La criptografía, piedra angular de la seguridad de la información moderna, abarca una amplia gama de técnicas y herramientas diseñadas para proteger datos confidenciales contra el acceso no autorizado y la manipulación. Dentro de este fascinante campo se encuentra el concepto de hash, un método esencial empleado para garantizar la integridad y autenticación de los datos. En esta guía de Cryptopolitan, profundizamos en el propósito y los métodos del uso del hash de criptografía, explorando sus principios fundamentales, algoritmos populares y aplicaciones prácticas.
El propósito del hash en criptografía
El propósito del hash va mucho más allá de la verificación de la integridad de los datos. Los algoritmos hash sirven como herramientas versátiles con multitud de aplicaciones, cada una de las cuales contribuye al objetivo general de garantizar la seguridad y autenticidad de la información confidencial.
Verificación de la integridad de los datos
En esencia, uno de los propósitos principales del hash en criptografía es permitir una verificación eficiente y confiable de la integridad de los datos. Al generar un valor hash de longitud fija exclusivo para una entrada específica, los sistemas criptográficos pueden determinar rápidamente si los datos recibidos han sido manipulados o dañados. Al comparar el valor hash calculado con el valor esperado, los destinatarios pueden dent fácilmente cualquier modificación realizada en los datos durante la transmisión, garantizando así la integridad y confiabilidad de la información.
Almacenamiento y autenticación de contraseñas
El hashing juega un papel crucial en el almacenamiento y autenticación de contraseñas de forma segura. En lugar de almacenar contraseñas directamente, lo que plantea riesgos de seguridad inherentes, los sistemas criptográficos utilizan algoritmos hash para generar valores hash que representan las contraseñas. Cuando un usuario ingresa su contraseña para autenticación, el sistema calcula el valor hash de la contraseña ingresada y lo compara con el valor hash almacenado. Si los valores hash coinciden, la contraseña ingresada se considera válida. Este enfoque proporciona una capa adicional de seguridad, ya que incluso si una entidad no autorizada obtiene acceso a la base de datos de contraseñas, solo encontrará los valores hash, lo que hace que sea extremadamente difícil aplicar ingeniería inversa a las contraseñas originales.
Firmas digitales
Las funciones hash son fundamentales en la implementación de firmas digitales, un componente vital de las comunicaciones seguras. Las firmas digitales sirven para proporcionar integridad, autenticidad y no repudio a documentos o mensajes digitales. El proceso implica crear un valor hash del documento y cifrarlo con la clave privada del remitente. Luego, el valor hash cifrado resultante, conocido como firma digital, se adjunta al documento. Al recibir el documento, el destinatario puede verificar la integridad y autenticidad descifrando la firma digital utilizando la clave pública del remitente y comparando el valor hash resultante con el valor hash calculado dent del documento recibido. Este proceso garantiza que el documento no haya sido manipulado durante el tránsito y proporciona una prueba innegable de la dent del remitente.
Prueba de trabajo en tecnología Blockchain
El hash desempeña un papel fundamental en el mecanismo de consenso conocido como prueba de trabajo, ampliamente utilizado en blockchain , sobre todo en criptomonedas como Bitcoin . Los mineros en la red compiten para resolver acertijos matemáticos computacionalmente intensivos mediante el hash repetido de los datos de las transacciones hasta que se cumple una condición específica, a menudo basada en los ceros iniciales en la salida del hash matic Este proceso que consume mucha energía, conocido como minería, sirve para validar y agregar nuevos bloques a la cadena de bloques, asegurando la inmutabilidad e integridad del historial de transacciones. La dificultad del rompecabezas se ajusta dinámicamente para mantener una tasa constante de creación de bloques, lo que hace que sea computacionalmente costoso para los actores maliciosos manipular la cadena de bloques.
