¿Qué es la criptografía asimétrica? Una guía completa sobre el cifrado de clave pública

Esa estructura de dos claves es lo que la hace tan potente. Permite que dos partes se comuniquen de forma segura sin haber intercambiado previamente ningún secreto; permite a las partes proporcionar firmas que cualquiera puede verificar, y permite verificar identidades de una forma que una única clave compartida no puede ofrecer. La criptografía asimétrica es una tecnología fundamental que sustenta la confianza digital, protegiendo de forma discreta sitios web, el correo electrónico, las firmas digitales y las criptomonedas.

La criptografía asimétrica es solo una parte de un campo más amplio. La criptografía también incluye enfoques simétricos, que utilizan la misma clave en ambos extremos. Si quieres tener primero una visión general, infórmate sobre la criptografía ennuestra guía completa; y si quieres conocer más detalles sobre el otro aspecto, echa un vistazo a nuestrapágina dedicada a la criptografía simétrica. Este artículo se centra específicamente en cómo funciona el modelo de clave pública y privada y por qué es importante.

Cómo funciona la criptografía asimétrica: claves públicas y claves privadas

En esencia, la criptografía asimétrica responde a una pregunta sencilla: ¿pueden dos partes que nunca se han conocido comunicarse de forma segura a través de un canal no seguro? La respuesta es sí; es posible. Un par de claves está formado por una clave pública y una clave privada que se generan conjuntamente y están vinculadas mediante fórmulas matemáticas.

• Cualquiera puede acceder a la clave pública. En los sistemas de cifrado, se utiliza para cifrar los mensajes enviados al propietario de la clave; en los sistemas de firma, se utiliza para verificar que una firma es válida; etc.
• La clave privadasolo la conoce su propietario. En los sistemas de cifrado se utiliza para descifrar esos mensajes; en los sistemas de firma, para firmar documentos; etc.

La clave privada y la clave pública están relacionadas matemáticamente. La relación entre ambas claves se basa enfunciones unidireccionales, es decir, operaciones matemáticas que son fáciles de realizar en un sentido, pero extremadamente difíciles de invertir. Debería ser posible derivar la clave pública a partir de la clave privada, pero, en la práctica, debería ser imposible hacer el proceso a la inversa y recuperar la clave privada a partir de la clave pública. El ejemplo de Alicia y Bob

La forma clásica de ver cómo funciona esto es mediante un mensaje entre dos partes, de Alicia a Bob:

1. Bob genera un par de claves y comparte su clave pública con Alice.
2. Alice cifra su mensaje utilizando la clave pública de Bob.
3. Una vez cifrado, solo la clave privada de Bob puede descifrar el mensaje.

Siempre que Bob mantenga a salvo su clave privada, nadie más podrá leer lo que Alice haya enviado, aunque lo intercepten. Hay que tener en cuenta que este intercambio es unidireccional. Para que Bob pueda enviar una respuesta cifrada, Alice necesita su propio par de claves y debe compartir su clave pública con Bob.

Una analogía útil es la ranura de devolución de una biblioteca. La ranura está fijada a la pared a la vista de todos, su ubicación es pública y cualquiera que pase por allí puede introducir un libro a través de ella. Lo que ninguno de ellos puede hacer es meter la mano para recuperarlo. Los libros se acumulan dentro de un contenedor cerrado con llave que solo el bibliotecario puede abrir, y el hecho de que cien personas hayan utilizado la ranura esta mañana no les dice nada sobre cómo recuperar lo que depositaron las noventa y nueve anteriores. La ranura es la clave pública: conocida, de libre uso y útil en una sola dirección. La llave del bibliotecario para el contenedor es la clave privada. Fíjate dónde reside la asimetría. No se trata de que la ranura esté oculta, ni de que se confíe en que quienes depositan los libros se comporten correctamente, sino de que la operación que realiza la ranura no puede ser ejecutada a la inversa por quienquiera que la lleve a cabo. Alicia puede cifrar con la clave pública de Bob y luego encontrarse incapaz de descifrar el mismo mensaje que acaba de generar, lo cual es una propiedad extraña para una cerradura y, precisamente, la que hace que el sistema funcione.

