AES es uno de los algoritmos de cifrado simétrico más utilizados actualmente.

¿Qué es la criptografía asimétrica?

La criptografía asimétrica utiliza un par de claves relacionadas:

• Clave pública.
• Clave privada.

Clave pública

Puede compartirse según el sistema y finalidad.

Clave privada

Debe mantenerse protegida por su propietario.

CLAVE PÚBLICA
Puede compartirse

        ↕

Relación matemática

        ↕

CLAVE PRIVADA
Debe protegerse

¿Para qué se utiliza?

Dependiendo del algoritmo y protocolo, puede participar en:

• Establecimiento de claves.
• Firmas digitales.
• Autenticación.
• Protección de comunicaciones.

¿Es más segura que la simétrica?

No es correcto establecer una regla general.

Ambos enfoques cumplen funciones diferentes y suelen combinarse.

Criptografía asimétrica

↓

Ayuda a establecer
o autenticar claves

↓

Criptografía simétrica

↓

Cifra grandes cantidades
de información eficientemente

¿Cómo funcionan una clave pública y una clave privada?

La forma exacta depende del algoritmo y de la operación que queramos realizar.

Un error común

No deberíamos resumir toda la criptografía asimétrica simplemente como:

"Se cifra siempre con la pública
y se descifra siempre
con la privada."

Esa explicación puede servir para comprender determinados esquemas de cifrado, pero no representa todas las operaciones posibles.

Firmas digitales

En una firma digital, la clave privada participa en la generación de la firma y la clave pública correspondiente permite verificarla.

FIRMA

Documento

↓

Clave privada

↓

Firma digital


VERIFICACIÓN

Documento
+
Firma
+
Clave pública

↓

Válida / No válida

¿Qué es un hash criptográfico?

Una función hash criptográfica transforma una entrada de tamaño variable en un resultado de longitud determinada.

Ejemplo conceptual

"Hola"

↓

Función hash

↓

185f8db3...


"Hola!"

↓

Función hash

↓

334d016f...

Una modificación pequeña cambia el resultado

Esto permite utilizar hashes como parte de mecanismos destinados a verificar integridad.

Un hash no está diseñado para descifrarse

A diferencia del cifrado, no existe una clave que permita simplemente ejecutar la operación inversa y recuperar el contenido original.

¿El hash siempre es único?

No literalmente.

Como la cantidad de posibles entradas es mayor que la cantidad de posibles resultados de tamaño fijo, matemáticamente pueden existir colisiones.

Una función hash criptográfica segura está diseñada para que encontrar esas colisiones resulte computacionalmente impracticable.

Cifrado vs. hashing vs. codificación

Son conceptos que suelen confundirse.

Cifrado

Está diseñado para proteger información que posteriormente puede necesitar recuperarse mediante las claves apropiadas.

Hash

Produce un resumen de longitud determinada y no está pensado para recuperar directamente el contenido original.

Codificación

Transforma información para que pueda representarse o transportarse en otro formato.

No es un mecanismo de confidencialidad.

CIFRADO

Texto
↓
Clave
↓
Cifrado
↓
Puede descifrarse


HASH

Texto
↓
Hash
↓
Resumen
↓
No está diseñado
para revertirse


CODIFICACIÓN

Datos
↓
Base64, por ejemplo
↓
Representación
↓
Puede decodificarse
sin clave secreta

Base64 no cifra información

Cualquier persona puede decodificar una cadena Base64 utilizando herramientas comunes.

¿Qué es una firma digital?

Una firma digital utiliza criptografía de clave pública para proporcionar mecanismos de verificación sobre un mensaje o documento.

Puede ayudar a verificar

• Quién posee la clave utilizada para firmar.
• Que los datos no hayan sido modificados después de la firma.

Proceso simplificado

DOCUMENTO

↓

Función criptográfica

↓

Firma utilizando
clave privada

↓

FIRMA DIGITAL


VERIFICACIÓN

Documento
+
Firma digital
+
Clave pública

↓

Resultado
de verificación

No es lo mismo que insertar una imagen de una firma

Una imagen escaneada puede copiarse fácilmente.

Una firma digital criptográfica utiliza operaciones matemáticas que permiten verificar la firma contra la clave pública correspondiente.

¿Qué es un MAC en criptografía?

MAC significa Message Authentication Code o código de autenticación de mensajes.

Utiliza una clave secreta

Un MAC permite que participantes que comparten una clave puedan verificar la integridad y autenticidad de un mensaje.