Integridad de archivos y detección de malware
Las técnicas de hash encuentran aplicaciones prácticas en la comprobación de la integridad de los archivos y la detección de malware. Al generar valores hash para archivos, como ejecutables o configuraciones del sistema, las organizaciones pueden comparar los valores hash calculados con valores hash conocidos y confiables. Si los valores hash coinciden, indica que el archivo no ha sido modificado ni manipulado. Este enfoque proporciona un medio para detectar modificaciones no autorizadas o la presencia de software malicioso. Además, el software de seguridad aprovecha firmas basadas en hash para dent malware conocido y proteger los sistemas de posibles amenazas.
Propiedades fundamentales de las funciones hash criptográficas
Las funciones hash criptográficas están diseñadas para brindar seguridad y protección a la información confidencial transformando los datos originales en un valor hash o resumen de longitud fija. Estas funciones poseen propiedades fundamentales que las hacen indispensables en diversas aplicaciones criptográficas. Comprender estas propiedades es crucial para evaluar la confiabilidad e integridad de la función hash. Exploremos las cuatro propiedades esenciales de las funciones hash criptográficas.
Resistencia a la preimagen
La propiedad de resistencia a la preimagen de las funciones hash criptográficas garantiza que, dada una salida hash, sea computacionalmente inviable determinar el mensaje de entrada original o los datos que produjeron ese valor hash en particular. En otras palabras, dada una salida hash, debería ser prácticamente imposible realizar ingeniería inversa a la entrada únicamente a partir del valor hash. Esta propiedad es esencial en aplicaciones donde la dent y el secreto del mensaje original son primordiales, como el hash de contraseñas o la creación de firmas digitales. Al mantener la resistencia previa a la imagen, las funciones hash criptográficas protegen la privacidad y la integridad de la información confidencial.
Segunda resistencia a la preimagen
La segunda resistencia a la preimagen es la propiedad que garantiza que, dado un mensaje, sea computacionalmente inviable encontrar otro mensaje que produzca el mismo valor hash. Esta propiedad es fundamental para mantener la integridad de los datos, asegurando que un atacante no pueda modificar el mensaje de entrada sin cambiar el valor hash correspondiente. En otras palabras, la resistencia a la segunda preimagen garantiza que a un atacante le resulte difícil producir dos mensajes con el mismo valor hash, lo que la convierte en una propiedad vital para la seguridad criptográfica.
Resistencia a la colisión
La resistencia a la colisión es la propiedad que garantiza que sea computacionalmente inviable encontrar dos mensajes diferentes que produzcan el mismo valor hash. Esta propiedad garantiza que sea difícil encontrar dos entradas que produzcan el mismo resultado, lo que dificulta que un atacante manipule o modifique los datos. La resistencia a colisiones garantiza la integridad y autenticidad de los datos al hacer prácticamente imposible que un atacante produzca un mensaje modificado con el mismo valor hash que el mensaje original.
Pseudoaleatoriedad
La propiedad de pseudoaleatoriedad garantiza que las salidas hash parezcan aleatorias y uniformes, aunque sean funciones deterministas. Esta propiedad garantiza que la salida hash sea impredecible y esté distribuida uniformemente en todo el espacio de salida, lo que dificulta a los atacantes dent patrones o vulnerabilidades en la función hash. La propiedad de pseudoaleatoriedad garantiza que la salida de la función hash no se vea influenciada por ningún factor externo, lo que garantiza la seguridad y la integridad de la función hash criptográfica.
Algoritmos hash populares
Las funciones hash criptográficas se implementan mediante varios algoritmos, cada uno con su propio conjunto de características y propiedades.
- MD5 (Algoritmo 5 de resumen de mensajes): MD5 es una función hash ampliamente conocida y utilizada, aunque ha quedado en gran medida obsoleta debido a vulnerabilidades que se han descubierto con el tiempo. Si bien inicialmente fue diseñado para ser un algoritmo seguro, se han encontrado colisiones (casos en los que diferentes entradas producen la misma salida hash), lo que lo hace inadecuado para aplicaciones sensibles a la seguridad.
