Una firma digital es un mecanismo criptográfico que se utiliza para verificar la autenticidad e integridad de los datos digitales. Podemos pensar en esto como una versión digital de las firmas manuscritas comunes, pero con mayores niveles de complejidad y seguridad.

Para simplificar, 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 ha sido manipulado de ninguna manera entre el remitente y el destinatario.

Aunque el concepto de proteger las comunicaciones mediante criptografía se remonta a bastante tiempo en la historia de la humanidad, los sistemas de firma digital se hicieron realidad en la década de 1970, gracias al desarrollo de la criptografía de clave pública (PKC). Para saber cómo funcionan las firmas digitales, primero debemos comprender los conceptos básicos de las funciones hash y la criptografía de clave pública.


Funciones hash

El Hash constituye uno de los elementos principales de un sistema de firma digital. El proceso de hash implica transformar datos de cualquier tamaño en una salida con un tamaño predeterminado. Esto se logra con un tipo especial de algoritmo conocido como función hash. La salida generada por una función hash se conoce como valor hash o huella digital.

Cuando se combina con la criptografía, la función hash criptográfica se puede utilizar para generar un valor hash (huella digital) que actúa como una huella digital única. Esto significa que cualquier cambio en los datos de entrada (mensaje) daría como resultado una salida completamente diferente (valor hash). Ésta es la razón por la 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 de criptografía que utiliza un par de claves: una clave pública y una clave privada. Las dos claves están correlacionadas matemáticamente y pueden usarse tanto para cifrado de datos como para firmas digitales.

Como herramienta de cifrado, PKC es más segura que los métodos más rudimentarios de cifrado simétrico. Mientras que los sistemas más antiguos dependen de la misma clave para cifrar y descifrar información, PKC permite cifrar datos con una clave pública y descifrar esos datos con la clave privada correspondiente.

Aparte de esto, el esquema PKC también se puede aplicar en la generación de firmas digitales. En esencia, el proceso implica codificar un mensaje (o datos digitales) con la clave privada del firmante. Luego, el destinatario del mensaje puede comprobar si la firma es válida utilizando la clave pública proporcionada por el firmante.

En algunas situaciones, las firmas digitales pueden incluir cifrado, pero no siempre es así. Por ejemplo, la cadena de bloques de Bitcoin utiliza PKC y firmas digitales, pero contrariamente a lo que mucha gente tiende a creer, no hay cifrado en el proceso. Técnicamente, Bitcoin implementa el 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 suele constar de tres pasos básicos: hash, firma y verificación.

hash de datos

El primer paso es codificar el mensaje o los datos digitales. Esto último se logra sometiendo los datos a un algoritmo hash para que se genere un valor hash (es decir, un resumen del mensaje). Como se mencionó, los mensajes pueden variar significativamente en tamaño, pero cuando se les aplica hash, todos sus valores hash tienen el mismo tamaño. Esta es la propiedad más fundamental de una función hash.

Sin embargo, el hash de datos no es una condición obligatoria para producir una firma digital, ya que se puede utilizar una clave privada para firmar un mensaje sin que haya sido hash. En el caso de las criptomonedas, los datos se procesan sistemáticamente porque la manipulación de huellas dactilares cuyo tamaño es fijo e invariable facilita el proceso.

Firma

Después de realizar el hash de la información, el remitente del mensaje 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 en términos generales, el mensaje hash se firmará con una clave privada y el destinatario del mensaje podrá 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. Las claves pública y privada las genera el remitente del mensaje, pero solo la clave pública se comparte con el receptor.

Es importante señalar que las firmas digitales están directamente vinculadas al contenido de cada mensaje. Así, a diferencia de las firmas manuscritas, que tienden a ser sistemáticamente iguales independientemente del mensaje al que se adjunten, cada mensaje firmado digitalmente tendrá una firma digital diferente.

Verificación

Tomemos un ejemplo para ilustrar todo el proceso hasta el paso de verificación final. Imagine que Alice le escribe un mensaje a Bob, lo codifica y luego combina el valor hash con su clave privada para generar una firma digital. La firma funcionará como una huella digital única para ese mensaje en particular.

Cuando Bob recibe el mensaje, puede verificar 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 ella es la única que tiene la clave privada que coincide con esta clave pública (al menos eso es lo que Bob espera).

Por eso es fundamental que Alice mantenga en secreto su clave privada. Si alguien más consigue la clave privada de Alice, esa persona podrá crear firmas digitales 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 son importantes las firmas digitales?

Las firmas digitales se utilizan a menudo para los tres propósitos que logran sus propiedades: integridad de los datos, autenticación y no repudio.

  • Integridad de los datos. Bob puede verificar que el mensaje de Alice no se modificó entre el envío y la recepción. Cualquier cambio en el mensaje produciría una firma completamente diferente.

  • Autenticidad. Mientras la clave privada de Alice se mantenga en secreto, Bob puede usar su clave pública para confirmar que las firmas digitales fueron creadas por Alice y nadie más.

  • No repudio. Una vez generada la firma, Alice no podrá negar haberla aplicado en el futuro, a menos que su clave privada se vea comprometida de alguna manera.


Casos de uso

Las firmas digitales se pueden aplicar a varios tipos de documentos y certificados digitales. Como tales, tienen varias aplicaciones. Algunos de los casos de uso más comunes incluyen:

  • Tecnologías de la Información, para 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.

  • Lo legal. Firma digital de todo tipo de contratos y acuerdos legales entre empresas. Lo mismo ocurre con los documentos gubernamentales.

  • Seguridad Social. Las firmas digitales pueden actuar como prevención contra el fraude de recetas y registros médicos.

  • Cadena de bloques. Las firmas digitales garantizan que sólo el propietario legítimo de los fondos pueda firmar una transacción (siempre que sus claves privadas no estén comprometidas).


Restricciones

Los principales retos a los que se enfrentan los sistemas de firma digital dependen de al menos tres requisitos:

  • El algoritmo. La calidad de los algoritmos utilizados en un esquema de firma digital es importante. Esto incluye elegir funciones hash y sistemas criptográficos fiables.

  • Implementación. Si los algoritmos son buenos, pero la implementación no, el sistema de firma digital probablemente tendrá fallas.

  • Llave privada. Si las claves privadas se filtran o se ven comprometidas de alguna manera, las propiedades de autenticidad y no repudio quedarán invalidadas. Para los usuarios de criptomonedas, perder una clave privada puede provocar pérdidas financieras importantes.


Firmas electrónicas versus firmas digitales

En resumen, las firmas digitales son un tipo especial de firma electrónica, que se refiere a cualquier método electrónico de firmar un documento o mensaje. Por tanto, todas las firmas digitales son firmas electrónicas, pero lo contrario no ocurre sistemáticamente.

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.


Para 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 implementan correctamente, las firmas digitales pueden aumentar la seguridad, garantizar la integridad y facilitar la autenticación de todo tipo de datos digitales.

En blockchain, las firmas digitales se utilizan para firmar y autorizar transacciones de criptomonedas. Son particularmente importantes para Bitcoin porque las firmas garantizan que las monedas sólo puedan ser gastadas por personas que tengan las claves privadas correspondientes.

Aunque se llevan utilizando desde hace años, todavía queda mucho por avanzar en el campo de la firma digital y electrónica. Una gran proporción de la burocracia actual todavía depende del uso de papel, pero es probable que veamos una adopción generalizada de firmas digitales a medida que avanzamos hacia una sociedad cada vez más digitalizada.