Criptografía básica: cómo se protege la información digital

Objetivo didáctico

Al terminar esta ficha serás capaz de analizar cómo el cifrado simétrico y asimétrico, los certificados, las firmas digitales y las cadenas de bloques protegen distintas propiedades de la información, y de evaluar sus límites técnicos y sus implicaciones para la privacidad y los derechos civiles.

Introducción

La criptografía moderna puede entenderse como una rama de las matemáticas aplicadas que transforma problemas de seguridad en problemas de cálculo. En lugar de esconder el algoritmo, los sistemas contemporáneos pueden publicar con detalle cómo funcionan y mantener secreta solamente determinada información —normalmente una clave—. La seguridad depende entonces de que ciertas operaciones sean fáciles de realizar en una dirección y computacionalmente prohibitivas de invertir sin la información adecuada.

Esa idea conecta aritmética modular, álgebra sobre campos finitos, probabilidad, teoría de números, funciones hash y problemas de complejidad computacional. En AES, por ejemplo, los datos se transforman mediante operaciones sobre bytes que incluyen cálculos en el campo finito GF(2⁸). En RSA aparecen exponenciaciones modulares y la dificultad de factorizar determinados enteros; en criptografía de curvas elípticas aparece otra familia de problemas de logaritmo discreto.

En la vida cotidiana, estas propiedades aparecen mezcladas dentro de una sola experiencia. Al entrar a un portal bancario, enviar un mensaje, actualizar un teléfono o firmar electrónicamente un documento, intervienen varias capas: algoritmos simétricos protegen grandes cantidades de datos, técnicas de clave pública ayudan a establecer secretos o autenticar identidades, certificados distribuyen confianza y firmas permiten detectar alteraciones.

Esta ficha estudia cinco piezas de ese sistema. Primero distingue cifrado simétrico y asimétrico; después explica la infraestructura de clave pública y los certificados; separa firma digital de cifrado; analiza qué aporta realmente una blockchain; y termina con una cuestión que ya no es exclusivamente matemática: qué significa proteger criptográficamente una comunicación cuando también existen necesidades de investigación criminal, vigilancia legítima, privacidad y libertad de expresión.

Desarrollo del tema

Cifrado simétrico y asimétrico: dos soluciones para problemas diferentes

En el cifrado simétrico, las partes autorizadas utilizan el mismo secreto —o claves directamente relacionadas— para transformar texto legible en texto cifrado y recuperarlo después. Su gran ventaja es la eficiencia. AES, estandarizado originalmente en 2001 y actualizado editorialmente por NIST en 2023, trabaja con bloques de 128 bits y admite claves de 128, 192 y 256 bits. Esta familia se utiliza como base para proteger grandes volúmenes de información porque puede ejecutarse a gran velocidad en software y hardware (NIST, 2023a).

El problema aparece antes del primer mensaje: ¿cómo reciben ambas partes la clave secreta sin exponerla? Imagine un buzón metálico instalado fuera de una oficina. Si el mismo candado que permite depositar información fuera necesario también para abrir el buzón, habría que entregar una copia de la llave a todos los remitentes. La criptografía de clave pública cambia esa geometría: cualquiera puede utilizar información pública para iniciar una operación, mientras solo quien conserva el secreto correspondiente puede completar la operación privada.

Whitfield Diffie y Martin Hellman publicaron en 1976 New Directions in Cryptography, proponiendo mecanismos que reducían la dependencia de canales secretos para distribuir claves y planteando el concepto de criptografía de clave pública. Dos años después, Ronald Rivest, Adi Shamir y Leonard Adleman presentaron RSA, donde la clave utilizada públicamente no revela directamente la clave privada correspondiente (Diffie & Hellman, 1976; Rivest et al., 1978). La seguridad dejó de depender únicamente de custodiar un secreto compartido desde el principio.

