Criptografía

Desde los comienzos del cifrado hasta el día de hoy – Te contamos la historia de la criptografía y una mirada al futuro.

Hoy en día, el cifrado se considera principalmente un término informático, porque los datos, los correos electrónicos, los ordenadores, etc. están cifrados. Pero eso no siempre fue así. El cifrado en realidad tiene sus orígenes en el año 480, pero por supuesto en ese momento, no había ninguna tecnología de la información que necesitara ser cifrada. Y hasta hace unos años, el cifrado se usaba principalmente en el espionaje o en comunicaciones gubernamentales de alto secreto.

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Estamos en el año 480, y los generales romanos compiten por el gobierno del reino. Intrigas, asesinatos y otras actividades fraudulentas deben ser planeadas y llevadas a cabo. ¿Pero cómo puede un plan de ataque ser enviado sin haber detectado al contratista?

¿Alguna vez has oído hablar del jugo de limón en pergamino? Es un ejemplo de un método clásico de comunicación secreta. El texto está escrito en el pergamino usando jugo de limón. Después de que el jugo de limón se ha secado, el pergamino da la impresión de una página en blanco. Pero el receptor del mensaje puede descifrar el mensaje muy fácilmente sosteniendo una vela detrás del pergamino para hacer visible el jugo de limón y leer el mensaje.

Otro método antiguo era afeitar el pelo de la cabeza de un esclavo, tatuar el mensaje en la parte posterior de la cabeza y esperar a que el pelo volviera a crecer para enviar el mensaje al destinatario legítimo. Sin duda, este era un medio de comunicación radical y obviamente no era adecuado para mensajes urgentes.

Estos métodos pertenecen a la esteganografía, que debe diferenciarse claramente de la criptografía. La esteganografía se basa en el hecho de que un extraño ni siquiera se da cuenta de que dos compañeros de comunicación se están comunicando entre sí.

El cifrado César es un simple método de cifrado simétrico basado en una sustitución. Esto significa que cada letra usada en el mensaje es reemplazada por una nueva letra. La letra de sustitución resulta de un desfase de letras dentro del alfabeto que se determina de antemano, por ejemplo, un desplazamiento de tres lugares. «Gracias» se convierte entonces en «Gdqnh». A menudo se utilizaba un disco de cifrado para descifrar y no tener que pasar constantemente por el alfabeto. Con este tipo de cifrado, el destinatario sólo tenía que ser informado de antemano de la compensación como una clave secreta.

Una persona no autorizada no podría descifrar el mensaje sin la clave. Pero si ha tratado con la clave antes, es fácil descifrar cualquier mensaje en 25 intentos, ya que hay que comprobar el alfabeto como mucho una vez para descubrir el desplazamiento correcto de las letras. Los ordenadores actuales tardarían menos de un segundo en hacer esto.

Nuestra próxima parada es Alemania en los años 30. Como ya se ha descrito con el cifrado César, los métodos de cifrado se utilizaron principalmente en un contexto militar. Por lo tanto, no es sorprendente que Alemania también dependiera de la comunicación cifrada durante la Segunda Guerra Mundial. Lo especial de este método era que se cifraba y descifraba usando una máquina. La clave de cifrado se cambiaba todos los días para que dejara de ser válida después de 24 horas. La máquina de la que estamos hablando es Enigma.

La máquina Enigma para la rutina de cifrado y descifrado fue inventada por Arthur Scherbius en 1918. El principio básico de funcionamiento se remonta a los años de la Primera Guerra Mundial. La Primera Guerra Mundial es considerada la primera guerra en la que la criptografía fue usada sistemáticamente. Durante la guerra y los años siguientes, se desarrollaron las primeras máquinas que ofrecían una seguridad significativamente mayor que los métodos manuales. Enigma se puso a la venta después de su fabricación, pero encontró muy poco interés por parte de las empresas y las agencias gubernamentales. No fue hasta 1933 que el Enigma se convirtió en parte del equipo estándar de los nacionalsocialistas bajo Hitler. ¿Pero cómo funciona exactamente esta máquina?

