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✍️ CRIPTOSISTEMAS DE FIRMA DIGITAL - Coggle Diagram
✍️ CRIPTOSISTEMAS DE FIRMA DIGITAL
FUNDAMENTOS DE LA FIRMA DIGITAL
¿Qué es una firma digital?
Mecanismo criptográfico que permite comprobar el origen e integridad de datos.
Se obtiene con una clave privada y se verifica con la pública.
¿Qué es un criptosistema de firma?
Conjunto de algoritmos para generar claves, firmar y verificar firmas.
Su seguridad depende de las matemáticas y de proteger la clave privada.
Objetivo principal
Dar confianza sobre quién firmó y si el contenido cambió.
Facilitar documentos y transacciones digitales verificables.
Origen criptográfico
Se fundamenta en la criptografía asimétrica o de clave pública.
El emisor y el verificador utilizan claves diferentes.
Firma electrónica y firma digital
Firma electrónica: concepto general para expresar consentimiento por medios electrónicos.
Firma digital: tipo específico basado en técnicas criptográficas.
Firma digital frente a cifrado
La firma autentica el origen y protege la integridad.
El cifrado protege la confidencialidad; son funciones distintas.
ELEMENTOS DEL CRIPTOSISTEMA
Clave privada
Secreta: la utiliza exclusivamente el firmante autorizado.
Su exposición permitiría crear firmas fraudulentas.
Clave pública
Puede compartirse para verificar las firmas.
Debe vincularse de forma confiable a la identidad del firmante.
Documento o mensaje
Información digital que se desea firmar: texto, PDF, archivo o transacción.
Cualquier cambio relevante debe invalidar la verificación.
Función hash
Calcula una huella de tamaño fijo a partir de un mensaje.
Ejemplo: SHA-256; debe resistir colisiones y alteraciones maliciosas.
Algoritmo y firma resultante
El algoritmo crea un valor criptográfico asociado al mensaje y a la clave privada.
La firma se adjunta o almacena separada del mensaje.
Verificador y certificado
El verificador comprueba la firma usando la clave pública.
El certificado digital puede vincular esa clave con una identidad.
FUNCIONAMIENTO PASO A PASO
Generar claves (KeyGen)
Se crea un par pública-privada con un método seguro.
La privada se protege y la pública se distribuye de forma verificable.
Preparar el documento
Se seleccionan los datos exactos que serán firmados.
El formato debe evitar cambios ambiguos en el contenido.
Calcular la huella
Muchos esquemas calculan un hash como SHA-256.
Algunos algoritmos integran este paso internamente.
Generar la firma (Sign)
Se firma mediante la clave privada y el algoritmo elegido.
Según el esquema, también se emplean parámetros aleatorios o deterministas.
Enviar documento y firma
Se comparte el mensaje con su firma y, cuando corresponde, el certificado.
La clave privada nunca debe enviarse.
Verificar (Verify)
El receptor aplica el algoritmo de verificación con la clave pública.
Comprueba además certificados y vigencia cuando corresponde.
Interpretar el resultado
Válida: coincide criptográficamente con el mensaje y la clave pública.
Inválida: falla la comprobación; también puede faltar confianza en el certificado.
PROPIEDADES Y CARACTERÍSTICAS
Autenticidad
Aporta evidencia de que firmó quien controla la clave privada.
La identidad depende de cómo se autentique esa clave.
Integridad
Detecta alteraciones del documento posteriores a la firma.
Una modificación del contenido suele invalidar la firma.
No repudio
Puede aportar pruebas para atribuir la firma a una persona o entidad.
Depende de la custodia de la clave y del contexto técnico y legal.
Verificabilidad
Un tercero puede comprobar la firma con la clave pública adecuada.
No necesita conocer la clave privada.
Resistencia a falsificaciones
Debe ser inviable crear una firma válida sin la clave privada.
Depende de un algoritmo seguro y su correcta implementación.