Los sistemas reales combinan ambos mundos. La criptografía asimétrica es comparativamente costosa para proteger grandes cantidades de información, mientras que la simétrica es eficiente una vez establecido un secreto común. Por eso muchos protocolos utilizan mecanismos de clave pública para autenticación o establecimiento de claves y después cifrado simétrico para el flujo principal de datos. No compiten: forman una arquitectura híbrida.

PKI y certificados: cómo confiar en una clave pública que cualquiera puede publicar

La existencia de criptografía asimétrica crea un problema nuevo. Suponga que recibe una clave pública acompañada por el texto “Banco X”. La matemática puede demostrar que determinada clave privada corresponde a esa clave pública, pero no demuestra por sí sola que la clave pertenezca realmente al Banco X. Un atacante podría publicar otra clave y colocarle exactamente la misma etiqueta. La infraestructura de clave pública, o PKI, intenta resolver ese problema de vinculación.

Un certificado X.509 contiene información como identidad o nombre asociado, clave pública, entidad emisora, periodo de validez, número de serie, extensiones y una firma de la autoridad emisora. El perfil utilizado ampliamente en Internet está definido por RFC 5280, publicado en mayo de 2008. Los sistemas pueden construir una cadena de certificación desde el certificado final hacia una autoridad intermedia y finalmente hacia una raíz ya incorporada como confiable en el dispositivo o aplicación.

La validación es más que comprobar una firma. Un cliente también necesita saber si el certificado corresponde al nombre solicitado, si está dentro de su periodo de vigencia, si su uso está permitido para esa función y si existen condiciones que invalidan la cadena. Esta arquitectura convierte el problema matemático de “tengo una clave pública” en un problema institucional: “¿qué entidades están autorizadas a afirmar de quién es esta clave?”.

Cuando un ciudadano entra a un portal de servicios, la PKI funciona como una guía telefónica cuya entrada no está escrita simplemente por quien desea aparecer allí: una cadena de firmas permite verificar quién avaló la asociación entre nombre y clave. Pero esa confianza sigue teniendo administración, políticas, software y procedimientos de revocación. Incluso una estructura matemáticamente correcta puede fallar si una clave privada es robada o si el proceso de emisión valida incorrectamente una identidad.

Firma digital: demostrar integridad y autenticidad sin ocultar el documento

Una firma digital suele comenzar con una función hash criptográfica: el documento se transforma en una huella de tamaño fijo. Después se utiliza una clave privada dentro de un algoritmo de firma para producir una firma vinculada a esa huella. Quien recibe el documento puede utilizar la clave pública correspondiente para verificar la firma. Si el contenido cambia, la huella esperada cambia y la verificación debe fallar.

El estándar FIPS 186-5 de NIST, publicado en febrero de 2023, especifica RSA, ECDSA y EdDSA para generación y verificación de firmas digitales; el antiguo DSA permanece únicamente para verificar determinadas firmas existentes. NIST describe las firmas digitales como herramientas para detectar modificaciones no autorizadas y autenticar la identidad del firmante asociada a la clave. El efecto jurídico concreto, sin embargo, depende también de legislación, procedimientos, custodia de claves y evidencia contextual (NIST, 2023b).

Matemáticamente, la firma no tiene que aplicarse de forma ingenua a cada byte como si fuera un cifrado completo. Se utiliza una función hash resistente a colisiones y otros ataques relevantes para condensar el mensaje, y el algoritmo opera sobre una representación apropiada de esa huella. Goldwasser y Micali mostraron en 1984 por qué la seguridad criptográfica moderna exige definiciones formales sobre qué puede aprender un adversario, no simplemente algoritmos que “parecen difíciles de romper” (Goldwasser & Micali, 1984).

En la práctica, la seguridad de una firma depende de algo muy poco espectacular: la custodia de la clave privada. Si una persona comparte su clave, la almacena sin protección o un dispositivo comprometido puede utilizarla, la matemática puede verificar perfectamente una firma que el titular nunca quiso producir. La criptografía no elimina la necesidad de gobernar claves: generación, almacenamiento, copia de respaldo, rotación, revocación y recuperación son parte del sistema.