Más allá del cifrado: transporte de claves y firmas

Mediante el uso de un par de claves pública y privada, es posible obtener otras funcionalidades que no se encuentran en la criptografía simétrica:

• Transmisión de claves:Una parte puede enviar de forma segura una clave simétrica a alguien con quien nunca se haya establecido ningún secreto, cifrando dicha clave simétrica con la clave pública del destinatario. Solo la clave privada del destinatario puede descifrarla.
• Acuerdode clave:Dos partes intercambian información a lo largo de varias rondas de comunicación con el objetivo de llegar a una clave compartida por ambas. Esto difiere del transporte de claves en que ninguna de las partes tiene control total sobre cuál es la clave compartida final.
• Encapsulación de claves: una de las partes genera una nueva clave simétrica y la vincula a la clave pública del destinatario en un único paso, generando así un texto cifrado que solo la clave privada del destinatario puede descifrar. Este proceso se asemeja al transporte de claves, pero la clave se genera mediante el propio proceso de encapsulación, en lugar de ser elegida de antemano por el remitente.
• Firmas digitales:El titular de la clave utiliza la clave privada para firmar un documento o un mensaje. A continuación, cualquiera puede verificar esa firma con la clave pública del titular, lo que permite confirmar quién la envió y que no ha sido alterada.

Estas cuatro funciones —transporte de claves, encapsulación de claves, establecimiento de claves y firma— se derivan todas de la misma estructura de claves públicas y privadas. Las tres primeras resuelven el problema de establecer un secreto compartido a través de un canal no seguro.

Existe una clara dualidad entre el cifrado y la firma con la criptografía de clave pública. En el caso del cifrado de clave pública, el propietario de la clave es el destinatario y cualquiera puede ser el remitente. En el caso de las firmas digitales, el propietario de la clave es el remitente y cualquiera puede ser el destinatario. Esto significa que, en el cifrado, el remitente que realiza el cifrado utiliza la clave pública, mientras que, en la firma, el remitente que realiza la firma utiliza la clave privada.

Casos de uso reales de la criptografía asimétrica

La criptografía asimétrica destaca en dos situaciones: cuando no resulta práctico establecer una clave compartida mediante comunicación presencial y cuando es necesario verificar la identidad. Aquí es donde se utiliza con mayor frecuencia.

Infraestructura de clave pública (PKI)

La infraestructura de clave pública (PKI) gestiona las claves criptográficas mediante la emisión y la gestión de certificados digitales. Un certificado de clave pública es un documento digital que vincula una clave pública a una identidad verificada mediante una firma digital, creado por entidades de confianza denominadas «autoridades de certificación». La PKI es el sistema de gestión de claves que garantiza la fiabilidad del cifrado asimétrico a gran escala entre partes que no se han comunicado previamente, ya que, sin una forma de garantizar que una clave pública pertenece realmente a quien dice ser, todo el modelo se viene abajo.

Blockchain y criptomonedas

En los sistemas de criptomonedas, la criptografía asimétrica confirma la identidad y autoriza las transacciones. Los titulares firman las transacciones con sus claves privadas, y la red las verifica con las claves públicas correspondientes.

TLS navegación web segura

La navegación web segura pone de manifiesto cómo la criptografía asimétrica y la simétrica funcionan mejor juntas. TLS la criptografía asimétrica para establecer una conexión segura e intercambiar una clave de sesión simétrica; a continuación, pasa a utilizar esa clave simétrica para cifrar las comunicaciones con mayor rapidez durante el resto de la sesión. Este enfoque combinado aúna las ventajas de seguridad del intercambio de claves asimétricas con la velocidad pura del cifrado simétrico. El mismo patrón protege los sistemas de chat para móviles, que verifican las identidades al inicio de una conversación y, a continuación, cifran los mensajes de forma simétrica a medida que se van enviando.

Ventajas de la criptografía asimétrica

La criptografía asimétrica ofrece varias ventajas claras frente al enfoque de clave única:

• Las claves secretaspueden guardarse bajo llave:nunca es necesario compartir ni transmitir la clave privada. Esto elimina el riesgo de interceptación que conlleva la distribución de un secreto compartido.
• Verificación de identidad:La criptografía asimétrica admite las firmas digitales, algo que la criptografía de clave única no permite. Esto permite la autenticación y el no repudio.
• Distribución escalable de claves:las claves públicas pueden distribuirse libremente sin comprometer la seguridad, lo que hace que este modelo resulte práctico para la comunicación a gran escala y los protocolos abiertos de Internet.

Hay una desventaja que conviene tener en cuenta. La criptografía asimétrica es más lenta que la simétrica, ya que la relación matemática entre las dos claves da lugar a operaciones más complejas. Esto puede traducirse en un procesamiento más lento, un mayor consumo de memoria y un agotamiento más rápido de la batería en dispositivos con recursos limitados. Precisamente por eso, tantos sistemas en el mundo real utilizan el modelo combinado descrito anteriormente. Para un análisis comparativo más detallado sobre cuándo utilizar cada uno, consulta lacomparación completa entre la criptografía asimétrica y la simétrica.

