Cifrado simétrico y asimétrico: un análisis comparativo

En el ámbito de la criptografía moderna, se distinguen dos ramas principales de estudio: la criptografía simétrica y la asimétrica. El cifrado simétrico suele equipararse a la criptografía simétrica, mientras que la criptografía asimétrica abarca dos aplicaciones fundamentales: el cifrado asimétrico y las firmas digitales.

Esta clasificación puede representarse de la siguiente manera:

La criptografía de clave simétrica comprende el cifrado simétrico, mientras que la criptografía asimétrica (también conocida como criptografía de clave pública) engloba tanto el cifrado asimétrico como las firmas digitales, que pueden implicar o no el uso de cifrado.

En este artículo, nos centraremos en examinar los algoritmos de cifrado simétrico y asimétrico.

Cifrado simétrico vs. asimétrico

Los algoritmos de cifrado se categorizan generalmente en dos grupos: cifrado simétrico y asimétrico. La distinción fundamental entre ambos métodos radica en que los algoritmos simétricos emplean una única clave, mientras que los asimétricos utilizan dos claves diferentes pero relacionadas. Esta aparentemente sencilla diferencia conlleva importantes implicaciones funcionales y determina cómo se aplican estos métodos de cifrado.

Relación entre claves

En el campo de la criptografía, los algoritmos de cifrado generan claves en forma de secuencias de bits que se utilizan para codificar y decodificar información. La manera en que se emplean estas claves marca la diferencia entre los métodos simétricos y asimétricos.

Mientras que los algoritmos simétricos utilizan la misma clave para ambas operaciones, los asimétricos emplean una clave para cifrar y otra para descifrar. En los sistemas asimétricos, la clave de cifrado, también denominada clave pública, puede compartirse abiertamente. En contraste, la clave de descifrado es privada y debe mantenerse en secreto.

Por ejemplo, si Ana envía a Carlos un mensaje protegido con cifrado simétrico, deberá proporcionarle la misma clave que utilizó para cifrarlo para que pueda leerlo. Esto implica que si un atacante intercepta la comunicación, podría acceder a la información cifrada.

En cambio, si Ana emplea el método asimétrico, cifrará el mensaje con la clave pública de Carlos, quien podrá descifrarlo con su clave privada. De esta manera, el cifrado asimétrico ofrece un nivel de seguridad superior, ya que incluso si alguien intercepta los mensajes y obtiene la clave pública, no podrá hacer nada con ella.

Longitud de las claves

Otra distinción funcional entre el cifrado simétrico y asimétrico está relacionada con la longitud de las claves, medida en bits y directamente vinculada al nivel de seguridad de cada algoritmo.

En los sistemas simétricos, las claves se eligen aleatoriamente y su longitud comúnmente aceptada oscila entre 128 y 256 bits, según el nivel de seguridad requerido. En el cifrado asimétrico, debe existir una relación matemática entre las claves pública y privada, es decir, están vinculadas por una fórmula matemática específica. Por este motivo, los atacantes pueden aprovechar este patrón para intentar romper el cifrado, lo que implica que las claves asimétricas deben ser significativamente más largas para ofrecer un nivel de seguridad equivalente. La diferencia en la longitud de las claves es tan notable que una clave simétrica de 128 bits y una asimétrica de 2048 bits proporcionan aproximadamente el mismo nivel de seguridad.

Ventajas y desventajas

Estos dos tipos de cifrado presentan ventajas y desventajas entre sí. Los algoritmos de cifrado simétrico son considerablemente más rápidos y requieren menos potencia de cómputo, pero su principal inconveniente es la distribución de claves. Dado que se utiliza la misma clave para cifrar y descifrar la información, esta debe compartirse con todos los que necesiten acceso, lo que naturalmente genera ciertos riesgos (como se mencionó anteriormente).

Por su parte, el cifrado asimétrico resuelve el problema de la distribución de claves mediante el uso de claves públicas para el cifrado y claves privadas para el descifrado. La desventaja es que los sistemas asimétricos son significativamente más lentos en comparación con los simétricos y demandan mucha más capacidad de procesamiento debido a la longitud de las claves.

Aplicaciones prácticas

Cifrado simétrico

Debido a su velocidad, el cifrado simétrico se utiliza ampliamente para proteger la información en numerosos sistemas informáticos contemporáneos. Por ejemplo, el gobierno estadounidense emplea el Estándar de Cifrado Avanzado (AES) para cifrar información clasificada. AES sustituyó al antiguo Estándar de Cifrado de Datos (DES), desarrollado en la década de 1970 como estándar de cifrado simétrico.

Cifrado asimétrico

El cifrado asimétrico puede aplicarse en sistemas donde múltiples usuarios necesitan cifrar y descifrar mensajes o paquetes de datos, especialmente cuando la velocidad y la potencia de procesamiento no son prioritarias. Un ejemplo sencillo de este tipo de sistema es el correo electrónico cifrado, donde se puede utilizar una clave pública para cifrar mensajes y una clave privada para descifrarlos.

Sistemas híbridos

En numerosas aplicaciones, se combinan el cifrado simétrico y asimétrico. Un buen ejemplo de estos sistemas híbridos son los protocolos criptográficos Security Sockets Layer (SSL) y Transport Layer Security (TLS), desarrollados para proporcionar comunicaciones seguras en Internet. Actualmente, los protocolos SSL se consideran inseguros y no se recomienda su uso. En cambio, los protocolos TLS se consideran seguros y son ampliamente utilizados por todos los navegadores web modernos.

Uso del cifrado en criptomonedas

Numerosas billeteras de criptomonedas implementan métodos de cifrado como forma de ofrecer un mayor nivel de seguridad a los usuarios finales. Los algoritmos de cifrado se aplican cuando el usuario establece una contraseña para su archivo de billetera, que se utiliza para acceder al software.

Sin embargo, debido a que Gate y otras plataformas de criptomonedas utilizan un par de claves públicas y privadas, existe la idea errónea de que los sistemas blockchain emplean algoritmos de cifrado asimétricos. No obstante, como se mencionó anteriormente, el cifrado asimétrico y las firmas digitales son los dos casos de uso principales de la criptografía asimétrica (criptografía de clave pública).

En consecuencia, no todos los sistemas de firma digital utilizan cifrado, incluso si proporcionan claves públicas y privadas. De hecho, un mensaje puede firmarse digitalmente sin emplear cifrado. RSA es un ejemplo de algoritmo que puede utilizarse para firmar mensajes cifrados, pero el algoritmo de firma digital utilizado en Bitcoin (denominado ECDSA) no implica cifrado.

Reflexiones finales

Tanto el cifrado simétrico como el asimétrico desempeñan un papel crucial en la garantía de la seguridad de la información y las comunicaciones confidenciales en el entorno digital actual. Ambos tipos de cifrado pueden resultar útiles, ya que cada uno tiene sus propias fortalezas y debilidades, por lo que se aplican en diferentes escenarios. A medida que la criptografía como ciencia continúa evolucionando para protegerse contra amenazas más recientes y graves, los sistemas criptográficos simétricos y asimétricos seguirán siendo relevantes para la seguridad informática.