Una firma digital es un mecanismo criptográfico que se utiliza para verificar la autenticidad e integridad de los datos digitales. Podemos considerarlo como una versión digital de las firmas manuscritas habituales, pero con un mayor nivel de sofisticación y seguridad.
En términos simples, podemos describir una firma digital como un código adjunto a un mensaje o documento. Una vez generado, actúa como prueba de que el mensaje no ha sido manipulado a lo largo de su recorrido desde el remitente hasta el destinatario.
El concepto de proteger los canales de comunicación mediante criptografía se remonta a la antigüedad, y los sistemas firmados digitalmente no surgieron hasta la década de 1970 con el desarrollo de la criptografía de clave pública. Por este motivo, para aprender cómo funciona una firma digital, primero debemos comprender los conceptos básicos de las funciones hash y la criptografía de clave pública.
Funciones hash
El hash es uno de los elementos principales de un sistema de firma digital. El proceso de hash implica convertir datos de cualquier tamaño en una salida de un formato específico. Esto se hace mediante un tipo especial de algoritmo, también conocido como funciones hash. Los datos de salida generados por una función hash se denominan hash o resumen de mensaje.
Cuando se combinan con la criptografía, las llamadas funciones hash criptográficas se pueden utilizar para generar un hash (resumen) que actúa como un identificador digital único. Esto significa que cualquier cambio en la entrada (mensaje) da como resultado una salida (hash) completamente diferente. Por este motivo, las funciones hash criptográficas son una herramienta popular para verificar la autenticidad de los datos digitales.
Criptografía de clave pública (PKC)
La criptografía de clave pública o PKC (del inglés Public-key cryptography) se refiere a un sistema criptográfico que utiliza un par de claves públicas (public) y privadas (private). Las dos claves relacionadas matemáticamente se pueden utilizar tanto para cifrar datos como para crear una firma digital.
Como herramienta de cifrado, PKC es más segura que su contraparte simétrica. Si bien estos sistemas heredados utilizan la misma clave para cifrar y descifrar información, PKC le permite cifrar datos utilizando una clave pública y descifrarlos únicamente utilizando la clave privada correspondiente.
Además, la criptografía de clave pública se puede utilizar para generar firmas digitales. En esencia, este proceso consiste en codificar un mensaje (o datos digitales) junto con la clave privada del firmante. El destinatario del mensaje podrá entonces verificar la validez de la firma utilizando la clave pública proporcionada por el firmante.
En algunas implementaciones posibles, las firmas digitales pueden incluir cifrado, lo que significa que esta funcionalidad no funciona de forma continua. Por ejemplo, la cadena de bloques de Bitcoin también utiliza criptografía de clave pública y firmas digitales, pero contrariamente a la creencia popular, no hay cifrado en sus procesos. Desde un punto de vista técnico, Bitcoin utiliza el llamado algoritmo de firma digital de curva elíptica (ECDSA) para autenticar sus transacciones.
Cómo funciona una firma digital
En el contexto de las criptomonedas, un sistema de firma digital suele constar de tres etapas principales: el hash, el proceso de firma en sí y su verificación.
Hashing de datos
El primer paso es codificar el mensaje o los datos digitales. Esto se hace procesando la información utilizando un algoritmo de hash para generar el propio hash (resumen del mensaje). Como se mencionó anteriormente, los mensajes pueden variar mucho en tamaño, pero una vez procesados, todos los hashes tendrán la misma longitud. Esta es una de las propiedades más básicas de una función hash.
Sin embargo, el hash de los datos no es un requisito para crear una firma digital, ya que en su lugar se puede utilizar una clave privada para firmar el mensaje. Pero cuando se trata de criptomonedas, los datos siempre están codificados, ya que trabajar con resúmenes de longitud fija simplifica todo el proceso de procesamiento de la información.
Firma
Una vez que los datos han sido procesados, el remitente del mensaje debe firmarlos, y aquí es donde entra en juego la criptografía de clave pública. Existen varios tipos de algoritmos de firma digital, cada uno de los cuales tiene su propio mecanismo único. Pero el mensaje hash se firmará en cualquier caso con la clave privada, y el destinatario podrá verificar su autenticidad utilizando la clave pública correspondiente (proporcionada por el firmante).
Es decir, si no se incluye la clave privada al crear la firma, el destinatario del mensaje no podrá utilizar la clave pública correspondiente para verificar su validez. Dado que las claves pública y privada las genera el remitente del mensaje, solo la clave pública se comparte con el destinatario.
Vale la pena señalar que las firmas digitales están directamente relacionadas con el contenido de cada mensaje. Entonces, a diferencia de las firmas manuscritas, que generalmente son las mismas independientemente del contexto del documento, cada mensaje firmado digitalmente tendrá una identificación de firma digital completamente diferente.