Mensaje
+
Clave secreta

↓

MAC

↓

Código de autenticación


Receptor

Mensaje
+
Misma clave

↓

Verificación

HMAC

HMAC es una construcción ampliamente utilizada que combina una función hash criptográfica con una clave secreta.

Hash y MAC no son equivalentes

Un hash por sí solo no demuestra quién generó el mensaje.

Un MAC incorpora una clave secreta compartida.

¿Cómo utiliza HTTPS la criptografía?

Cuando visitas una página mediante HTTPS, el navegador y el servidor utilizan TLS para establecer una comunicación protegida.

HTTPS combina diferentes mecanismos

En términos simplificados:

Navegador

↓

TLS

↓

Autenticación
+
Establecimiento de claves

↓

Clave de sesión

↓

Cifrado simétrico

↓

Comunicación protegida

¿Por qué combinar criptografía asimétrica y simétrica?

Porque cada mecanismo resuelve problemas diferentes.

Las operaciones de clave pública pueden participar en autenticación y establecimiento de secretos, mientras que los algoritmos simétricos son adecuados para proteger grandes cantidades de tráfico de manera eficiente.

Certificados digitales

Los certificados ayudan a vincular claves públicas con identidades o dominios dentro de una infraestructura de confianza.

¿Las contraseñas deben cifrarse o almacenarse como hash?

Las contraseñas normalmente no deberían almacenarse utilizando cifrado reversible.

¿Por qué?

Un sistema de autenticación generalmente no necesita recuperar la contraseña original.

Necesita comprobar si la contraseña introducida corresponde con la registrada.

Flujo conceptual

Usuario crea contraseña

↓

Función específica
para passwords
+
salt

↓

Resultado almacenado


LOGIN

Contraseña ingresada

↓

Mismo procedimiento

↓

Comparación

No debería utilizarse simplemente SHA-256 para passwords

Las contraseñas necesitan algoritmos específicamente diseñados para almacenamiento de credenciales y resistentes a intentos masivos de adivinación.

Ejemplos de enfoques especializados

• Argon2.
• scrypt.
• bcrypt.
• PBKDF2 en entornos apropiados.

La gestión de claves es tan importante como el algoritmo

Una implementación puede utilizar un excelente algoritmo y aun así ser insegura si las claves están mal protegidas.

Una clave criptográfica necesita un ciclo de vida

Generación

↓

Distribución

↓

Almacenamiento

↓

Uso

↓

Rotación

↓

Revocación

↓

Destrucción

No guardes claves dentro del código fuente

Evita prácticas como:

$encryption_key =
"mi-clave-super-secreta";

Tampoco deberían publicarse en Git

Una clave comprometida debe considerarse expuesta incluso si posteriormente eliminas el archivo del repositorio visible.

Utiliza sistemas especializados cuando corresponda

Por ejemplo:

• Hardware Security Modules.
• Servicios KMS.
• Key Vaults.
• Secret managers.

Planifica la rotación

Los sistemas deberían permitir sustituir claves sin tener que rediseñar completamente la aplicación.

Algoritmos criptográficos que deberías conocer

AES

Algoritmo de cifrado simétrico ampliamente utilizado.

RSA

Familia de técnicas de clave pública utilizada históricamente en diferentes aplicaciones.

ECC

La criptografía de curvas elípticas permite construir mecanismos de clave pública con propiedades y tamaños de clave diferentes a RSA.

SHA-2

Familia de funciones hash que incluye SHA-256 y SHA-512.

SHA-3

Otra familia estandarizada de funciones hash criptográficas.

HMAC

Construcción utilizada para autenticar mensajes mediante una función hash y una clave secreta.

¿Cómo utiliza blockchain la criptografía?

Las redes blockchain utilizan distintos mecanismos criptográficos como parte de su funcionamiento.

Hashes

Pueden utilizarse para representar bloques, transacciones u otras estructuras de datos.

Firmas digitales

Permiten autorizar determinadas operaciones utilizando claves privadas.

Direcciones y claves

Muchas redes utilizan sistemas derivados de criptografía de clave pública.

Clave privada

↓

Firma de transacción

↓

Red verifica
con información pública

↓

Operación validable

¿Qué es la criptografía poscuántica?

La criptografía poscuántica o Post-Quantum Cryptography (PQC) estudia algoritmos diseñados para resistir determinados ataques que podrían realizar futuros computadores cuánticos suficientemente potentes.

No es lo mismo que criptografía cuántica

La criptografía poscuántica utiliza algoritmos que pueden ejecutarse en computadores convencionales.