- Familia SHA (algoritmo hash seguro): la familia SHA de funciones hash incluye varias variantes, cada una indicada por el número de bits en su salida hash. SHA-1, SHA-256 y SHA-3 se encuentran entre los miembros más utilizados de esta familia.
- SHA-1: SHA-1 es una función hash ampliamente adoptada, pero también se considera vulnerable a ataques de colisión. En consecuencia, ya no se recomienda con fines de seguridad criptográfica.
- SHA-256: SHA-256 es miembro de la serie SHA-2 y produce una salida hash de 256 bits. Se utiliza ampliamente para la verificación de la integridad de los datos, el almacenamiento de contraseñas y las firmas digitales. SHA-256 ofrece un mayor nivel de seguridad en comparación con SHA-1.
- SHA-3: SHA-3 es la última incorporación a la familia SHA y ofrece seguridad y resistencia mejoradas contra ciertos tipos de ataques. Proporciona varios tamaños de salida, incluidos SHA-3-256 y SHA-3-512.
- BLAKE2 y BLAKE3: BLAKE2 es una función hash que es más rápida que muchos otros algoritmos y al mismo tiempo mantiene un alto nivel de seguridad. Se utiliza ampliamente para sumas de verificación, derivación de claves y verificación de la integridad de los datos. BLAKE3 es una extensión de BLAKE2 que ofrece rendimiento y seguridad mejorados.
- MurmurHash: MurmurHash es una función hash no criptográfica conocida por su velocidad y eficiencia. Si bien no es adecuado para fines criptográficos, encuentra aplicación en áreas no sensibles a la seguridad, como tablas hash y estructuras de datos.
- Scrypt: Scrypt es una función de derivación de claves diseñada específicamente para ser computacionalmente intensiva, lo que la hace más resistente a los ataques de fuerza bruta. Se utiliza comúnmente para la obtención y el almacenamiento de claves basadas en contraseñas.
Estos son sólo algunos ejemplos de los numerosos algoritmos hash disponibles en el campo de la criptografía. Al elegir una función hash, es esencial considerar los requisitos de seguridad específicos de la aplicación en cuestión. La selección debe basarse en factores como la resistencia a la colisión, la resistencia a la preimagen, la velocidad y la fuerza criptográfica proporcionada por el algoritmo.
Salazón y pimienta: mejora de la seguridad de las contraseñas almacenadas
Cuando se trata de almacenar contraseñas de forma segura, simplemente cifrar las contraseñas puede no ser suficiente.
Salazón
La salazón implica agregar un valor único y generado aleatoriamente, conocido como sal, a cada contraseña antes de aplicarle hash. Luego, la sal se almacena junto con la contraseña hash. Al incorporar una sal, el hash resultante se vuelve exclusivo de la combinación de la contraseña original y la sal. Esta técnica evita que los atacantes utilicen tablas precalculadas, como tablas de arcoíris, para determinar rápidamente la contraseña original a partir del hash.
La salazón aporta varios beneficios. Mitiga la vulnerabilidad de contraseñas dent que producen el mismo valor hash, ya que diferentes sales dan como resultado hashes distintos incluso si las contraseñas son las mismas. Además, aumenta la complejidad y el esfuerzo computacional necesarios para descifrar contraseñas con hash, ya que los atacantes necesitarían generar nuevas tablas de arcoíris o calcular hashes para cada contraseña con sal de forma dent .
pimienta
La pimienta es otra técnica utilizada para reforzar la seguridad de las contraseñas, que a menudo se utiliza junto con la sal. Mientras que la salazón implica almacenar la sal junto con la contraseña, la pimienta introduce un valor secreto adicional llamado pimienta. A diferencia de la sal, que se almacena con los datos del usuario, la pimienta permanece constante y se mantiene separada de la base de datos de contraseñas. El pimiento suele ser un valor largo, aleatorio y secreto conocido sólo por el sistema.