¿Qué NO ofrece por sí sola?
No cifra ni oculta el contenido.
No garantiza por sí sola la fecha real ni protege contra repetición de mensajes.
ALGORITMOS DE FIRMA DIGITAL
RSA-PSS
Esquema de firma basado en RSA con relleno probabilístico.
Se utiliza con funciones hash seguras y parámetros correctos.
ECDSA
Algoritmo de firma de curva elíptica.
Requiere proteger el valor único utilizado en cada firma.
EdDSA y Ed25519
Familia de firmas basadas en curvas de Edwards.
Ed25519 es una variante eficiente y ampliamente conocida.
DSA histórico
Algoritmo tradicional incluido en estándares antiguos.
FIPS 186-5 ya no lo aprueba para generar nuevas firmas.
ML-DSA poscuántico
Algoritmo basado en retículas matemáticas.
Estandarizado por NIST en FIPS 204 (2024).
SLH-DSA poscuántico
Firma basada en funciones hash, derivada de SPHINCS+.
Estandarizada por NIST en FIPS 205 (2024).
MÉTODOS Y TÉCNICAS CRIPTOGRÁFICAS
Criptografía asimétrica
Usa un par de claves matemáticamente relacionadas.
Una firma se genera con la privada y se verifica con la pública.
Funciones hash seguras
Producen huellas digitales para firmar datos de distintos tamaños.
SHA-256 es un ejemplo conocido.
Aleatoriedad y generación segura
La generación de claves exige fuentes de azar de calidad.
Algunos algoritmos también requieren valores únicos al firmar.
Matemáticas usadas
RSA utiliza propiedades aritméticas de enteros grandes.
ECDSA y EdDSA se basan en curvas elípticas.
Firmas deterministas
Bajo las mismas condiciones producen un resultado reproducible.
EdDSA utiliza una estrategia determinista para el valor de firma.
Firmas probabilísticas
Utilizan aleatoriedad durante la generación de la firma.
RSA-PSS incorpora un valor aleatorio en su construcción.
TIPOS Y FORMATOS DE FIRMA
Firma incorporada
La firma se encuentra dentro del archivo o su estructura.
Ejemplo: determinados PDF firmados.
Firma separada
El archivo de firma se guarda aparte del contenido firmado.
Ambos elementos se necesitan para verificar correctamente.
Firma individual y múltiple
Puede firmar una sola persona o varias.
Cada firma tiene su propia verificación.
PAdES para PDF
Conjunto de perfiles y formatos para firmas electrónicas avanzadas en PDF.
Se utiliza en documentos digitales y contratos.
XAdES para XML
Extiende firmas basadas en XML con datos de validación.
Se encuentra en intercambios electrónicos estructurados.
CAdES para CMS
Perfiles de firmas para estructuras criptográficas CMS.
Útil cuando las firmas no dependen de un PDF o XML.
Sello de tiempo
Una entidad de sellado aporta evidencia temporal verificable.
Ayuda en la validación a largo plazo.
CERTIFICADOS DIGITALES Y PKI
¿Qué es un certificado digital?
Vincula una clave pública con el nombre o identidad de su titular.
Incluye validez y otros datos firmados por una entidad emisora.
Infraestructura de clave pública
PKI: procesos, equipos y políticas para administrar certificados.
Establece cómo se construye y comprueba la confianza.
Autoridad certificadora (CA)
Emite certificados tras realizar comprobaciones de identidad.
Firma los certificados que gestiona.
Formato X.509
Estándar usado ampliamente para representar certificados digitales.
Contiene emisor, sujeto, clave pública y fechas.
Cadena de confianza
Se comprueba la relación entre certificados y raíces confiables.
Una firma matemáticamente válida no basta si no se confía en la identidad.
Validez, revocación y consultas
Un certificado puede caducar o revocarse anticipadamente.
CRL y OCSP ayudan a consultar su estado.
