Cifrado de firma

En criptografía , el cifrado con firma digital es una primitiva de clave pública que realiza simultáneamente las funciones de firma digital y cifrado .

El cifrado y la firma digital son dos herramientas criptográficas fundamentales que garantizan la confidencialidad , la integridad y el no repudio . Hasta 1997, se consideraban componentes importantes, aunque distintos, de diversos sistemas criptográficos. En los esquemas de clave pública, un método tradicional consiste en firmar digitalmente un mensaje y luego cifrarlo (firma-cifrado), lo que presenta dos problemas: baja eficiencia y alto coste, y la imposibilidad de garantizar la seguridad mediante cualquier esquema. Signcryption es una técnica criptográfica relativamente nueva que realiza las funciones de firma digital y cifrado en un único paso lógico, reduciendo significativamente los costes computacionales y la sobrecarga de comunicación en comparación con los esquemas tradicionales de firma-cifrado.

Signcryption ofrece las propiedades de las firmas digitales y los esquemas de cifrado de una manera más eficiente que firmar y cifrar por separado. Esto significa que, al menos en algún aspecto de su eficiencia (por ejemplo, el tiempo de cálculo), supera a cualquier esquema híbrido de firma digital y cifrado, bajo un modelo de seguridad específico. Cabe destacar que, en ocasiones, se puede emplear el cifrado híbrido en lugar del cifrado simple, reutilizando una única clave de sesión para varios cifrados y logrando así una mayor eficiencia general en múltiples cifrados de firma que con un esquema signcryption. Sin embargo, la reutilización de la clave de sesión provoca una pérdida de seguridad en el sistema, incluso bajo el modelo CPA, relativamente débil . Por este motivo, en un esquema de cifrado híbrido se utiliza una clave de sesión aleatoria para cada mensaje. No obstante, para un nivel de seguridad determinado (es decir, un modelo dado, como CPA), un esquema signcryption debería ser más eficiente que cualquier combinación simple de firma y cifrado híbrido.

El primer esquema de cifrado con firma fue presentado por Yuliang Zheng en 1997. ^{[ 1 ]} Zheng también propuso un esquema de cifrado con firma basado en curvas elípticas que ahorra un 58 % de costos computacionales y un 40 % de costos de comunicación en comparación con los esquemas tradicionales de firma y cifrado basados ​​en curvas elípticas. ^{[ 2 ]} Existen muchos otros esquemas de cifrado con firma que se han propuesto a lo largo de los años, cada uno con sus propios problemas y limitaciones, y que ofrecen diferentes niveles de seguridad y costos computacionales.

Un esquema de cifrado con firma generalmente consta de tres algoritmos: Generación de claves (Gen), Cifrado con firma (SC) y Descifrado con firma (USC). Gen genera un par de claves para cualquier usuario, SC es generalmente un algoritmo probabilístico y USC es muy probablemente determinista. Cualquier esquema de cifrado con firma debe tener las siguientes propiedades: ^{[ 3 ]}

1. Corrección : Cualquier esquema de cifrado y firma debe ser verificablemente correcto.
2. Eficiencia : Los costes computacionales y los gastos generales de comunicación de un esquema de cifrado y firma deben ser menores que los de los mejores esquemas de firma y cifrado conocidos que ofrecen las mismas funcionalidades.
3. Seguridad : Un esquema de cifrado y firma digital debe cumplir simultáneamente con los atributos de seguridad de un esquema de cifrado y los de una firma digital. Estas propiedades adicionales incluyen principalmente: confidencialidad, infalsificación, integridad y no repudio. Algunos esquemas de cifrado y firma digital ofrecen atributos adicionales como la verificabilidad pública y el secreto directo de la confidencialidad del mensaje, mientras que otros no. Estas propiedades son necesarias en muchas aplicaciones, mientras que otras pueden no requerirlas. A continuación, se describen brevemente los atributos mencionados.
   • Confidencialidad : Debe resultar computacionalmente inviable para un atacante adaptativo obtener información parcial sobre el contenido de un texto cifrado y firmado, sin conocer la clave privada del remitente o del destinatario designado.
   • Imposibilidad de falsificación : Debe ser computacionalmente inviable para un atacante adaptativo hacerse pasar por un remitente honesto para crear un texto cifrado y firmado auténtico que pueda ser aceptado por el algoritmo de descifrado y anulación de firma.
   • No repudio : El destinatario debe tener la capacidad de demostrar ante un tercero (por ejemplo, un juez) que el remitente envió el texto cifrado y firmado. Esto garantiza que el remitente no pueda negar haber enviado previamente sus textos cifrados y firmados.
   • Integridad : El destinatario debe poder verificar que el mensaje recibido es el original enviado por el remitente.
   • Verificabilidad pública : Cualquier tercero, sin necesidad de la clave privada del remitente o del destinatario, puede verificar que el texto cifrado y firmado es el cifrado y firmado válido de su mensaje correspondiente.
   • Secreto directo de la confidencialidad de los mensajes : Si la clave privada a largo plazo del remitente se ve comprometida, nadie debería poder extraer el texto plano de los mensajes cifrados previamente. En un esquema de cifrado y firma convencional, cuando la clave privada a largo plazo se ve comprometida, todas las firmas emitidas anteriormente dejan de ser fiables. Dado que la amenaza de exposición de claves se agrava a medida que los cálculos criptográficos se realizan con mayor frecuencia en dispositivos con poca protección, como los teléfonos móviles, el secreto directo parece un atributo esencial en dichos sistemas.

Algunos ejemplos de esquemas de cifrado y firma son:

• El sistema de Zheng de 1997 basado en el cifrado ElGamal , ^{[ 1 ]} y la versión de curva elíptica de 1998. ^{[ 2 ]}

Se considera que Signcryption tiene varias aplicaciones, entre las que se incluyen las siguientes:

• Correo electrónico seguro y auténtico .
• Aplicaciones de comercio electrónico y comercio móvil que a menudo requieren confidencialidad , autenticidad y, posiblemente, no repudio .

• Cifrado autenticado