Criptografía asimétrica

La criptografía asimétrica (en inglés asymmetric key cryptography), también llamada criptografía de clave pública (en inglés public key cryptography) o criptografía de dos claves^[1]​(en inglés two-key cryptography), es el método criptográfico que usa un par de claves para el envío de mensajes. Las dos claves pertenecen a la misma persona que recibirá el mensaje. Una clave es pública y se puede entregar a cualquier persona, la otra clave es privada y el propietario debe guardarla de modo que nadie tenga acceso a ella. Además, los métodos criptográficos garantizan que esa pareja de claves solo se puede generar una vez, de modo que se puede asumir que no es posible que dos personas hayan obtenido casualmente la misma pareja de claves.

Llave o clave es lo mismo. Existiendo por tanto: llave o clave privada y llave o clave pública.

Si una persona que emite un mensaje a un destinatario, usa la llave pública de este último para cifrarlo; una vez cifrado, solo la clave privada del destinatario podrá descifrar el mensaje, ya que es el único que debería conocerla. Por tanto se logra la confidencialidad del envío del mensaje, es extremadamente difícil que lo descifre alguien salvo el destinatario . Cualquiera, usando la llave pública del destinatario, puede cifrarle mensajes; los que serán descifrados por el destinatario usando su clave privada.

Si el propietario del par de claves usa su clave privada para cifrar un mensaje, cualquiera puede descifrarlo utilizando la clave pública del primero. En este caso se consigue la identificación y autentificación del remitente, ya que se sabe que solo pudo haber sido él quien empleó su clave privada (salvo que un tercero la haya obtenido). Esta idea es el fundamento de la firma digital, donde jurídicamente existe la presunción de que el firmante es efectivamente el dueño de la clave privada.

Los 'sistemas de cifrado de clave pública' o 'sistemas de cifrado asimétricos' se inventaron con el fin de evitar por completo el problema del intercambio de claves de los sistemas de cifrado simétricos. Con las claves públicas no es necesario que el remitente y el destinatario se pongan de acuerdo en la clave a emplear. Todo lo que se requiere es que, antes de iniciar la comunicación secreta, cada uno debe conseguir la llave pública del otro y cuidar cada uno su llave privada. Es más, esas mismas claves públicas pueden ser usada por cualquiera que desee comunicarse con alguno de ellos siempre que se utilice correctamente la llave pública de cada uno.

La criptografía asimétrica usa funciones exponenciales.

Las dos principales ramas de la criptografía de clave pública son:

Una analogía con el cifrado de clave pública es la de un buzón con una ranura de correo. La ranura de correo está expuesta y accesible al público; su ubicación (la dirección de la calle) es, en esencia, la clave pública. Alguien que conozca la dirección de la calle puede ir a la puerta y colocar un mensaje escrito a través de la ranura; sin embargo, solo la persona que posee la llave (clave privada) puede abrir el buzón de correo y leer el mensaje.

Una analogía para firmas digitales es el sellado de un sobre con un sello personal. El mensaje puede ser abierto por cualquier persona, pero la presencia del sello autentifica al remitente.

Supongamos que Ana quiere enviar a David un mensaje secreto que solo él pueda leer.

Primero, David envía a Ana una caja abierta, pero con cerradura, cerradura que se bloqueará una vez se cierre la caja, y que solo podrá abrirse con una llave, que solo David tiene. Ana recibe la caja, escribe el mensaje, lo pone en la caja y la cierra con su cerradura (ahora Ana ya no podrá abrir la caja para acceder de nuevo al mensaje). Finalmente, Ana envía la caja a David y este la abre con su llave. En este ejemplo, la caja con la cerradura es la «clave pública» de David, y la llave de la cerradura es su «clave privada».

