Tema 21.1 Integridad y autenticidad

La criptografía, un arte milenario transformado por la era digital, es la ciencia de proteger la información mediante técnicas de codificación y descifrado. Desde los jeroglíficos egipcios hasta los sistemas de seguridad en línea, la criptografía ha evolucionado para salvaguardar la confidencialidad, autenticidad e integridad de los datos en un mundo interconectado. Este campo fascinante no solo abarca la codificación de mensajes, sino también la creación de algoritmos y sistemas sofisticados que desempeñan un papel crucial en la seguridad de la información en la era moderna.

La Criptografía es la técnica que transforma mensajes en otros mensajes cuyo contenido no se puede conocer.

Otra rama importante es el criptoanálisis, encargada de buscar vulnerabilidades en los sistemas criptográficos, y acceder a la información secreta sin disponer de la o las claves de cifrado.

Los mecanismos criptográficos se usan prácticamente en todas nuestras comunicaciones en Internet. Si accedemos a un sitio web, si leemos correos electrónicos, si enviamos un mensaje de Telegram o WhatsApp, si vemos una película en el tele, si hacemos una videoconferencia, etc.

Antes de seguir aclaremos la diferencia entre seguridad informática y seguridad de la información:

• Seguridad de la información: métodos y proceso destinados a proteger los archivos de información en general, no necesariamente sobre medio informático.
• Seguridad informática: métodos y procedimientos técnicos para lograr la confidencialidad, disponibilidad e integridad de la información. Si se trata de comunicaciones seguras en red, puede añadirse otra propiedad: la autenticación de la información, y su característica asociada, el no repudio (defino estos términos más adelante en este artículo).

Esta definición de seguridad informática se le suman las prácticas de prevención de ataques maliciosos a la infraestructura en cuanto a estaciones de trabajo, servidores, dispositivos activos, redes, dispositivos móviles, sistemas de almacenamiento, etc.

Creo que una buena forma de entender todas las propiedades que hacen a una comunicación segura es mediante un esquema denominado criptosistema.

Un criptosistema incorpora todos los elementos de un sistema criptográfico necesarios para lograr la seguridad en una comunicación. Supongamos el esquema de un criptosistema como el de la siguiente figura. Más adelante hablaremos sobre claves y algoritmos. Por el momento me interesa que nos centremos en la comunicación.

Aquí tenemos un emisor, Alice, que envía un mensaje a un receptor, Bob. El atacante, Eva en este caso, intercepta la comunicación entre Alice y Bob, e intenta vulnerarla.

Los mecanismos de cifrado y descifrado, y sus claves, permiten transformar la información sin cifrar (texto plano) en información cifrada (texto cifrado), implementando mecanismos que hagan que la comunicación sea segura.

Integridad y autenticidad

Protegiendo las Comunicaciones

Para garantizar comunicaciones seguras, las organizaciones enfocan sus esfuerzos en el tráfico interno, pero en mayor medida en el tráfico externo. Las comunicaciones seguras se consiguen garantizando cuatro elementos básicos en lo referente a los datos:

	Función	Método	Ejemplo
Integridad	Evitar alteraciones en los datos cuando son enviados	Algoritmos de seguridad HASH SHA-2 y SHA-3. También MD5, pero es vulnerable.	Es como un sello que pones en una carta para asegurarte de que nadie la abrió antes de que llegue. Usamos algoritmos especiales para esto, como cuando usamos un candado para cerrar una caja y asegurarnos de que nadie la abra sin la llave.
Autentificación	Autenticar tanto al mensaje como al remitente.	Algoritmo HMAC	Es como cuando recibes una carta y sabes que es de tu mejor amigo porque reconoces su letra. Usamos trucos matemáticos para estar seguros de que la persona que envía el mensaje es realmente quien dice ser.
Confidencialidad	Garantizar que solo usuarios autorizados puedan interpretar el mensaje.	Algoritmos de encriptación simétricos y asimétricos.	A veces, queremos enviar un mensaje privado que solo la persona que debe recibirlo pueda entender. Lo mezclamos con trucos matemáticos para que, si alguien más lo ve, sea muy difícil de entender.
No negociación	Garantizar que el remitente no pueda negar ni refutar la validez de un mensaje enviado	Firmas digitales.	Imagina que recibes un regalo y luego la persona que te lo dio dice que no lo hizo. Usamos métodos para que eso no pase con los mensajes. Es como si cada regalo tuviera una firma secreta que solo la persona que lo envió conoce.

La criptografía puede usarse casi en cualquier lugar donde haya comunicación de datos. De hecho, estamos yendo hacia un mundo donde toda la comunicación se encriptará.

Funciones del Hash Criptográfico

Los hash criptográficos, se utilizan para garantizar la integridad y la autentificación de datos o entidades. Estos están basados en una función matemática unidireccional, que resulta en una encriptación sencilla y en una difícil desencriptación.

