Una firma digital es un mecanismo criptográfico que se utiliza para comprobar la autenticidad e integridad de los datos digitales. Podemos verlo como una versión digital de la firma manuscrita convencional, pero con un mayor nivel de complejidad y seguridad.

En términos simples, podemos describir una firma digital como un código adjunto a un mensaje o documento. Una vez generado, el código sirve como prueba de que el mensaje no fue manipulado durante su tránsito del remitente al destinatario.

Aunque el concepto de proteger las comunicaciones mediante criptografía ha existido desde la antigüedad, los sistemas de firma digital se hicieron realidad en la década de 1970, gracias al desarrollo de la criptografía de clave pública (PKC). Entonces, para aprender cómo funcionan las firmas digitales, primero debemos comprender los conceptos básicos de las funciones hash y la criptografía de clave pública.


Función hash

El hash es uno de los elementos centrales de un sistema de firma digital. El hashing implica convertir datos de cualquier tamaño en una salida de tamaño fijo. Esto se hace mediante un tipo especial de algoritmo llamado función hash. La salida generada por la función hash se denomina valor hash o mensaje cifrado.

Cuando se combinan con la criptografía, las funciones hash criptográficas se pueden utilizar para crear valores hash (criptografía) que actúan como una huella digital única. Esto significa que cualquier cambio en los datos de entrada (mensaje) dará como resultado una salida completamente diferente (valor hash). Y es por eso que las funciones hash criptográficas se utilizan ampliamente para verificar la autenticidad de los datos digitales.


Criptografía de clave pública (PKC)

La criptografía de clave pública, o PKC, se refiere a un sistema criptográfico que utiliza un par de claves: una clave pública y una clave privada. Las dos claves están relacionadas matemáticamente y ambas pueden usarse para cifrado de datos y firmas digitales.

Como herramienta de cifrado, PKC es más segura que los métodos más rudimentarios de cifrado simétrico. Si bien los sistemas más antiguos también dependían de esta misma clave para cifrar y descifrar información, PKC permite cifrar datos con una clave pública y descifrarlos con una clave privada correspondiente.

Además, el sistema PKC también se puede aplicar a la creación de firmas digitales. En esencia, el proceso implica codificar el mensaje (o los datos digitales) utilizando la clave privada del firmante. A continuación, el destinatario del mensaje puede comprobar si la firma es válida utilizando la clave pública proporcionada por el firmante.

En algunos casos, las firmas digitales pueden implicar cifrado, pero no siempre. Por ejemplo, la cadena de bloques de Bitcoin utiliza PKC y firmas digitales, pero contrariamente a la creencia popular, no hay cifrado en el proceso. Técnicamente, Bitcoin implementa el llamado Algoritmo de Firma Digital de Curva Elíptica (ECDSA) para autenticar transacciones.


Cómo funcionan las firmas digitales

En el contexto de las criptomonedas, un sistema de firma digital normalmente consta de tres pasos básicos: hash, firma y verificación.

datos hash

El primer paso es codificar el mensaje o los datos digitales. Esto se hace enviando los datos a través de un algoritmo hash para producir un valor hash (es decir, un mensaje cifrado). Como se mencionó, los mensajes pueden tener diferentes tamaños, pero cuando se les aplica hash, todos sus hashes tienen la misma longitud. Esta es la propiedad más básica de una función hash.

Sin embargo, no es necesario aplicar hash a los datos para crear una firma digital porque se puede usar la clave privada para firmar un mensaje sin hash. Pero en las criptomonedas, los datos siempre se procesan mediante hashes porque tratar con hashes de longitud fija es lo que facilita todo el proceso.

Firma

Una vez que el mensaje tiene un hash, la persona que lo envía debe firmarlo. Aquí es donde entra en juego la criptografía de clave pública. Existen varios tipos de algoritmos de firma digital, cada uno con su propio mecanismo. Pero esencialmente, el mensaje hash se firma con una clave privada y el destinatario del mensaje puede verificar su validez utilizando la clave pública correspondiente (proporcionada por el firmante).

Es decir, si no se incluye la clave privada cuando se genera la firma, el destinatario del mensaje no podrá utilizar la clave pública correspondiente para verificar su validez. Tanto la clave pública como la privada las genera el remitente del mensaje, pero solo la clave pública se comparte con el destinatario.

Cabe señalar que la firma electrónica está directamente relacionada con el contenido de cada mensaje. Por lo tanto, si una firma manuscrita sigue siendo la misma independientemente del contenido del mensaje, cada mensaje firmado digitalmente tendrá una firma digital diferente.