CRIPTOGRAFÍA CUÁNTICA

Utiliza fenómenos
de física cuántica


CRIPTOGRAFÍA
POSCUÁNTICA

Algoritmos clásicos
diseñados para resistir
ataques cuánticos

NIST ya publicó estándares poscuánticos

En 2024 NIST publicó sus primeros tres estándares principales:

ML-KEM

Mecanismo de encapsulación de claves basado en retículas.

ML-DSA

Algoritmo de firma digital poscuántica.

SLH-DSA

Esquema de firmas digitales basado en funciones hash.

¿Por qué comenzar una migración antes de tener grandes computadores cuánticos?

Parte de la información cifrada actualmente puede necesitar permanecer protegida durante muchos años.

Además, sustituir sistemas criptográficos utilizados en grandes organizaciones puede requerir largos periodos de planificación, desarrollo y migración.

¿Cómo puede fallar la criptografía?

Una vulnerabilidad criptográfica no siempre significa que alguien haya roto matemáticamente el algoritmo.

Claves robadas

Si un atacante obtiene una clave secreta, puede evitar tener que atacar directamente el algoritmo.

Contraseñas débiles

Una buena función criptográfica no compensa una credencial extremadamente predecible.

Generadores aleatorios inseguros

Las claves necesitan aleatoriedad criptográficamente segura.

Algoritmos obsoletos

Algoritmos que alguna vez fueron considerados adecuados pueden dejar de serlo cuando aparecen nuevos ataques o aumenta la capacidad computacional.

Mala implementación

Errores en:

• Nonces.
• IV.
• Padding.
• Validación.
• Comparaciones.
• Gestión de errores.

pueden debilitar un sistema incluso cuando el algoritmo principal es sólido.

Filtraciones laterales

En determinados escenarios un atacante puede estudiar tiempos de ejecución, consumo eléctrico u otras señales producidas durante operaciones criptográficas.

12 errores frecuentes al hablar de criptografía

1. Pensar que Base64 es cifrado

Base64 es una codificación y puede revertirse sin una clave secreta.

2. Decir que un hash es siempre único

Las colisiones son matemáticamente posibles. Una buena función criptográfica hace que encontrarlas deliberadamente resulte computacionalmente inviable.

3. Decir que un hash se descifra

Las funciones hash no están diseñadas como transformaciones reversibles.

4. Cifrar contraseñas de forma reversible

Las contraseñas normalmente deberían almacenarse utilizando mecanismos específicos de hashing para credenciales.

5. Crear tu propio algoritmo

Los sistemas criptográficos necesitan años de análisis para obtener confianza sobre sus propiedades.

6. Guardar claves en Git

Un repositorio no debería utilizarse como almacén de secretos.

7. Usar una clave débil

La fortaleza del algoritmo puede perderse si la clave es fácilmente adivinable.

8. Reutilizar nonces cuando el algoritmo no lo permite

En determinados modos de cifrado esto puede provocar fallos graves de seguridad.

9. Pensar que RSA siempre es más seguro que AES

No son alternativas equivalentes: se utilizan para objetivos y contextos diferentes.

10. Considerar la ofuscación como sustituto del cifrado

Dificultar la lectura de código no proporciona las mismas garantías que la criptografía.

11. Pensar que HTTPS protege un servidor comprometido

TLS protege principalmente la comunicación. No soluciona vulnerabilidades existentes dentro del servidor o aplicación.

12. Elegir algoritmos solamente por su nombre

La configuración, biblioteca, modo, claves y protocolo completo son tan importantes como el algoritmo principal.

Checklist básico para utilizar criptografía correctamente

• ✓ Definí qué información necesito proteger.
• ✓ Identifiqué la amenaza.
• ✓ Utilizo algoritmos actuales y ampliamente revisados.
• ✓ Utilizo bibliotecas mantenidas.
• ✓ No inventé mi propio algoritmo.
• ✓ Las claves se generan de forma segura.
• ✓ Las claves no están hardcodeadas.
• ✓ Las claves no están publicadas en Git.
• ✓ Tengo un mecanismo de rotación.
• ✓ Utilizo HTTPS/TLS donde corresponde.
• ✓ Las contraseñas utilizan mecanismos adecuados de hashing.
• ✓ Diferencio cifrado de codificación.
• ✓ Puedo actualizar algoritmos en el futuro.
• ✓ Considero respaldos seguros de claves cuando corresponde.
• ✓ Tengo un procedimiento ante compromiso de claves.

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