Con las funciones de hash:

• Es imposible que dos conjuntos diferentes de datos tengan el mismo resultado de hash.
• Si se cambian o modifican los datos, el valor hash también lo hará.
• De aquí surge el concepto de “huella dactilar digital”, que detecta:
  • Archivos de datos duplicados.
  • Cambios en las versiones de archivos.
• Protege lo datos frente a cambios accidentales o intencionales, y del daño accidental.

Funcionamiento del Hash criptográfico

Propiedades que debe presentar una función hash criptográfica:

• Longitud: entrada variable, salida fija.
• H(x):fácil de calcular, independientemente de la entrada (x). Es unidireccional e irreversible. Entradas diferentes producen salidas diferentes.

En la siguiente imagen podemos ver como el mensaje, cuando se envía, se encripta mediante el algoritmo hash. Cuando llega al remitente, este elimina el hash y vuelve a codificar el mensaje con la misma función hash. Si el código resultante es diferente, es que no ha sido posible garantizar la integridad del mensaje en el envío.

MD5 y SHA

Existen tres funciones hash muy conocidas:

Hash	Desarrollador	Longitud en bits/ Tamaño del digest	Uso
MD5	Ron Rivest	128	Obsoleto
SHA-1	Agencia Nacional de Seguridad de los EEUU (NSA)	160	Obsoleto
SHA-2	NSA	224, 256, 384 y 512	SHA-224 desaconsejado
SHA-3	Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NITS)	224, 256, 384 y 512	El más moderno y eficiente

• Hash se puede utilizar para detectar modificaciones accidentales.
• No brinda protección contra cambios deliberados hechos por un agente de amenaza.
  • No existe información de identificación única del emisor en el procedimiento de hash.
  • Cualquier persona puede calcular un hash para cualesquiera sean los datos (siempre y cuando tengan la función de hash correcta).
  • Por ejemplo, cuando un mensaje pasa por la red, un atacante potencial puede interceptarlo, cambiarlo, o recalcular el hash y añadirlo al mensaje.
• El dispositivo receptor solo validará el hash que esté añadido.
• Hash es vulnerable a los ataques man-in-the-middle (ataque de intermediario) y no proporciona seguridad a los datos transmitidos.Por ello, es necesario añadir la autentificación en el origen.

Autenticación de origen

El hash garantiza la confidencialidad, mientras que la autentificación del origen garantiza la autenticidad y la integridad del mensaje. Para ello, se usa un código hash con clave (HMAC), que añade una clave secreta adicional. HMAC se utiliza, incluso, en sistemas como SSL, IPSec y SSH.
Así, solo el emisor y el receptor deben conocer la clave secreta, para que solo ellos tengan calcular la función HMAC, evitando de esta forma los ataques man-in-the-middle. De esta forma, al utilizar la clave secreta en la codificación, ambos obtendrán un valor hash autenticado.

Veamos un ejemplo en el que se crea y verifica un valor HMAC:

R1 esta envíando una Actualización de Estado de Enlace (LSU, siglas en inglés) sobre una ruta hacia la red 10.2.0.0/16:

1. R1 calcula el valor de hash mediante el mensaje de LSU y la clave secreta.
2. El valor de hash que resulta se envía con la LSU al R2.
3. R2 calcula el valor de hash mediante la LSU y su clave secreta. R2 acepta la actualización si los valores de hash coinciden. Si no coinciden, R2 descarta la actualización.

PROCESO AUTENTICACIÓN CON HMAC
PUNTO	DESCRIPCIÓN
Algoritmo de Hashing de HMAC	Función	Combina función hash con clave secreta.
	Secreto	Solo emisor y receptor conocen la clave.
	Autenticación	Derrota ataques man-in-the-middle.
	Síntesis HMAC	Solo quienes tienen la clave pueden calcularla.
	Compartición	La clave compartida autentica el origen del mensaje.
Creación valor para HMAC	El emisor introduce datos en el algoritmo de hash junto con la clave secreta.
	Calcula la síntesis de HMAC de longitud fija.
	La síntesis autenticada se adjunta al mensaje y se envía al receptor.
Verificación valor para HMAC	El receptor utiliza la clave secreta y el mensaje de texto plano como entrada para la función de hash.
	Verifica la igualdad entre la síntesis calculada y la síntesis recibida.
	Si coinciden, el mensaje no fue modificado, y el origen está autenticado.
Ejemplo HMAC en Router Cisco	R1 calcula el valor de hash usando el mensaje LSU y la clave secreta.
	El valor de hash se envía con la LSU a R2.
	R2 calcula el valor de hash usando la LSU y su clave secreta.
	R2 acepta la actualización si los valores de hash coinciden; de lo contrario, descarta la actualización.

Antes de realizar la práctica, necesitamos descargar la máquina virtual del punto 1.1.5  Práctica de laboratorio: Instalar las máquinas virtuales

Práctica de laboratorio: Convertir Elementos en Hashes

En esta práctica de laboratorio cumpliremos los siguientes objetivos:

• Crear hashes con OpenSSL
• Verificando Hashes

Cuestionario para practicar

Bibliografía

• Netacad
• Criptografía y seguridad