Clave (criptografía)

En criptografía, una clave es una información, generalmente una secuencia de números o letras almacenada en un archivo, que, al ser procesada mediante un algoritmo criptográfico , permite codificar o decodificar datos criptográficos. Según el método utilizado, la clave puede variar en tamaño y tipo, pero en todos los casos, la seguridad del cifrado depende del mantenimiento de la clave. La seguridad de una clave depende de su algoritmo, su tamaño, su generación y el proceso de intercambio de claves.

La clave es lo que se utiliza para cifrar datos de texto plano a texto cifrado . ^{[ 1 ]} Existen diferentes métodos para utilizar claves y cifrado.

Dado que la clave protege la confidencialidad e integridad del sistema, es importante mantenerla en secreto y evitar el acceso no autorizado. En la criptografía de clave pública, solo la clave privada debe mantenerse en secreto, pero en la criptografía simétrica, es fundamental mantener la confidencialidad de la clave. El principio de Kerckhoff establece que la seguridad total del sistema criptográfico depende del secreto de la clave. ^{[ 6 ]}

El tamaño de la clave es el número de bits que contiene la clave definida por el algoritmo. Este tamaño define el límite superior de la seguridad del algoritmo criptográfico. ^{[ 7 ]} Cuanto mayor sea el tamaño de la clave, más tiempo tardará en verse comprometida por un ataque de fuerza bruta. Dado que la confidencialidad absoluta no es factible para los algoritmos de clave, las investigaciones se centran ahora más en la seguridad computacional.

En el pasado, las claves debían tener una longitud mínima de 40 bits; sin embargo, con el avance de la tecnología, estas claves se rompían cada vez con mayor rapidez. En respuesta, se reforzaron las restricciones sobre las claves simétricas, aumentando su tamaño.

Actualmente, se utiliza comúnmente RSA de 2048 bits ^{[ 8 ]} , lo cual es suficiente para los sistemas actuales. Sin embargo, todos los tamaños de clave RSA actuales se descifrarían rápidamente con una computadora cuántica potente. ^{[ 9 ]}

Las claves utilizadas en la criptografía de clave pública poseen cierta estructura matemática. Por ejemplo, las claves públicas empleadas en el sistema RSA son el producto de dos números primos. Por lo tanto, los sistemas de clave pública requieren claves más largas que los sistemas simétricos para lograr un nivel de seguridad equivalente. Se sugiere una longitud de clave de 3072 bits para sistemas basados ​​en factorización y logaritmos discretos enteros, cuyo objetivo es alcanzar una seguridad equivalente a la de un cifrado simétrico de 128 bits. ^{[ 10 ]}

Para evitar que se adivine una clave, es necesario generarla aleatoriamente y que contenga suficiente entropía . El problema de cómo generar claves aleatorias de forma segura es complejo y ha sido abordado de diversas maneras por distintos sistemas criptográficos. Una clave puede generarse directamente utilizando la salida de un Generador de Bits Aleatorios (RBG), un sistema que genera una secuencia de bits impredecibles y sin sesgo. ^{[ 11 ]} Un RBG puede utilizarse para producir directamente una clave simétrica o la salida aleatoria para la generación de un par de claves asimétricas. Alternativamente, una clave también puede crearse indirectamente durante una transacción de intercambio de claves, a partir de otra clave o de una contraseña. ^{[ 12 ]}

Algunos sistemas operativos incluyen herramientas para "recopilar" entropía a partir de la sincronización de operaciones impredecibles, como los movimientos del cabezal de la unidad de disco. Para la producción de pequeñas cantidades de material de clave, los dados comunes proporcionan una buena fuente de aleatoriedad de alta calidad.

La seguridad de una clave depende de cómo se intercambia entre las partes. Es necesario establecer un canal de comunicación seguro para que personas ajenas no puedan obtener la clave. Un esquema de establecimiento de claves (o intercambio de claves) se utiliza para transferir una clave de cifrado entre entidades. El acuerdo de claves y el transporte de claves son los dos tipos de esquemas de intercambio de claves que se utilizan para el intercambio remoto entre entidades. En un esquema de acuerdo de claves, se establece una clave secreta, que se utiliza entre el emisor y el receptor para cifrar y descifrar información, para enviarse indirectamente. Todas las partes intercambian información (el secreto compartido) que permite a cada parte derivar el material de la clave secreta. En un esquema de transporte de claves, el material de clave cifrado, elegido por el emisor, se transporta al receptor. En ambos esquemas se pueden utilizar técnicas de clave simétrica o asimétrica. ^{[ 12 ]}

El intercambio de claves Diffie-Hellman y el algoritmo Rivest-Shamir-Adleman (RSA) son los dos algoritmos de intercambio de claves más utilizados. ^{[ 13 ]} En 1976, Whitfield Diffie y Martin Hellman crearon el algoritmo Diffie-Hellman, el primer algoritmo de clave pública. El protocolo de intercambio de claves Diffie-Hellman permite el intercambio de claves a través de un canal inseguro mediante la generación electrónica de una clave compartida entre dos partes. Por otro lado, RSA es una forma de sistema de clave asimétrica que consta de tres pasos: generación de clave, cifrado y descifrado. ^{[ 13 ]}

La confirmación de claves garantiza, tanto al receptor como al proveedor, que los materiales de clave compartidos son correctos y están establecidos. El Instituto Nacional de Estándares y Tecnología recomienda integrar la confirmación de claves en un esquema de establecimiento de claves para validar su implementación. ^{[ 12 ]}

La gestión de claves abarca la generación, el establecimiento, el almacenamiento, el uso y el reemplazo de claves criptográficas. Un sistema de gestión de claves (SGC) generalmente incluye tres pasos: establecimiento, almacenamiento y uso de claves. La seguridad para la generación, el almacenamiento, la distribución, el uso y la destrucción de claves depende de la eficacia de los protocolos de gestión de claves. ^{[ 14 ]}

Una contraseña es una secuencia de caracteres memorizada, que incluye letras, dígitos y otros símbolos especiales, utilizada para verificar la identidad. Generalmente la crea un usuario o un software de gestión de contraseñas para proteger información personal y confidencial o generar claves criptográficas. Las contraseñas suelen diseñarse para que los usuarios las memoricen y pueden contener información no aleatoria, como palabras del diccionario. ^{[ 12 ]} Por otro lado, una clave puede reforzar la protección de la contraseña mediante la implementación de un algoritmo criptográfico difícil de adivinar o que puede reemplazar la contraseña por completo. Una clave se genera a partir de datos aleatorios o pseudoaleatorios y, a menudo, resulta ilegible para los humanos. ^{[ 15 ]}

Una contraseña es menos segura que una clave criptográfica debido a su baja entropía, aleatoriedad y legibilidad. Sin embargo, en algunas aplicaciones, como la protección de información en dispositivos de almacenamiento, la contraseña puede ser el único dato secreto accesible al algoritmo criptográfico para garantizar la seguridad de la información . Por lo tanto, un algoritmo determinista llamado función de derivación de clave (FDC) utiliza una contraseña para generar el material de clave criptográfica seguro y compensar así la debilidad de la contraseña. En la generación se pueden utilizar diversos métodos, como la adición de un valor aleatorio ( salt ) o el estiramiento de la clave. ^{[ 12 ]}