Blockchain: criptografía para hacer evidentes ciertas alteraciones, no para volver secreto todo

Una blockchain puede describirse como un libro de registros distribuido donde transacciones firmadas se agrupan en bloques y cada bloque se enlaza criptográficamente con el anterior. NIST la caracteriza como un registro digital distribuido, resistente y evidente frente a alteraciones bajo las reglas normales de operación de la red. Las funciones hash permiten detectar cambios; las firmas permiten autorizar determinadas transacciones; y un mecanismo de consenso determina cómo la comunidad acepta nuevos bloques (Yaga et al., 2018).

Esto es diferente de cifrar el libro. En muchas redes públicas, la información transaccional está deliberadamente disponible para que distintos participantes puedan verificarla. La criptografía protege integridad, autorización y enlaces entre bloques, pero no convierte automáticamente cada dato registrado en confidencial. De hecho, publicar información sensible de manera permanente puede crear exactamente el problema contrario.

La relación entre bloques funciona como una cadena de sellos numerados. Si una página antigua cambia, cambia también su huella criptográfica y deja de coincidir con la referencia almacenada posteriormente. Pero “inmutable” no significa metafísicamente imposible de modificar. La resistencia depende del diseño de consenso, del control de participantes, de las reglas de validación y de los recursos necesarios para reescribir la historia aceptada por la red.

Parte de esta idea tiene antecedentes anteriores a las criptomonedas. Haber y Stornetta publicaron en 1991 métodos criptográficos para sellar temporalmente documentos digitales de modo que fuera difícil alterar retrospectivamente su fecha o contenido sin detección. El criterio avanzado consiste en no usar “blockchain” como sinónimo de seguridad: antes debe existir un problema real de registro compartido, participantes con confianza limitada entre sí y una razón para preferir consenso distribuido frente a una base administrada centralmente (Haber & Stornetta, 1991).

Criptografía y derechos civiles: privacidad, investigación legítima y el problema de debilitar una garantía

La criptografía no solo protege cuentas comerciales. También protege comunicaciones entre familias, periodistas y fuentes, abogados y clientes, organizaciones sociales, investigadores y ciudadanos. En México, el artículo 16 constitucional establece que las comunicaciones privadas son inviolables y contempla condiciones específicas para la intervención autorizada por autoridad judicial federal. La protección tecnológica y la protección jurídica no son equivalentes, pero se encuentran en el mismo territorio: controlar quién puede acceder al contenido de una comunicación.

La Oficina del Alto Comisionado de las Naciones Unidas para los Derechos Humanos señaló en su informe de 2022 sobre privacidad digital el papel central del cifrado para la privacidad y otros derechos, y advirtió que los intentos de debilitarlo pueden amenazar la seguridad y confidencialidad de las comunicaciones. Al mismo tiempo, autoridades de distintos países plantean necesidades legítimas de investigación frente a delitos graves. El conflicto difícil aparece al preguntar si puede diseñarse un acceso excepcional que funcione únicamente para actores autorizados sin crear una nueva capacidad técnica explotable por otros.

El debate tecnológico acaba de adquirir otra dimensión. En agosto de 2024, NIST finalizó tres estándares poscuánticos: FIPS 203 para ML-KEM, orientado al establecimiento de secretos; FIPS 204 para ML-DSA; y FIPS 205 para SLH-DSA, ambos relacionados con firmas digitales. En marzo de 2025 seleccionó además HQC para futura estandarización como mecanismo adicional. La amenaza cuántica afecta de manera especialmente directa a familias tradicionales de clave pública basadas en factorización y logaritmos discretos.

Esto crea un problema de derechos que también es temporal. Información cifrada interceptada hoy podría conservarse con la expectativa de descifrarla años después si madura una tecnología capaz de romper el mecanismo utilizado. Datos médicos, comunicaciones diplomáticas, secretos industriales o identidades de fuentes pueden requerir confidencialidad durante décadas. Por eso seguridad criptográfica y derechos civiles no pueden analizarse únicamente frente al atacante de hoy: también exigen pensar cuánto tiempo debe sobrevivir la protección y quién asumiría el costo si deja de hacerlo.

