Cifrado simétrico y asimétrico explicado desde cero

El cifrado es el proceso de transformar información legible, como un mensaje, un archivo o unos datos, en una forma ilegible e incomprensible mediante un procedimiento matemático, de manera que solo quien disponga de la clave correcta pueda revertir esa transformación y recuperar la información original. Su propósito fundamental es proteger la confidencialidad de los datos, de modo que aunque alguien logre interceptarlos o acceder a ellos sin autorización, no pueda entender su contenido al carecer de la clave necesaria para descifrarlos. La información original y legible se denomina texto claro, y el resultado ilegible tras aplicar el cifrado se denomina texto cifrado, que parece un revoltijo sin sentido. La idea de proteger mensajes ocultando su significado es muy antigua, pero la criptografía moderna la ha llevado a un nivel de solidez matemática tal que hoy constituye el cimiento de prácticamente toda la seguridad de internet y de las comunicaciones digitales. Un principio fundamental y a menudo sorprendente de la criptografía seria es que la seguridad no reside en mantener en secreto el método o algoritmo de cifrado, que de hecho suele ser público y conocido por todos, sino en mantener en secreto la clave. Esto es así de forma deliberada, porque un algoritmo público puede ser examinado y analizado por multitud de expertos que buscan debilidades, y si resiste ese escrutinio riguroso durante años, se puede confiar en él; en cambio, un método secreto no ha sido probado por la comunidad y a menudo esconde fallos que sus creadores no detectaron. Por esta razón, en criptografía se desconfía de las soluciones que prometen un cifrado secreto e indescifrable inventado por alguien, y se recomienda usar siempre algoritmos abiertos, estandarizados y auditados, concentrando toda la protección en el secreto de la clave. El cifrado se presenta en dos grandes modalidades, la simétrica, que usa una sola clave, y la asimétrica, que usa un par de claves relacionadas, y ambas, combinadas, hacen posible la comunicación segura, las firmas digitales y la confianza en el entorno digital.

La diferencia fundamental entre el cifrado simétrico y el asimétrico está en el número de claves que utilizan y en cómo las emplean, y cada uno tiene fortalezas y debilidades que los hacen adecuados para distintos propósitos. El cifrado simétrico utiliza una única clave, la misma tanto para cifrar la información como para descifrarla, de modo que la misma llave que cierra el candado es la que lo abre. Su gran ventaja es que resulta muy rápido y eficiente, lo que lo hace ideal para cifrar grandes cantidades de datos. Sin embargo, presenta un problema importante conocido como el problema de la distribución de la clave: como ambas partes que quieren comunicarse necesitan tener esa misma clave secreta, hay que encontrar la manera de hacérsela llegar de forma segura, y si el único canal disponible es inseguro, como internet, enviar la clave por él sin protección permitiría que un interceptor la capturara y pudiera descifrar todo, lo que anula la seguridad. El cifrado asimétrico, también llamado de clave pública, resuelve precisamente ese problema mediante el uso de dos claves distintas pero matemáticamente relacionadas entre sí: una clave pública, que se puede distribuir libremente a cualquiera, y una clave privada, que su dueño mantiene en secreto y no comparte nunca. La propiedad esencial es que lo que se cifra con la clave pública solo puede descifrarse con la clave privada correspondiente, y viceversa. Esto permite que cualquiera cifre un mensaje usando la clave pública del destinatario, con la certeza de que únicamente ese destinatario, con su clave privada, podrá leerlo, y todo ello sin que las partes hayan tenido que compartir previamente ningún secreto por un canal seguro, lo que resuelve el problema del cifrado simétrico. La contrapartida del asimétrico es que es mucho más lento y costoso computacionalmente que el simétrico, por lo que resulta poco práctico para cifrar grandes volúmenes de datos. En resumen, el simétrico es rápido pero exige compartir una clave secreta de forma segura, mientras que el asimétrico permite comunicarse sin secreto previo pero es lento, y por eso, como se verá, en la práctica ambos se combinan para aprovechar lo mejor de cada uno.