Algoritmos comunes de criptografía asimétrica

Hay varios algoritmos que siguen el modelo de clave pública. Cada uno de ellos utiliza fundamentos matemáticos distintos, pero todos se basan en el mismo principio de las funciones unidireccionales. En la práctica actual predominan tres tipos clásicos de esquemas, a los que ahora se suman nuevas familias de algoritmos poscuánticos.

RSA

RSA (Rivest, Shamir, Adleman) es uno de los algoritmos asimétricos más utilizados. El algoritmo RSA de 2048 bits funciona generando aleatoriamente dos números primos, cada uno de aproximadamente 1.024 bits de longitud, y multiplicándolos entre sí. Su producto constituye el módulo, el componente principal de la clave pública, mientras que la clave privada se deriva de los dos números primos originales. La seguridad de RSA se basa en un problema difícil y bien conocido: es fácil multiplicar dos números primos grandes, pero factorizar el módulo resultante en esos números primos resulta computacionalmente inviable con ordenadores clásicos.

ECC

La criptografía de curva elíptica (ECC) ofrece un nivel de seguridad comparable al del RSA con claves considerablemente más cortas. Según las normas del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), una clave ECC de 256 bits ofrece aproximadamente la misma seguridad que una clave RSA de 3.072 bits. Unas claves más cortas implican un cálculo más rápido y menores requisitos de memoria y ancho de banda, lo que hace que la ECC resulte especialmente adecuada para entornos con recursos limitados, como los dispositivos móviles y las aplicaciones del Internet de las cosas (IoT). La seguridad de la ECC se basa en la dificultad del problema del logaritmo discreto de curva elíptica (ECDLP). El NIST ha estandarizado varias curvas para ello, entre ellas P-256, P-384 y P-521.

Diffie-Hellman

Diffie-Hellman, presentado por Whitfield Diffie y Martin Hellman en 1976, es un protocolo de intercambio de claves. Permite a dos partes establecer un secreto compartido a través de un canal no seguro sin haber intercambiado previamente ningún secreto. Las partes intercambian valores públicos y, a partir de ellos, cada una deriva de forma independiente el mismo secreto compartido. Su seguridad se basa en la dificultad computacional del problema del logaritmo discreto. Diffie-Hellman es fundamental para la forma en que se negocian las conexiones seguras a Internet, y desempeña un papel central en TLS , las VPN y la mensajería cifrada de extremo a extremo. Aunque la construcción original utiliza números enteros, también puede implementarse con curvas elípticas. La amenaza de la computación cuántica para la criptografía asimétrica y los algoritmos resistentes a la computación cuántica

Hay un inconveniente con las tres familias de esquemas asimétricos mencionados anteriormente. Cada uno de ellos basa su seguridad en un problema matemático (factorización o logaritmos discretos) que un ordenador cuántico lo suficientemente potente podría resolver de forma eficiente. Todavía no existe una máquina así, pero cuando se construya, romperá los tres: RSA, ECC y Diffie-Hellman. Los algoritmos poscuánticos están diseñados para resistir esa amenaza basándose en problemas subyacentes diferentes, normalmente aquellos basados en estructuras matemáticas denominadas «retículas», que se consideran difíciles tanto para los ordenadores clásicos como para los cuánticos.

Nadie puede predecir con exactitud cuándo se dispondrá de un ordenador cuántico lo suficientemente potente, y las estimaciones oscilan entre años y décadas. Los organismos de normalización están tratando este riesgo como algo urgente, más que como una hipótesis. En agosto de 2024, el NIST publicó sus primeras normas de criptografía poscuántica. ML-KEM (FIPS 203, originalmente denominado Kyber) es el equivalente poscuántico del intercambio de claves, que desempeña la misma función que Diffie-Hellman y ya aparece en los navegadores web como la forma segura frente a los ataques cuánticos de establecer conexiones cifradas. ML-DSA (FIPS 204, originalmente Dilithium) es el sustituto de uso general para las firmas digitales RSA y ECC, lo que permite al destinatario confirmar quién envió un mensaje y que este no ha sido manipulado. Junto a estos, el NIST ha normalizado SLH-DSA (FIPS 205, originalmente SPHINCS+), un esquema de firma de respaldo que basa su seguridad exclusivamente en funciones hash para aquellos que deseen una base matemática diferente como medida de protección.