Comprobación
Veamos esto con un ejemplo para ilustrar mejor todo el proceso hasta el último paso: la verificación del contenido. Imagine que Alice le escribe un mensaje a Bob, lo codifica y luego combina el hash con su clave privada para crear una firma digital. En este caso, la firma actúa como identificador digital único de este mensaje en particular.
Cuando Bob recibe el mensaje, puede verificar la firma digital utilizando la clave pública proporcionada por Alice. De esta manera, Bob puede verificar que la firma fue creada por ella, ya que ella es la única que posee la clave privada correspondiente (al menos debería ser así).
Por esta razón, es extremadamente importante que Alice mantenga en secreto su clave privada. Si otra persona toma posesión de su clave privada, podrá crear firmas digitales y realizar transacciones en su nombre. En el contexto de la primera criptomoneda, esta situación significa que alguien puede mover o gastar los Bitcoins de Alice sin su permiso.
¿Por qué son importantes las firmas digitales?
Básicamente, las firmas digitales están diseñadas para lograr tres resultados: integridad de los datos, autenticación y no repudio.
Integridad de los datos. Bob puede verificar que el mensaje de Alice no ha cambiado en el camino. La consecuencia de cualquier cambio en el mensaje será la generación de una firma completamente diferente.
Autenticación. Mientras la clave privada de Alice se mantenga en secreto, Bob puede usar su clave pública para verificar que las firmas digitales fueron creadas por Alice y nadie más.
No repudio. Una vez generada la firma, Alice no podrá negar su relación con ella en el futuro a menos que su clave privada se haya visto comprometida de alguna manera.
Casos de uso
Las firmas digitales se pueden aplicar a varios tipos de documentos y certificados digitales. Por lo que tienen varios usos, algunos de los casos de uso más comunes incluyen:
Tecnologías de la información. Mejora de la seguridad de los sistemas de comunicación por Internet.
Finanzas. Implementación en auditorías, informes de gastos, contratos de préstamo y muchos otros documentos financieros.
Asuntos legales. Uso en todo tipo de contratos comerciales y acuerdos legales, incluidos documentos gubernamentales.
Cuidado de la salud. Prevención del fraude de recetas y registros médicos.
Cadena de bloques. El sistema de firma digital garantiza que sólo los propietarios legítimos de la criptomoneda puedan firmar una transacción para una mayor transferencia de fondos (a menos que la clave privada del propietario haya sido comprometida).
Defectos
Los principales problemas que puede encontrar esta tecnología dependen de al menos tres componentes:
Algoritmo. La calidad de los algoritmos utilizados para generar una firma digital es sumamente importante. Esto incluye elegir funciones hash y sistemas criptográficos potentes.
Implementación. Si los algoritmos funcionan correctamente y la integración de la tecnología de firma digital no ha sido del todo exitosa, lo más probable es que el sistema adolezca de una serie de deficiencias.
Llave privada. Si las claves privadas se filtran o se ven comprometidas por algún motivo, las propiedades de autenticación y no repudio quedarán invalidadas. Para los usuarios de criptomonedas, perder su clave privada puede provocar pérdidas financieras importantes.
Firma electrónica vs digital
En términos simples, las firmas digitales se refieren a un tipo específico de firma electrónica, así como a cualquier método de firma electrónica de documentos y mensajes. Así, todas las firmas digitales son un subtipo de las electrónicas, pero en orden inverso esta expresión no siempre será correcta.
La principal diferencia entre ellos es el método de autenticación. Las firmas digitales utilizan sistemas criptográficos como funciones hash, criptografía de clave pública y técnicas de cifrado.
Conclusión
Las funciones hash y la criptografía de clave pública son la base de los sistemas de firma digital, que ahora son adecuados para una amplia gama de aplicaciones. Cuando se implementan correctamente, las firmas digitales pueden mejorar la seguridad, garantizar la integridad y facilitar la autenticación de todo tipo de datos digitales.
En el campo de las tecnologías blockchain, las firmas digitales se utilizan para autorizar y firmar transacciones de criptomonedas. Esta tecnología es especialmente importante cuando se trata de bitcoins, ya que las firmas actúan como garantía de que las monedas sólo pueden ser gastadas por quienes poseen las claves privadas correspondientes.
Aunque llevamos años utilizando firmas electrónicas y digitales, todavía tienen margen de mejora. Gran parte de la burocracia actual todavía se basa en papel, pero es probable que veamos una mayor adopción de firmas digitales a medida que avancemos hacia más sistemas de procesamiento de datos digitales.
