Criptografía explicada: simétrica, asimétrica y hashing

La criptografía es la práctica de proteger la información con matemáticas para que solo las partes previstas puedan leerla o confiar en ella. Para un equipo de seguridad, el objetivo no es diseñar algoritmos (los estándar son robustos), sino entender las piezas básicas lo bastante bien como para usarlas correctamente y detectar cuándo se usan mal.

Qué te da la criptografía

La criptografía ofrece tres garantías en las que se apoya el resto de la seguridad: confidencialidad (el cifrado mantiene los datos en secreto ante cualquiera que no tenga la clave), integridad (el hashing y las firmas revelan si los datos se alteraron) y autenticidad (las firmas demuestran quién produjo algo, y que no puede negarlo de forma creíble). HTTPS, las VPN, el cifrado de discos, el almacenamiento de contraseñas, la firma de software y la mensajería segura son aplicaciones de estas mismas pocas primitivas.

Cifrado simétrico: una clave compartida

El cifrado simétrico usa una única clave secreta tanto para cifrar como para descifrar. El estándar moderno es AES (Advanced Encryption Standard), normalmente en un modo autenticado como AES-GCM, que protege la integridad además del secreto. Su punto fuerte es la velocidad: es lo bastante eficiente como para cifrar grandes volúmenes de datos, y por eso se usa para el trabajo masivo: cifrar archivos, discos completos, bases de datos y la carga útil de una conexión de red segura. Su punto débil es la distribución de claves: todo el que necesite leer los datos necesita la misma clave, y hacérsela llegar de forma segura es un problema en sí mismo. Si quieres ver el cifrado simétrico autenticado en acción, nuestro laboratorio de AES-GCM te lo enseña paso a paso.

Cifrado asimétrico: un par de claves

El cifrado asimétrico (de clave pública) usa un par de claves vinculadas matemáticamente: una clave pública que se puede compartir libremente y una clave privada que se guarda en secreto. Lo que se cifra con una solo se descifra con la otra. Los algoritmos habituales son RSA y la criptografía de curva elíptica (ECC), que ofrece una robustez equivalente con tamaños de clave mucho menores. La criptografía asimétrica es más lenta que la simétrica, así que no se usa para cifrar grandes volúmenes de datos. En su lugar, resuelve los dos problemas que la simétrica no puede: permite a las partes intercambiar una clave de forma segura sin un secreto compartido previo y hace posibles las firmas digitales. En resumen, la criptografía asimétrica es cómo se establece la confianza; la simétrica, cómo se protegen después los datos.

Hashing: una huella de un solo sentido (no es cifrado)

El hashing se confunde a menudo con el cifrado, pero es una herramienta distinta. Una función hash toma cualquier entrada y produce una huella de tamaño fijo, y es de un solo sentido: no puedes revertir un hash al original, y no interviene ninguna clave. SHA-256, de la familia SHA-2 (con SHA-3 como alternativa más reciente), es una opción habitual de uso general. El hashing se usa para comprobar la integridad (comparar el hash actual de un archivo con un hash conocido y fiable), como componente de las firmas digitales y para almacenar contraseñas: guardas el hash, nunca la contraseña, y comparas hashes al iniciar sesión. Para las contraseñas en concreto, usa una función de hash de contraseñas deliberadamente lenta y con sal, no un hash rápido corriente, para que adivinar salga caro. Puedes experimentar con ellas en el laboratorio de hashing.

Firmas digitales: demostrar el origen y la integridad

Una firma digital combina las dos ideas anteriores. Para firmar, calculas el hash de los datos y cifras ese hash con tu clave privada; cualquiera con tu clave pública puede verificarla calculando él mismo el hash de los datos y comparándolo con la firma descifrada. Si coincide, sabe que los datos no se alteraron y que proceden del titular de la clave privada. Las firmas son lo que hace fiables las actualizaciones de software, los certificados y los documentos firmados.

