Las firmas digitales son mecanismos criptográficos que se utilizan para verificar la autenticidad e integridad de números y datos. Podemos considerarlo como una versión digital del método tradicional de firma manuscrita, y es más complejo y seguro que las firmas.
En definitiva, podemos entender una firma digital como un código adjunto a un mensaje o documento. Una vez que se genera una firma digital, sirve como prueba de que el mensaje no ha sido manipulado durante su recorrido desde el remitente hasta el receptor.
Si bien el concepto de utilizar la criptografía para proteger la confidencialidad de las comunicaciones se remonta a la antigüedad, los esquemas de firma digital recién se hicieron realidad en la década de 1970 con el desarrollo de la criptografía de clave pública (PKC). Entonces, para comprender 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 las firmas digitales. El proceso de operación del valor hash se refiere a convertir datos de cualquier longitud en una longitud fija. Esto se logra mediante una operación especial llamada función hash. El valor generado por la función hash se denomina valor hash o resumen de mensaje.
Cuando un valor hash se combina con un algoritmo criptográfico, que utiliza una función hash criptográfica para generar un valor hash (resumen), el valor actúa como una huella digital única. Esto significa que cualquier cambio en los datos de entrada (mensaje) dará como resultado un valor de salida completamente diferente (valor hash). Es por eso que las funciones hash criptográficas se utilizan ampliamente para verificar la autenticidad de números y datos.
Criptografía de clave pública (PKC)
La criptografía de clave pública, o PKC, se refiere a un sistema de cifrado que utiliza un par de claves: una clave pública y una clave privada. Las dos claves están relacionadas matemáticamente y pueden usarse para cifrado de datos y firmas digitales.
Como herramienta de cifrado, PKC tiene mayor seguridad que el cifrado simétrico. Los sistemas de cifrado simétrico dependen de la misma clave para cifrar y descifrar información, pero PKC utiliza una clave pública para cifrar datos y una clave privada correspondiente para descifrar datos.
Además de esto, PKC también se puede aplicar para generar firmas digitales. Básicamente, el proceso implica que el remitente cifre el hash del mensaje (datos) utilizando su propia clave privada. A continuación, el destinatario del mensaje puede comprobar si la firma digital es válida utilizando la clave pública proporcionada por el firmante.
En algunos casos, la propia firma digital puede incluir cifrado, pero no siempre. Por ejemplo, la cadena de bloques de Bitcoin utiliza PKC y firmas digitales y, a diferencia de lo que la mayoría de la gente cree, no hay cifrado en el proceso. Técnicamente hablando, Bitcoin a su vez implementa el llamado Algoritmo de Firma Digital de Curva Elíptica (ECDSA) para verificar las transacciones.
Cómo funcionan las firmas digitales
En el contexto de las criptomonedas, un sistema de firma digital normalmente consta de tres procesos básicos: hash, firma y verificación.
Hash los datos
El primer paso es codificar el mensaje o los datos. Esto se hace operando sobre los datos usando un algoritmo hash y generando un valor hash (es decir, un resumen del mensaje). Como se mencionó anteriormente, los mensajes pueden variar mucho en longitud, pero cuando los mensajes tienen hash, sus valores hash tienen todos la misma longitud. Esta es la propiedad más básica de las funciones hash.
Sin embargo, no es necesario simplemente cifrar el mensaje para generar una firma digital, ya que los mensajes que no han sido cifrados también se pueden cifrar utilizando la clave privada. Pero para las criptomonedas, los mensajes deben ser procesados mediante funciones hash, porque el procesamiento de valores hash de longitud fija ayuda a que se ejecuten los programas de criptomonedas.
firmar
Una vez que la información ha sido procesada, el remitente del mensaje debe firmar su mensaje. Aquí se utiliza criptografía de clave pública. Existen varios tipos de algoritmos de firma digital, cada uno con su propio mecanismo operativo único. Básicamente, un mensaje hash (valor hash) se firma utilizando 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 utiliza la clave privada al generar una firma, el destinatario del mensaje no podrá utilizar la clave pública correspondiente para verificar su validez. El remitente del mensaje genera tanto la clave pública como la privada, pero solo la clave pública se comparte con el destinatario.