Esquemáticamente:

"Caja" y "cerradura" son variables, dos datos (en el caso más sencillo, dos números) necesarios ambos para resolver un determinado problema matemático de manera inmediata. Es cierto que teniendo solo la "cerradura" (alguien que interceptase la caja antes de que llegue a David), un cerrajero experto podría abrir la caja sin necesidad de la "llave", pero, en la práctica, un sistema de cifrado competente exhibe una complejidad tal que su resolución, desconociendo la clave privada del destinatario, exige de una potencia computacional o de un coste en tiempo desproporcionadamente mayor al valor esperado del robo de la información (la computación cuántica, por ejemplo, reduciría en mucho dicho coste, volviendo obsoletos no pocos sistemas criptográficos que a día de hoy pueden considerarse efectivamente invulnerables).

Observar que la criptografía de clave pública necesita establecer una confianza en que la clave pública de un usuario (al cual se identifica por una cadena identificativa a la que se llama identidad) es correcta, es decir el único que posee la clave privada correspondiente es el usuario auténtico al que pertenece. Cuanto más fiable sea el método más seguridad tendrá el sistema.

Lo ideal sería que cada usuario comunicara (e idealmente probara) de forma directa al resto de usuarios cuál es su clave pública. Sin embargo esto no es posible en la realidad y se desarrollan distintos esquemas para aportar confianza. Estos esquemas se pueden agrupar en dos tipos: Esquema centralizados y esquemas descentralizados. En los esquemas descentralizado hay varios nodos y cada uno tiene unas capacidades y derechos. En los esquemas centralizados hay una arquitectura cliente-servidor donde los servidores juegan un papel central y proveen servicios a los clientes. Cada esquema tiene sus ventajas e inconvenientes. Por ejemplo, los sistemas centralizados suelen ser más vulnerables a ataques de denegación de servicio debido a que basta con que falle el servidor central para que el sistema de confianza caiga por completo. Los sistemas descentralizados se suelen considerar menos seguros contra ataques encaminados a publicar claves públicas falsas debido a que al haber varios nodos posibles a atacar es más difícil asegurar su seguridad. Los modelos más usados son:

Girault ^[2]​ distingue tres niveles de confianza que dan los distintos modelos a la autoridad que interviene en el proceso (PKG, KGC o CA según cada caso):

Según el segundo principio de Kerckhoffs toda la seguridad debe descansar en la clave y no en el algoritmo (en contraposición con la seguridad por la oscuridad). Por lo tanto, el tamaño de la clave es una medida de la seguridad del sistema, pero no se puede comparar el tamaño de la clave del cifrado simétrico con el del cifrado de clave pública para medir la seguridad. En un ataque de fuerza bruta sobre un cifrado simétrico con una clave del tamaño de 80 bits, el atacante debe probar hasta 2⁸⁰-1 claves para encontrar la clave correcta. En un ataque de fuerza bruta sobre un cifrado de clave pública con una clave del tamaño de 512 bits, el atacante debe factorizar un número compuesto codificado en 512 bits (hasta 155 dígitos decimales). La cantidad de trabajo para el atacante será diferente dependiendo del cifrado que esté atacando. Mientras 128 bits son suficientes para cifrados simétricos, dada la tecnología de factorización de hoy en día, se recomienda el uso de claves públicas de 1024 bits para la mayoría de los casos.

La mayor ventaja de la criptografía asimétrica es que la distribución de claves es más fácil y segura ya que la clave que se distribuye es la pública manteniéndose la privada para el uso exclusivo del propietario, pero este sistema tiene bastantes desventajas:

ventajas:

Los nuevos sistemas de clave asimétrica basado en curvas elípticas tienen características menos costosas.

Herramientas como PGP, SSH o la capa de seguridad SSL para la jerarquía de protocolos TCP/IP utilizan un híbrido formado por la criptografía asimétrica para intercambiar claves de criptografía simétrica, y la criptografía simétrica para la transmisión de la información.

Algunos algoritmos y tecnologías de clave asimétrica son:

Algunos protocolos que usan los algoritmos antes citados son:

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