Fundamentos de Criptografía: Historia, Conceptos y Aplicaciones

Generalidades

Propósito: Proteger la información de manera que solo quienes estén autorizados puedan leerla y comprenderla. En el caso ideal, ninguna persona no autorizada podrá sacar provecho de dicha información. En el mundo real, el costo (tiempo, recursos) de la lectura de dicha información es mayor que el valor que se obtiene de su lectura.

Historia de la Criptografía

A lo largo de la historia, se han desarrollado diversos métodos y herramientas para cifrar mensajes, desde técnicas manuales hasta complejas máquinas. Algunos hitos importantes incluyen:

• Escítala: Utilizada por los espartanos, consistía en una cinta que se enrollaba en un bastón de grosor específico.
• Cifrador de Polibio: Un sistema de sustitución basado en una matriz de letras.
• Cifrador del César: Un cifrado por desplazamiento simple, donde cada letra se reemplaza por otra desplazada un número fijo de posiciones en el alfabeto.
• Leon Battista Alberti (Disco Cifrador): Introdujo el concepto de cifrado polialfabético, utilizando un disco con múltiples alfabetos.
• Arthur Scherbius (Máquina Enigma): Una máquina electromecánica de cifrado utilizada por Alemania durante la Segunda Guerra Mundial.

Definiciones Clave

• Criptografía: El arte o ciencia de escribir en forma secreta de un modo enigmático (Diccionario General de la Lengua Española Vox). Esencialmente, es el arte o ciencia de esconder el significado de una comunicación de personas no autorizadas. La palabra "criptografía" proviene del griego kryptos (escondido) y graphein (escribir).
• Criptoanálisis: El acto de obtener el texto plano o la llave de un texto cifrado, utilizado para obtener información, normalmente valiosa, que fuera originalmente cifrada.
• Criptología: La combinación de criptografía y criptoanálisis.
• Sistema Criptográfico: Conjunto de transformaciones de un espacio de mensaje (texto plano) a un espacio de texto cifrado.

Los cifradores clásicos se dividen en monoalfabéticos y polialfabéticos, dependiendo de si se utiliza un único alfabeto para cifrar o más de uno. El análisis de las frecuencias relativas de aparición de los caracteres en el criptograma nos indicará si se trata de uno u otro tipo de cifra.

Conceptos Fundamentales

Tipos de Encriptación

• Encriptación de Vínculo (Link Encryption): La encriptación se realiza en cada enlace de la red. Los nodos desencriptan lo recibido y lo reencriptan con una nueva llave. Todo el frame es encriptado.
• Encriptación Fin a Fin (End-to-End Encryption): La encriptación se produce al inicio de la transmisión (emisor) y se desencripta al finalizar la transmisión (receptor). Un ejemplo común es HTTPS. Solo la parte de datos se encripta.

Seguridad en el Tráfico de Datos

• Análisis de Tráfico: Inferencia de información obtenida a través del análisis del tráfico de datos (presencia, ausencia, frecuencia, etc.).
• Traffic Padding: Generación de unidades de datos espurias para dificultar el análisis de tráfico.
• Work Factor: Esfuerzo/tiempo requerido para vencer un control de seguridad determinado.

Utilización de Claves

Las claves se utilizan para provocar una mayor difusión entre los elementos del alfabeto y, de esta manera, dificultar el ataque al criptograma.

Ejemplo: Una clave de 64 bits equivale a 2⁶⁴ (aproximadamente 20 trillones) de posibles combinaciones.

La difusión se logra mediante operaciones de transposición (permutación) y la confusión con operaciones de sustitución. El objetivo es extender y enmascarar la distribución de frecuencia de los datos.

Componentes de los Criptosistemas

• Espacio de Mensajes
• Espacio de Textos Cifrados
• Espacio de las Claves
• Familia de Transformaciones de Cifrado
• Familia de Transformaciones de Descifrado