Cifrado simétrico y asimétrico: un análisis comparativo

La criptografía moderna se divide en dos ramas principales: la simétrica y la asimétrica. El cifrado simétrico suele equipararse a la criptografía de clave simétrica, mientras que la asimétrica abarca dos aplicaciones fundamentales: el cifrado de clave pública y las firmas digitales.

Esta clasificación puede estructurarse de la siguiente manera:

Criptografía simétrica:

• Cifrado de clave simétrica

Criptografía asimétrica (o de clave pública):

• Cifrado asimétrico
• Firmas digitales (con o sin cifrado)

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

Diferencias entre cifrado simétrico y asimétrico

La distinción principal entre estos dos métodos radica en el número de claves utilizadas. Los algoritmos simétricos emplean una única clave, mientras que los asimétricos utilizan un par de claves relacionadas pero diferentes. Esta aparente simplicidad conlleva importantes diferencias funcionales y de aplicación.

Relación entre claves

En criptografía, los algoritmos generan claves como secuencias de bits para cifrar y descifrar información. La forma de utilizar estas claves marca la diferencia entre los métodos simétricos y asimétricos.

El cifrado simétrico emplea la misma clave para ambas operaciones, mientras que el asimétrico utiliza una clave para cifrar y otra para descifrar. En los sistemas asimétricos, la clave de cifrado (pública) puede compartirse libremente, pero la de descifrado (privada) debe mantenerse en secreto.

Por ejemplo, si Ana envía un mensaje cifrado simétricamente a Carlos, debe proporcionarle la misma clave que usó para cifrarlo. Esto implica que si un tercero intercepta la comunicación, podría acceder al contenido cifrado.

En cambio, si Ana utiliza el método asimétrico, cifra el mensaje con la clave pública de Carlos, quien lo descifrará con su clave privada. Así, el cifrado asimétrico ofrece mayor seguridad, ya que aunque alguien intercepte los mensajes y obtenga la clave pública, no podrá descifrarlos.

Longitud de las claves

Otra diferencia significativa entre ambos tipos de cifrado es la longitud de las claves, medida en bits y directamente relacionada con el nivel de seguridad de cada algoritmo.

En sistemas simétricos, las claves se seleccionan aleatoriamente y su longitud generalmente 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, lo que implica que están vinculadas por una fórmula específica. Debido a esto, los atacantes podrían explotar este patrón para romper el cifrado, por lo que las claves asimétricas deben ser considerablemente más largas para proporcionar un nivel de seguridad equivalente. La diferencia en longitud es tan notable que una clave simétrica de 128 bits y una asimétrica de 2048 bits ofrecen aproximadamente el mismo nivel de protección.

Ventajas y desventajas

Cada tipo de cifrado presenta sus propias fortalezas y debilidades. Los algoritmos simétricos son significativamente más rápidos y requieren menos recursos computacionales, pero su principal inconveniente es la distribución de claves. Al utilizar la misma clave para cifrar y descifrar, 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 distribución de claves mediante el uso de claves públicas para cifrar y privadas para descifrar. Sin embargo, los sistemas asimétricos son considerablemente más lentos en comparación con los simétricos y demandan mucha más potencia de procesamiento debido a la longitud de las claves.

Aplicaciones prácticas

Cifrado simétrico

Gracias a su velocidad, el cifrado simétrico se utiliza ampliamente para proteger información en numerosos sistemas informáticos actuales. Por ejemplo, el gobierno estadounidense emplea el Advanced Encryption Standard (AES) para cifrar información clasificada. AES sustituyó al antiguo Data Encryption Standard (DES), desarrollado en la década de 1970 como estándar de cifrado simétrico.

Cifrado asimétrico

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

Sistemas híbridos

En numerosas aplicaciones, se combinan cifrado simétrico y asimétrico. Un ejemplo destacado 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, mientras que los TLS se consideran seguros y son ampliamente utilizados por los navegadores web modernos.

Uso del cifrado en criptomonedas

Numerosas carteras de criptomonedas implementan métodos de cifrado para ofrecer un nivel de seguridad superior a los usuarios finales. Los algoritmos de cifrado se aplican cuando el usuario establece una contraseña para su archivo de cartera, utilizada para acceder al software.

Sin embargo, debido a que Bitcoin y otras criptomonedas utilizan un par de claves pública y privada, existe la idea errónea de que los sistemas blockchain emplean algoritmos de cifrado asimétrico. Como se mencionó anteriormente, el cifrado asimétrico y las firmas digitales son las dos aplicaciones principales de la criptografía asimétrica (o de clave pública).

Es importante destacar que no todos los sistemas de firma digital utilizan cifrado, incluso si proporcionan claves públicas y privadas. De hecho, un mensaje puede firmarse digitalmente sin recurrir al cifrado. RSA es un ejemplo de algoritmo que puede emplearse para firmar mensajes cifrados, pero el algoritmo de firma digital utilizado en Bitcoin (denominado ECDSA) no incorpora cifrado.

Reflexiones finales

Tanto el cifrado simétrico como el asimétrico desempeñan un papel crucial en la protección de la información y las comunicaciones confidenciales en el entorno digital actual. Ambos enfoques resultan valiosos, ya que cada uno presenta sus propias ventajas y desventajas, lo que determina su aplicación en diferentes escenarios. A medida que la criptografía evoluciona para hacer frente a amenazas más sofisticadas, los sistemas criptográficos simétricos y asimétricos seguirán siendo fundamentales para la seguridad informática.