Exactitud

Tomemos un ejemplo para ilustrar todo el proceso hasta el paso de verificación final. Supongamos que Alice le escribe un mensaje a Bob, codifica el mensaje para crear un código hash y luego combina este valor hash con su clave privada para crear una firma digital. La firma actuará como una huella digital única de ese mensaje.

Cuando Bob recibe el mensaje, puede comprobar la validez de la firma digital utilizando la clave pública proporcionada por Alice. De esta manera, Bob puede estar seguro de que la firma fue creada por Alice porque solo ella tiene la clave privada correspondiente a esa clave pública (al menos eso es lo que esperamos).

Por lo tanto, es importante que Alice mantenga en secreto su clave privada. Si alguien más obtiene la clave privada de Alice, puede crear una firma digital y hacerse pasar por Alice. En el contexto de Bitcoin, esto significa que alguien podría usar la clave privada de Alice para mover o gastar sus Bitcoins sin su permiso.


¿Por qué es importante la firma digital?

Las firmas digitales se utilizan comúnmente para lograr la integridad de los datos, la autenticación y el anti-compromiso.

  • Integridad de los datos. Bob puede verificar que el mensaje de Alice no fue modificado en el camino a ser enviado. Cualquier modificación en el mensaje producirá una firma completamente diferente.

  • Autenticidad. Mientras la clave privada de Alice se mantenga en secreto, Bob puede usar su clave pública para confirmar que la firma digital fue creada por Alice y no por otra persona.

  • Anti-repudio. Una vez creada la firma, Alice no podrá negar que la firmó, a menos que su clave privada esté comprometida.


Casos de uso

Las firmas digitales se pueden aplicar a muchos tipos diferentes de documentos y certificados digitales. Por tanto, tienen una serie de aplicaciones. Algunos de los casos de uso más comunes incluyen:

  • Tecnologías de la información. Mejorar la seguridad de los sistemas de comunicación por Internet.

  • Finanzas. Se pueden implementar firmas digitales para auditorías, informes de gastos, acuerdos de préstamo y más.

  • Jurídico. El uso de firmas digitales en todo tipo de contratos comerciales y acuerdos legales, incluidos documentos gubernamentales.

  • Cuidado de la salud. Las firmas digitales pueden prevenir el fraude en recetas y registros médicos.

  • Cadena de bloques. Los sistemas de firma digital garantizan que sólo los propietarios legítimos de criptomonedas puedan firmar una transacción para transferir fondos (siempre que sus claves privadas no estén comprometidas).


Límite

Los grandes retos a los que se enfrentan los sistemas de firma digital se basan al menos en tres requisitos:

  • Algoritmo. La calidad de los algoritmos utilizados en un sistema de firma digital es muy importante. Esto incluye la elección de funciones hash y sistemas criptográficos fiables.

  • Despliegue. Si los algoritmos son buenos, pero la implementación no es buena, es probable que el sistema de firma digital tenga errores.

  • Llave privada. Si las claves privadas se filtran o se ven comprometidas de algún modo, las propiedades de autenticación y no repudio quedarán invalidadas. Para los usuarios de criptomonedas, la pérdida de claves privadas puede provocar pérdidas financieras importantes.


Firma electrónica y firma digital

En pocas palabras, una firma electrónica se refiere a un tipo específico de firma electrónica, es decir, cualquier método electrónico para firmar documentos y mensajes. Por tanto, todas las firmas digitales son firmas electrónicas, pero no siempre ocurre lo contrario.

La principal diferencia entre ellos es el método de autenticación. Las firmas digitales implementan sistemas criptográficos, como funciones hash, criptografía de clave pública y técnicas de cifrado.


Concluir

Las funciones hash y la criptografía de clave pública son el núcleo de los sistemas de firma digital, que ahora se aplican a una amplia gama de casos de uso. Si se hacen correctamente, las firmas digitales pueden aumentar la seguridad, garantizar la integridad y facilitar la autenticación de todo tipo de datos digitales.

En el campo blockchain, las firmas digitales se utilizan para firmar y autorizar transacciones de criptomonedas. Son especialmente importantes para Bitcoin porque las firmas garantizan que sólo las personas en posesión de la clave privada correspondiente puedan gastar las monedas.

Aunque llevamos muchos años utilizando la firma tanto electrónica como digital, todavía queda mucho margen de crecimiento. Una gran parte de la burocracia actual todavía se basa en papel, pero probablemente veremos una mayor adopción de sistemas de firma digital a medida que avancemos hacia un sistema más digitalizado.