Conclusión

El objetivo de esta ficha era aprender a analizar qué propiedad protege cada pieza de una arquitectura criptográfica. El cifrado simétrico ofrece una forma eficiente de preservar confidencialidad cuando existe un secreto compartido; la criptografía asimétrica transforma el problema de distribución de claves; la PKI intenta vincular claves públicas con identidades; y las firmas permiten detectar alteraciones y autenticar operaciones sin convertir necesariamente el contenido en secreto.

Blockchain muestra por qué la palabra “criptográfico” no debe confundirse con “privado”. Una tecnología puede utilizar firmas y hashes para construir un registro resistente a alteraciones y mantener sus operaciones visibles. De forma similar, un certificado puede proteger la autenticación de un canal y no decir nada sobre la calidad ética del servicio. La habilidad avanzada consiste en preguntar siempre: ¿qué propiedad garantiza exactamente este mecanismo y qué propiedad sigue sin garantizar?

La cuestión de los derechos civiles introduce un límite importante al reduccionismo técnico. No existe una ecuación que determine por sí sola cuánto acceso estatal es legítimo, qué nivel de privacidad debe preservarse o qué riesgo sistémico resulta aceptable. La matemática sí puede mostrar las consecuencias de introducir nuevas claves, intermediarios o rutas de acceso. La decisión democrática y jurídica debe entonces partir de esas consecuencias técnicas, no ignorarlas.

Actividad de aprendizaje autónoma

Producto esperado: auditoría conceptual de protección criptográfica. Elija un servicio digital cotidiano —por ejemplo, mensajería privada, expediente universitario, banca electrónica, portal ciudadano o almacenamiento de documentos— y construya una arquitectura conceptual. No implemente algoritmos criptográficos propios ni utilice datos o credenciales reales: el objetivo es decidir qué propiedad necesita cada parte del sistema.

1. Describa el servicio en una oración e identifique qué información sería más dañina si quedara expuesta, modificada o falsificada.
2. Separe cuatro objetivos: confidencialidad, integridad, autenticidad y disponibilidad. Indique cuáles son criptográficos y cuáles requieren además controles operativos.
3. Identifique dónde utilizaría cifrado simétrico y explique por qué sería adecuado para ese volumen de información.
4. Explique dónde necesitaría criptografía de clave pública para autenticación, establecimiento de claves o ambas cosas.
5. Dibuje una cadena PKI simplificada: raíz → intermediaria → certificado final → usuario que verifica.
6. Identifique un documento o transacción que deba firmarse digitalmente y explique qué detectaría la verificación si fuera modificado.
7. Decida si el sistema realmente necesita blockchain. Si la respuesta es sí, especifique qué actores requieren un registro compartido sin confiar plenamente en un administrador único. Si la respuesta es no, explique por qué una base convencional es suficiente.
8. Escriba dos riesgos de gestión de claves: pérdida, copia no autorizada, revocación tardía, dispositivo comprometido u otros equivalentes.
9. Analice una tensión de derechos civiles: qué privacidad necesita la persona, qué acceso podría requerir legítimamente una autoridad y qué riesgo técnico crearía una capacidad excepcional de acceso.
10. Añada una nota de migración poscuántica: qué componentes de clave pública deberían poder sustituirse en el futuro sin reconstruir todo el servicio.

Complete el generador para redactar la declaración que encabezará su auditoría. Debe funcionar como recordatorio de que “usar criptografía” no es una garantía única, sino una combinación de propiedades.

Reflexión final: si fuera técnicamente posible crear una clave adicional que permitiera descifrar todas las comunicaciones de un sistema en situaciones excepcionales, ¿qué nuevas amenazas, responsabilidades y controles tendrían que incorporarse antes de considerar aceptable esa arquitectura?