Al aplicar hash a una contraseña, el pimiento se concatena con la contraseña y luego se aplica hash a la combinación resultante. El valor hash se almacena en la base de datos, pero el pimiento en sí no. El beneficio del peppering reside en su capa adicional de seguridad. Incluso si un atacante obtiene acceso a las contraseñas hash, aún necesitará conocimiento del pepper para descifrarlas. Esto aumenta significativamente la complejidad y el esfuerzo necesario para obtener las contraseñas originales.
La sal y la pimienta se pueden utilizar juntas para reforzar la seguridad de las contraseñas. Al aplicar ambas técnicas, cada contraseña recibe una sal única, lo que evita ataques precalculados, mientras que la pimienta adicional agrega una capa adicional de secreto, protegiendo contra el acceso no autorizado a las contraseñas incluso si la base de datos está comprometida.
Criptoanálisis y vulnerabilidades de las funciones hash
Si bien las funciones hash se utilizan ampliamente y son confiables en criptografía, no son inmunes a vulnerabilidades y ataques. Éstos son algunos de los desafíos y riesgos potenciales involucrados:
Ataques de colisión
Los ataques de colisión tienen como objetivo encontrar dos entradas diferentes que produzcan el mismo valor hash. El objetivo es explotar las propiedades matic de las funciones hash para generar colisiones, que pueden socavar la integridad y seguridad del sistema. Aunque las funciones hash modernas están diseñadas para resistir ataques de colisión, los avances en las técnicas de criptoanálisis y el aumento de la potencia computacional pueden plantear riesgos potenciales. Por lo tanto, es fundamental evaluar periódicamente la solidez y solidez de las funciones hash y mantenerse al día con los avances en la investigación criptográfica.
Ataques de extensión de longitud
Los ataques de extensión de longitud aprovechan la naturaleza determinista de las funciones hash. Estos ataques ocurren cuando un atacante, dado el valor hash de un mensaje y su longitud, puede agregar datos adicionales al mensaje sin conocer su contenido, mientras sigue produciendo un hash válido para el mensaje extendido. Esta vulnerabilidad se puede mitigar mediante el uso de funciones hash diseñadas específicamente para resistir ataques de extensión de longitud, como la familia de algoritmos SHA-3.
Tablas de arcoíris y ataques de diccionario
Las tablas Rainbow y los ataques de diccionario son técnicas utilizadas para descifrar contraseñas hash precalculando hashes para una gran cantidad de entradas posibles o usando contraseñas comunes de un diccionario. Para defenderse de estos ataques, es importante utilizar sales tron y únicas en el hash de contraseñas y emplear técnicas como la extensión de claves o funciones de derivación de claves basadas en contraseñas para ralentizar el proceso de hash, lo que hace que a los atacantes les resulte computacionalmente costoso realizar ataques de diccionario. .
Mitigación de vulnerabilidades y mejores prácticas
Para mitigar las vulnerabilidades y garantizar la seguridad de las funciones hash, es esencial cumplir con las mejores prácticas en implementaciones criptográficas. Esto incluye elegir funciones hash que sean ampliamente aceptadas, estudiadas exhaustivamente y que hayan demostrado ser resistentes a ataques conocidos. Actualizar periódicamente el software y los sistemas para incorporar los últimos parches de seguridad y algoritmos criptográficos también es fundamental para mantener un entorno seguro. Además, seguir las pautas recomendadas para la administración de claves, el almacenamiento de contraseñas y la verificación de la integridad de los datos ayuda a mitigar los riesgos potenciales asociados con las funciones hash.
Pensamientos finales
El hashing es una técnica fundamental en criptografía que sirve para múltiples propósitos, incluida la verificación de la integridad de los datos, el almacenamiento y la autenticación de contraseñas, las firmas digitales y la seguridad de blockchain. A medida que el campo de la criptografía continúa evolucionando, la investigación y los avances en curso en el diseño de funciones hash están impulsando el desarrollo de algoritmos más seguros. Es fundamental mantenerse informado sobre las últimas tendencias y novedades, así como seguir las pautas recomendadas para su implementación y uso.