El panorama sigue ampliándose: un cuarto estándar de firma, el FN-DSA (Falcon, que se espera que se adopte como FIPS 206 a finales de 2026 o principios de 2027), ofrece firmas inusualmente compactas, y el NIST ha seleccionado el HQC —que se basa en principios matemáticos distintos— como segundo mecanismo de intercambio de claves junto al ML-KEM. Se está llevando a cabo una nueva ronda de evaluación de diseños de firma adicionales, con el fin de cubrir aplicaciones que podrían resultar difíciles de abordar con las estructuras actuales. La razón de toda esta variedad es la precaución: basarse en varios problemas matemáticos independientes significa que, si alguna vez se debilita una familia, las demás siguen en pie.

El NIST también ha publicado un borrador de su hoja de ruta para la transición (NIST IR 8547), en el que se propone dejar de utilizar los algoritmos vulnerables a los ataques cuánticos para 2030 y eliminarlos por completo para 2035. A esta urgencia se suma el concepto de los ataques«Harvest Now, Decrypt Later» (recoger ahora, descifrar más tarde): los adversarios pueden capturar datos cifrados hoy y almacenarlos, para luego descifrarlos una vez que se disponga de capacidades cuánticas. Por lo tanto, cualquier secreto que deba permanecer confidencial más allá de ese horizonte ya se encuentra en peligro.

La respuesta práctica es empezar ya. Las organizaciones deben elaborar un inventario criptográfico, establecer un marco de gobernanza con una responsabilidad clara y planificar su migración a los estándares de criptografía poscuántica (PQC). La capacidad de cambiar de algoritmo rápidamente sin grandes trastornos, lo que se conoce como «agilidad criptográfica», es fundamental para esa preparación. Ambos temas se tratan en profundidad en sus respectivas páginas.

Cómo Keyfactor ayudarte Keyfactor

Gestionar la criptografía asimétrica de forma fiable y prepararla para un mundo poscuántico supone un reto operativo considerable. Las soluciones Keyfactorresponden directamente a las cuestiones planteadas a lo largo de esta guía:

• Detección e inventario de elementos criptográficos:Keyfactor las organizaciones una visibilidad completa de todos los activos criptográficos, incluidas las claves, los certificados y las bibliotecas criptográficas de toda su infraestructura. Esta visibilidad es el primer paso esencial para gestionar y proteger la criptografía asimétrica a gran escala.
• Automatización del ciclo de vida de los certificados:Dado que la criptografía asimétrica se basa en certificados de clave pública y en la infraestructura de clave pública (PKI), Keyfactor la emisión, la renovación y la gestión de los certificados digitales para evitar interrupciones del servicio y subsanar las brechas de seguridad.
• Agilidad criptográfica y preparación para la PQC:Keyfactor las organizacionesKeyfactor pasar de los algoritmos asimétricos clásicos a estándares a prueba de la computación cuántica sin grandes trastornos, mediante la detección, la corrección de riesgos, la automatización del ciclo de vida y la modernización ágil.
• Modernización de la PKI:Keyfactor la infraestructura PKI, ayudando a las organizaciones a establecer y mantener la capa de confianza que hace que la criptografía asimétrica sea fiable.

Principales conclusiones

• La criptografía asimétrica utiliza un par de claves vinculadas matemáticamente, en el que el conocimiento de la clave pública no revela nada sobre la clave privada. Esto permite el establecimiento de claves sin necesidad de un secreto compartido previamente, la confidencialidad mediante el cifrado con clave pública, y la autenticación, la integridad y el no repudio mediante firmas digitales.
• RSA, ECC y Diffie-Hellman son ejemplos de los tipos más comunes de criptografía asimétrica que se utilizan en la actualidad.
• Las aplicaciones en el mundo real abarcan las firmas digitales, la infraestructura de clave pública (PKI), la cadena de bloques y TLS , y suelen combinar métodos asimétricos y simétricos para garantizar tanto la seguridad como la velocidad.
• La computación cuántica supone una amenaza significativa a corto plazo para los algoritmos asimétricos actuales, por lo que es imprescindible prepararse de forma proactiva. Ya se dispone de normas aprobadas por el NIST para la criptografía resistente a la computación cuántica, y la migración ya está en marcha.
• Keyfactor las organizaciones Keyfactor identificar, gestionar y modernizar su infraestructura criptográfica para garantizar su seguridad en el presente y prepararse para la era cuántica del futuro.