A primera vista, recuerda a una máquina de escribir clásica. Pero un sistema bastante complicado se esconde en su interior. En pocas palabras, el principio de funcionamiento se basa en simples circuitos eléctricos, cada uno de los cuales conecta una tecla de letras en el teclado con una lámpara eléctrica que ilumina una letra en la pantalla. Sin embargo, la «A» no está ligada a la «A» de la pantalla, ya que todos los carretes están entrelazados según un cierto sistema. El mensaje sólo puede ser descifrado si el destinatario conoce todos los ajustes del Enigma emisor.

Suena como un cifrado insuperable, ¿no? Pero también fue descifrado por un informático británico en 1941. Alan Turing le declaró la guerra a Enigma y la ganó con la «máquina de Turing» que desarrolló. Los historiadores afirman que esto terminó la Segunda Guerra Mundial prematuramente y salvó millones de vidas.

El DES se elaboró en el decenio de 1970 después de que la NSA convocara una licitación para elaborar una norma uniforme para el cifrado interinstitucional de datos confidenciales.

Un equipo de desarrollo de IBM dirigido por Walter Tuchman, Don Coppersmith y Alan Konheim presentó entonces una prometedora propuesta para un procedimiento de cifrado correspondiente y fue encargado rápidamente. El 17 de marzo de 1975, el algoritmo diseñado por IBM fue publicado en el Registro Federal y aprobado como una norma de cifrado sólo un año después.

El DES utiliza una clave de 56 bits y una combinación de elementos de difusión y confusión. La información que se va a cifrar se divide en muchos bloques de igual tamaño. Cada bloque se cifra individualmente usando una clave redonda y se «revuelve» en 16 rondas, también llamadas iteraciones. Para volver a descifrar el mensaje, los bloques deben volver a colocarse en el orden correcto.

Las preguntas sobre el papel de la NSA en este proyecto surgieron en repetidas ocasiones. Se dice que la NSA ha construido deliberadamente una puerta trasera para poder leer la información cifrada. La razón principal de estas sospechas fueron las discusiones sobre la longitud de la llave: IBM prefería una longitud de clave de 64 bits mientras que la NSA consideraba suficiente una longitud de clave de 48 bits. Entonces se llegó a un acuerdo sobre los 56 bits.

Como el DES no había estado suficientemente protegido contra los ataques de fuerza bruta con su clave de 56 bits desde la década de 1990, el Departamento de Comercio de EE.UU. publicó una licitación para un algoritmo sucesor el 2 de enero de 1997. Para garantizar un cierto nivel de seguridad del Advanced Encryption Standard, el algoritmo tenía que cumplir ciertos criterios.

Criterios de selección AES:

– Algoritmo simétrico, cifrado en bloque

– Uso de bloques de 128 bits de longitud

– Se pueden insertar teclas de 128, 192 y 256 bits de longitud

– Rendimiento superior a la media en hardware y software

– Resistencia al análisis criptográfico

En la fecha límite del 15 de junio de 1998, se habían presentado quince propuestas. Entre los cinco mejores candidatos estaban los algoritmos MARS, RC6, Rijndael, Serpent y Twofish. Dado que todos los candidatos cumplían con los criterios requeridos, se establecieron requisitos adicionales para seleccionar un ganador. Dado que Rijndael convenció principalmente por su simple implementación de software, seguridad y velocidad, el algoritmo belga fue anunciado como ganador el 02 de octubre de 2000.

Pero la elección del ganador no estuvo exenta de controversia. Los críticos también vieron debilidades en las ventajas de la estructura y eficiencia del algoritmo Rijndael. Argumentaron que cuanto más simple es la estructura de un algoritmo, más fácil es para los hackers entenderlo y hackearlo. Los ataques prácticamente relevantes, sin embargo, no existen hasta hoy, lo que hace que el AES sea muy seguro. El uso del cifrado AES está muy difundido, por ejemplo, en la LAN inalámbrica, VPNs, telefonía VoIP o el cifrado de archivos.

Si se va a enviar un mensaje cifrado a un destinatario, se requiere primero la clave pública del destinatario. La clave pública puede caracterizarse como una especie de «clave unidireccional», porque sólo puede cifrar pero no descifrar. Un ejemplo muy común para ilustrar esto es el buzón en el envío tradicional de cartas: El remitente conoce la dirección del destinatario y puede dejar la carta en su buzón. Sin embargo, el destinatario no puede sacar la carta de esta manera. Por lo tanto, se necesita una clave adicional para abrir el buzón y luego recibir la carta. Del mismo modo, el destinatario sólo puede descifrar el mensaje con su clave privada.