La clave pública y la clave privada son las dos claves que componen el par utilizado en el cifrado asimétrico, y su funcionamiento conjunto es lo que hace posible comunicarse de forma segura sin haber compartido antes ningún secreto. Ambas claves están generadas a la vez y matemáticamente relacionadas entre sí, pero cumplen papeles opuestos y complementarios. La clave pública, como su nombre indica, está pensada para ser compartida y distribuida libremente a cualquier persona, sin que importe quién la vea o la tenga, ya que conocerla no compromete la seguridad. La clave privada, en cambio, debe mantenerse en secreto absoluto por parte de su dueño y no compartirse jamás, porque es la que otorga la capacidad de descifrar los mensajes o de firmar, y quien la posea puede suplantar a su dueño. La propiedad matemática que las une es que lo que se cifra con una de las claves solo puede descifrarse con la otra del mismo par. Esto habilita dos usos fundamentales. En el primer uso, orientado a la confidencialidad, cualquiera puede cifrar un mensaje dirigido a una persona utilizando la clave pública de esa persona, con la garantía de que solo ella, empleando su clave privada, podrá descifrarlo y leerlo; así se logra enviar información secreta a alguien sin haber acordado previamente ninguna clave común. En el segundo uso, orientado a la autenticidad, el dueño puede firmar algo con su clave privada, y cualquiera puede verificar con la clave pública correspondiente que la firma es auténtica, es decir, que fue realizada por el poseedor legítimo de la clave privada y que el contenido no ha sido alterado. La seguridad de todo el sistema descansa en que la clave privada permanezca realmente secreta, por lo que protegerla adecuadamente es crucial, y por eso uno de los errores más graves sería compartir o exponer la clave privada, mientras que la clave pública puede difundirse sin problema. Este mecanismo de dos claves con roles diferenciados es la base de tecnologías tan importantes como la comunicación segura en la web, las firmas digitales, los certificados que autentican los sitios y la mensajería cifrada.

Los dos tipos de cifrado se combinan en la práctica porque cada uno tiene una fortaleza que compensa exactamente la debilidad del otro, de modo que usándolos juntos se aprovecha lo mejor de ambos y se resuelve un problema que ninguno solucionaría por sí solo de manera satisfactoria. El cifrado simétrico es muy rápido y eficiente, ideal para cifrar grandes cantidades de datos, pero tiene el problema de que ambas partes necesitan compartir la misma clave secreta y no existe una forma segura de intercambiarla a través de un canal inseguro sin que pueda ser interceptada. El cifrado asimétrico, en cambio, resuelve brillantemente ese problema del intercambio, ya que permite comunicarse de forma segura sin haber compartido ningún secreto previo gracias al par de claves pública y privada, pero es mucho más lento y costoso, lo que lo hace poco práctico para cifrar volúmenes grandes de información. La solución que combina ambos consiste en usar cada uno para aquello en lo que destaca: se emplea el cifrado asimétrico únicamente al principio de la comunicación, y solo para una tarea concreta y ligera, que es intercambiar de forma segura una nueva clave simétrica secreta entre las dos partes; una vez que ambas comparten esa clave simétrica, obtenida de manera segura gracias al asimétrico, se pasa a cifrar todo el grueso de la comunicación con el cifrado simétrico, que es rápido. De este modo, el asimétrico se ocupa de resolver el problema del intercambio de la clave, una sola vez y con poca cantidad de datos, y el simétrico se ocupa de proteger de forma eficiente toda la conversación posterior. Este esquema combinado es exactamente lo que ocurre cada vez que se navega por un sitio seguro y aparece el candado en el navegador, en un proceso de negociación inicial en el que el navegador y el servidor acuerdan mediante criptografía asimétrica una clave simétrica que luego cifra todo el tráfico. El mismo patrón se utiliza en las redes privadas virtuales, en la mensajería segura y en numerosos protocolos de comunicación cifrada. En definitiva, la combinación de ambos tipos de cifrado es una solución elegante y eficiente que reúne la seguridad en el intercambio de claves del cifrado asimétrico con la velocidad del cifrado simétrico, y constituye uno de los pilares del funcionamiento seguro de internet.