El intercambio de claves y el handshake TLS

Los sistemas reales combinan las tres primitivas, y el handshake TLS que hay detrás de HTTPS es el ejemplo más claro. A grandes rasgos: cuando tu navegador se conecta a un sitio, las dos partes usan criptografía asimétrica y un algoritmo de intercambio de claves para autenticar al servidor (mediante su certificado) y acordar un secreto compartido sin enviarlo nunca en claro. A partir de él derivan una clave de sesión simétrica y pasan al cifrado simétrico rápido, como AES, para el resto de la conversación. Este diseño híbrido aprovecha las ventajas de confianza y de distribución de claves de la criptografía asimétrica para establecer la sesión y la velocidad de la simétrica para transportar los datos. Nuestro laboratorio del handshake TLS recorre el intercambio paso a paso.

La gestión de claves es la parte difícil

Esta es la verdad práctica que los equipos de seguridad aprenden a las malas: los algoritmos rara vez son el punto débil; lo es la gestión de claves. Las claves tienen que generarse con buena aleatoriedad, almacenarse donde un atacante no pueda llegar (idealmente respaldadas por hardware), distribuirse solo a las partes adecuadas, rotarse según un calendario y retirarse de forma segura al final de su vida. Una clave privada filtrada deshace todas las garantías que dan las matemáticas, por robusto que sea el cifrado. La mayoría de los fallos criptográficos reales son fallos en el manejo de las claves: un secreto en un repositorio, una clave que nunca se rotó, un certificado que caducó sin que nadie lo notara. Planificar la rotación de forma deliberada con algo como un planificador de rotación de claves vale más que cualquier debate sobre algoritmos.

Una nota sobre la criptografía poscuántica

De cara al futuro, conviene entender a grandes rasgos la criptografía poscuántica (PQC). Un ordenador cuántico lo bastante grande podría romper los algoritmos asimétricos más usados hoy (RSA y ECC); los algoritmos simétricos como AES y los hashes como SHA-256 se ven mucho menos afectados. El NIST ha estandarizado el primer conjunto de algoritmos resistentes a la computación cuántica para que las organizaciones empiecen a adoptarlos. No hace falta arrancar nada hoy, pero sí deberías empezar ya: inventaría dónde dependes de la criptografía de clave pública, da prioridad a diseños con agilidad criptográfica que puedan cambiar de algoritmo sin rehacer la arquitectura y sigue las pautas de migración. La razón para no esperar es el riesgo de «recolectar ahora, descifrar después»: los datos cifrados capturados hoy podrían almacenarse y descifrarse cuando los ordenadores cuánticos maduren.

La conclusión

Tres piezas básicas, cada una con su función: cifrado simétrico para el secreto rápido de grandes volúmenes, asimétrico para establecer la confianza e intercambiar claves, y hashing para la integridad de un solo sentido. Los sistemas reales las entretejen, como muestra el handshake TLS. Usa los algoritmos estándar y bien revisados, no inventes nunca los tuyos y pon tu energía donde está el riesgo real: en gestionar las claves y en planificar un futuro poscuántico.

Preguntas frecuentes

¿Qué es la criptografía en ciberseguridad? El uso de las matemáticas para proteger la información de modo que solo las partes previstas puedan leerla, verificarla o confiar en ella, lo que aporta confidencialidad, integridad y autenticidad. Es la base de HTTPS, las VPN, el almacenamiento de contraseñas y la firma de software.

¿Simétrico o asimétrico? El simétrico usa una clave compartida, es rápido y se usa para grandes volúmenes de datos (AES). El asimétrico usa un par de claves pública/privada, es más lento y se usa para establecer confianza e intercambiar claves (RSA, ECC). Los sistemas reales usan ambos.

¿El hashing es cifrado? No. El hashing es una huella de un solo sentido, sin clave, que no se puede revertir; se usa para la integridad, las firmas y el almacenamiento de contraseñas. SHA-256 es un hash habitual.

¿Cómo usa la criptografía un handshake TLS? Usa criptografía asimétrica y un intercambio de claves para autenticar al servidor y acordar un secreto compartido, y después pasa al cifrado simétrico rápido para la sesión.

¿Y la criptografía poscuántica? Un futuro ordenador cuántico rompería RSA y ECC; AES y SHA-256 se ven mucho menos afectados. El NIST ha estandarizado algoritmos resistentes a la computación cuántica: empieza ya a inventariar el uso de clave pública y da prioridad a los diseños con agilidad criptográfica.