En 1974 Ralph Merkle dio el primer paso hacia el desarrollo del criptosistema asimétrico con el Rompecabezas Merkles, que lleva su nombre. El primer método de cifrado asimétrico fue desarrollado por criptógrafos del MIT en 1977: el método RSA. Sin embargo, este método es muy susceptible a los ataques, ya que es determinista, es decir, predeterminado, y por lo tanto fácil de descifrar.

Además de la codificación, la clave pública también puede utilizarse para la generación de la firma, que puede usarse para confirmar la autenticidad del mensaje. De este modo, se puede garantizar la autenticidad, integridad y confidencialidad del mensaje. Para ello, la clave pública debe autenticarse con las claves privadas de los demás interlocutores. Este procedimiento se denomina también «Web of Trust» (WoT). Este tipo de modelo de confianza es ventajoso si se quiere permanecer en el anonimato. Los usuarios prominentes del cifrado PGP son, por lo tanto, denunciantes como Edward Snowden. La seguridad de PGP sólo está garantizada mientras los usuarios mantengan sus claves privadas en secreto.

Damos un salto de PGP, desarrollado en 1991, a 1999, el nacimiento de otro estándar de cifrado asimétrico.

El método de cifrado, S/MIME, que se publicó en 1999, también se basa en la firma y el cifrado de las principales aplicaciones y, por lo tanto, es similar a la forma en que funciona el PGP. Sin embargo, si se desea cifrar y firmar los correos electrónicos con S/MIME, hay que registrarse en una autoridad de certificación apropiada y solicitar un certificado. La autenticación de la clave pública por parte de los demás interlocutores, como en el caso de PGP, se sustituye aquí por un certificado formal. El interlocutor puede entonces ver en el encabezado del mensaje la información de la autoridad de certificación de la que el remitente ha recibido su certificado y, si es necesario, hacer que se confirme su identidad a través de esta autoridad. Las empresas, en particular, utilizan S/MIME para la codificación de sus correos electrónicos.

Básicamente, ambos métodos de cifrado sólo son seguros mientras la clave privada se mantenga en secreto. Sin embargo, en 2018 un equipo de investigación de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Münster, la Universidad del Ruhr de Bochum y la Universidad de Lovaina publicó un documento en el que se cuestionaba la seguridad de las normas de cifrado PGP y S/MIME y que, por tanto, llamó la atención. Sin embargo, los resultados de la investigación no se centraron en los protocolos en sí, sino en una debilidad de los clientes de correo como Thunderbird, Apple Mail, etc. El tema se trató en los informes de los medios de comunicación de todo el mundo en el marco de «Efail». También Hornetsecurity dedicó una entrada en su propio blog a Efail.

Lentamente pero con seguridad queremos dejar el terreno de los diferentes métodos de cifrado y echar un vistazo a las próximas estaciones para ver a qué ataques están expuestos tanto los métodos de cifrado como el propio tráfico de datos.

En un ataque de man-in-the-middle, también conocido como ataque de Jano (mitología romana), un tercero cambia de forma inadvertida entre dos partners de comunicación. Al hacerlo, pretende ser la contraparte real del otro. El objetivo de este ataque es ver o incluso manipular el tráfico de datos a voluntad. Según el ámbito de aplicación, los escenarios de ataque son múltiples. Un vector de ataque popular es, por ejemplo, una red WLAN abierta establecida por el atacante, a la que se conecta la víctima. Esto permite al ciberdelincuente leer cualquier tráfico de datos mientras la víctima navega imprudentemente por Internet. La comunicación por correo electrónico cifrada también puede ser atacada utilizando el mismo principio:

El atacante transmite su clave pública al remitente, pero finge que es la clave pública del destinatario legítimo. El remitente cifra entonces el mensaje con la clave pública, que también está a disposición del atacante, quien lo descifra con su clave privada, puede leer y manipular el mensaje. Para que los interlocutores no se enteren de ello, el atacante cifra el mensaje con la clave pública del destinatario legítimo y se lo envía para que pueda recibir y descifrar el mensaje ahora manipulado.

Para evitar este tipo de ataque, debe comprobarse la autenticidad de las claves públicas, por ejemplo, mediante el uso de certificados adecuados, como en el caso de S/MIME.