Una firma digital es un mecanismo basado en el cifrado asimétrico que permite garantizar la autenticidad y la integridad de un mensaje, un documento o un programa, es decir, demostrar quién es su autor y asegurar que su contenido no ha sido alterado, y funciona utilizando el par de claves pública y privada de una manera que podría describirse como el cifrado asimétrico usado al revés respecto a la confidencialidad. Mientras que para enviar un mensaje secreto se cifra con la clave pública del destinatario para que solo él lo lea con su privada, en la firma digital el proceso se invierte en su lógica: el autor firma con su propia clave privada, y cualquier persona puede verificar esa firma utilizando la clave pública correspondiente del autor. La clave del asunto está en que, como la clave privada la posee únicamente su dueño y se mantiene en secreto, solo él ha podido generar una firma válida que se verifique correctamente con su clave pública; por tanto, una firma válida demuestra que el contenido fue firmado por el poseedor legítimo de esa clave privada, aportando autenticidad. Además, la firma digital garantiza la integridad, es decir, que el contenido no ha sido modificado desde que se firmó, porque el proceso vincula la firma con el contenido concreto, de modo que si alguien alterara aunque fuera mínimamente el documento o mensaje, la verificación de la firma fallaría y se detectaría la manipulación. Gracias a estas dos propiedades, autenticidad e integridad, las firmas digitales son fundamentales en numerosos ámbitos de la seguridad digital. Están detrás de los certificados que permiten a los navegadores verificar que un sitio web con conexión segura es realmente quien dice ser, evitando suplantaciones. Se usan para firmar programas y actualizaciones de software, de manera que el sistema pueda comprobar que provienen del desarrollador legítimo y que no han sido alterados o infectados por el camino. Y sustentan los documentos firmados digitalmente con validez legal, así como muchos otros usos. Conviene distinguir claramente el cifrado de la firma: el cifrado protege la confidencialidad, impidiendo que otros lean la información, mientras que la firma no oculta el contenido sino que garantiza quién lo creó y que está intacto. Ambas son caras complementarias del cifrado asimétrico y juntas proporcionan buena parte de la confianza necesaria en el mundo digital.

No, no debes inventar tu propio cifrado ni confiar en soluciones que prometen algoritmos secretos y caseros, porque hacerlo es uno de los errores más peligrosos en criptografía y casi siempre conduce a una seguridad falsa y frágil. La razón se basa en un principio fundamental de la criptografía seria, según el cual la seguridad de un sistema de cifrado debe residir en el secreto de la clave y no en el secreto del algoritmo, que idealmente debe ser público. Los algoritmos de cifrado que se consideran fiables son aquellos que han sido diseñados por expertos, publicados abiertamente, y sometidos durante años al escrutinio riguroso de la comunidad criptográfica mundial, que busca activamente debilidades en ellos; solo cuando un algoritmo resiste ese análisis intenso y prolongado se gana la confianza de ser considerado seguro. Un cifrado inventado por una persona o una empresa y mantenido en secreto no ha pasado por ese proceso de validación, por lo que es muy probable que contenga fallos y vulnerabilidades sutiles que sus creadores no advirtieron, ya que la criptografía es un campo extraordinariamente difícil, lleno de trampas y errores no evidentes que incluso a profesionales experimentados se les escapan. La historia está repleta de sistemas de cifrado propietarios y secretos que fueron rotos con facilidad una vez analizados, demostrando que la oscuridad del método no aporta seguridad real, sino una peligrosa ilusión de ella. Por todo esto, la recomendación universal en seguridad es no implementar criptografía propia y, en su lugar, utilizar los algoritmos estándar reconocidos y las bibliotecas de software criptográfico bien establecidas, mantenidas y auditadas, que implementan correctamente esos algoritmos probados y evitan los numerosos errores de implementación que pueden comprometer incluso a un buen algoritmo. Esto aplica tanto a la elección del cifrado como a su uso, ya que muchos fallos de seguridad no están en el algoritmo en sí, sino en cómo se emplea. En definitiva, para estar más seguro no hay que inventar cifrado, sino confiar en los estándares abiertos, probados y ampliamente adoptados, y concentrar los esfuerzos en gestionar y proteger correctamente las claves, que es donde debe residir la seguridad. Dejar la criptografía en manos de los algoritmos y las herramientas validadas por la comunidad es, paradójicamente, mucho más seguro que cualquier invención propia por ingeniosa que parezca.