SEGURIDAD Y PROTECCIÓN
Protección de la clave privada
No compartirla en correos, chats ni repositorios.
Limitar quién y qué programas pueden utilizarla.
Almacenamiento especializado
HSM y otros dispositivos pueden aislar operaciones de firma.
Copias de seguridad, cuando procedan, deben protegerse.
Contraseñas, PIN y MFA
Restringen el acceso al mecanismo de firma.
La autenticación multifactor agrega protección.
Robo de claves y suplantación
Un atacante con la clave podría firmar en nombre de su titular.
Es necesario revocar certificados y reemplazar claves comprometidas.
Malware y ataques técnicos
Software malicioso puede robar credenciales o alterar el documento.
Se deben verificar también las aplicaciones y equipos utilizados.
Buenas prácticas
Utilizar algoritmos actuales y bibliotecas revisadas.
Comprobar firmas, certificados, fechas y avisos de seguridad.
Respuesta ante incidentes
Detener el uso, investigar y revocar credenciales afectadas.
Generar claves nuevas y notificar cuando corresponda.
APLICACIONES REALES
Contratos y documentos PDF
Permite comprobar firmas en contratos, informes y certificados.
Puede combinarse con sellos de tiempo y validación prolongada.
Banca y comercio electrónico
Ayuda a autorizar y verificar determinadas operaciones digitales.
Debe combinarse con autenticación y controles antifraude.
Gobierno digital
Se utiliza para trámites, resoluciones y documentos electrónicos.
La validez depende de las normas aplicables.
Correo electrónico seguro
S/MIME permite firmar mensajes para comprobar su origen.
El cifrado de correo es una función separada.
Programas y actualizaciones
Los desarrolladores firman paquetes y aplicaciones.
El usuario puede detectar modificaciones no autorizadas.
Servidores y sitios web
Los certificados TLS utilizan firmas para aportar confianza en identidades.
La conexión cifrada requiere además otros mecanismos criptográficos.
Blockchain y transacciones
Las firmas autorizan operaciones sobre activos o registros.
Se verifican mediante claves públicas.
VENTAJAS, LIMITACIONES Y COMPARACIONES
Ventajas de seguridad
Ayudan a comprobar autenticidad e integridad.
Facilitan verificaciones independientes.
Ventajas operativas
Agilizan procesos sin necesidad de papel.
Permiten trámites y acuerdos a distancia.
Dependencias y limitaciones
Se deben custodiar claves y validar certificados.
Algunos usos requieren programas, equipos y políticas específicas.
Firma digital vs. manuscrita
La manuscrita usa un trazo físico; la digital usa operaciones criptográficas.
Su valor legal puede variar según las condiciones aplicables.
Firma vs. contraseña o MAC
La contraseña autentica un acceso; una firma autentica datos firmados.
Un MAC utiliza una clave compartida y no equivale a una firma pública verificable.
Firma vs. cifrado
La firma protege origen e integridad.
El cifrado busca mantener el contenido confidencial.
NORMATIVAS, EVOLUCIÓN Y FUTURO
Estándares de firma
FIPS 186-5 del NIST describe algoritmos tradicionales de firma.
La interoperabilidad exige perfiles y formatos compatibles.
Validez jurídica
Las condiciones legales varían según país y tipo de trámite.
Identidad, consentimiento y conservación pueden ser importantes.
Contexto boliviano
Las firmas en Bolivia deben evaluarse según su normativa vigente.
El certificado y la entidad de confianza pueden ser determinantes.
Reto de la computación cuántica
Ordenadores cuánticos suficientemente grandes amenazarían RSA y ECC.
Conviene planificar migraciones criptográficas.
Criptografía poscuántica
Desarrolla algoritmos diseñados para resistir ataques cuánticos conocidos.
ML-DSA y SLH-DSA ya disponen de estándares NIST.
Futuro y transformación digital
Más documentos, programas y servicios necesitan pruebas criptográficas.
La actualización segura de claves y software será continua.