Es importante señalar que las firmas digitales están asociadas al contenido de cada mensaje. Por tanto, a diferencia de las firmas manuscritas, las firmas digitales son diferentes para cada mensaje.
verificar
Tomemos un ejemplo para ilustrar todo el proceso, desde el principio hasta el paso final de la verificación. Supongamos que Alice envía un mensaje a Bob, convierte el mensaje en un valor hash y luego combina el valor hash con su clave privada para generar una firma digital. La firma digital servirá como huella digital única del 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, ya que solo ella tiene la clave privada correspondiente a la clave pública (al menos eso es lo que asumimos).
Por lo tanto, es importante que Alice mantenga segura su clave privada. Si otra persona obtiene la clave privada de Alice, también puede crear una firma digital y hacerse pasar por Alice. En el contexto de Bitcoin, esto significa que alguien tiene acceso a las claves privadas de Alice y puede transferir o usar sus Bitcoins sin su conocimiento.
¿Por qué son importantes las firmas digitales?
Las firmas digitales se suelen utilizar para lograr tres objetivos: integridad de los datos, autenticación y no repudio.
Integridad de los datos. Bob puede verificar si el mensaje de Alice ha sido manipulado. Cualquier cambio en el mensaje producirá una firma digital completamente diferente.
Autenticidad. Mientras Alice mantenga segura su clave privada, Bob puede usar su clave pública para confirmar que la firma digital fue creada por Alice y no por otra persona.
No repudio. Después de generar una firma, Alice no puede negar la firma de esa firma en el futuro a menos que su clave privada esté comprometida de alguna manera.
Caso
Las firmas digitales se pueden aplicar a una variedad de documentos y certificados digitales. Por tanto, tienen varias aplicaciones. Algunos de los casos más comunes incluyen:
tecnologías de la información. Mejorar la seguridad de los sistemas de comunicación por Internet.
finanzas. Las firmas digitales se pueden aplicar a auditorías, informes financieros, acuerdos de préstamo y más.
ley. Las firmas digitales se pueden aplicar a una variedad de contratos comerciales y acuerdos legales, incluidos documentos gubernamentales.
cuidado de la salud. Las firmas digitales previenen el fraude en recetas y registros médicos.
Cadena de bloques. Los esquemas de firma digital garantizan que sólo el propietario legítimo de una criptomoneda pueda firmar transacciones y mover fondos (siempre que sus claves privadas no estén comprometidas).
limitación
Los principales desafíos que enfrentan los esquemas de firma digital se limitan principalmente a los tres factores siguientes:
algoritmo. Los algoritmos utilizados en los esquemas de firma digital tienen altos requisitos de calidad. Estos incluyen la elección de funciones hash fiables y sistemas de cifrado.
implementación. Si el algoritmo está completo pero no existe un buen plan de implementación, el sistema de firma digital también puede tener peligros ocultos.
clave privada. Si la clave privada se pierde o se ve comprometida de alguna manera, no se garantiza la autenticidad ni el no repudio. Para los usuarios de criptomonedas, la pérdida de claves privadas puede provocar pérdidas financieras importantes.
Firmas electrónicas y firmas digitales
En definitiva, una firma digital puede entenderse como un tipo específico de firma electrónica, que se refiere al uso de medios electrónicos para firmar documentos y mensajes. Por tanto, toda firma digital puede considerarse firma electrónica, pero no al revés.
La principal diferencia entre ellos es el método de autenticación. Las firmas digitales requieren el despliegue de sistemas criptográficos como funciones hash, criptografía de clave pública y técnicas de cifrado.
Resumir
Las funciones hash y la criptografía de clave pública son el núcleo de los sistemas de firma digital y ahora se utilizan en diversos casos. Cuando se implementan correctamente, las firmas digitales pueden mejorar la seguridad, garantizar la integridad y facilitar la autenticación de todo tipo de datos.
En el mundo blockchain, las firmas digitales se utilizan para firmar y autorizar transacciones de criptomonedas. Son especialmente importantes para Bitcoin porque las firmas digitales garantizan que un token sólo pueda ser utilizado por alguien con la clave privada correspondiente.
Si bien llevamos años utilizando firmas electrónicas y digitales, todavía hay mucho margen de crecimiento. Hoy en día, la mayoría de los documentos oficiales todavía se basan en materiales en papel, pero a medida que más sistemas migren a lo digital, veremos más soluciones de firma digital.
