Algoritmo de doble trinquete

En criptografía , el algoritmo Double Ratchet (anteriormente conocido como Axolotl Ratchet ^{[ 2 ] [ 3 ]} ) es un algoritmo de gestión de claves desarrollado por Trevor Perrin y Moxie Marlinspike en 2013. Puede utilizarse como parte de un protocolo criptográfico para proporcionar cifrado de extremo a extremo en la mensajería instantánea . Tras un intercambio inicial de claves, gestiona la renovación y el mantenimiento continuos de las claves de sesión de corta duración. Combina un mecanismo criptográfico denominado "trinquete" basado en el intercambio de claves Diffie-Hellman (DH) y un mecanismo basado en una función de derivación de claves (KDF), como una función hash , por lo que se denomina doble trinquete.

El algoritmo proporciona confidencialidad directa para los mensajes y renegociación implícita de las claves directas; propiedades que dan nombre al protocolo. ^{[ 4 ]}

Esto se ha extendido a partir de octubre de 2025 al Sparse Post Quantum Ratchet (SPQR) con un CRYSTALS-Kyber quantum ratchet para proporcionar garantías de seguridad post-cuántica hacia adelante y seguridad post-compromiso en lo que los autores de Signal llaman un Triple Ratchet . ^{[ 5 ]}

El algoritmo Double Ratchet fue desarrollado por Trevor Perrin y Moxie Marlinspike ( Open Whisper Systems ) en 2013 e introducido como parte del Protocolo Signal en febrero de 2014. El diseño del algoritmo Double Ratchet se basa en el trinquete DH introducido por Off-the-Record Messaging (OTR) y lo combina con un trinquete de clave simétrica modelado a partir del Protocolo de Mensajería Instantánea Silent Circle (SCIMP). El trinquete recibió inicialmente el nombre de la salamandra acuática axolotl , en peligro crítico de extinción, que posee extraordinarias capacidades de autorreparación. ^{[ 6 ]} En marzo de 2016, los desarrolladores cambiaron el nombre del Axolotl Ratchet a Double Ratchet Algorithm para diferenciarlo mejor del protocolo completo, ^{[ 3 ]} porque algunos habían usado el nombre Axolotl al referirse al Protocolo Signal. ^{[ 7 ] [ 3 ]}

El algoritmo Double Ratchet presenta propiedades que han estado disponibles durante mucho tiempo en sistemas de cifrado de extremo a extremo: cifrado del contenido durante todo el trayecto, autenticación del interlocutor remoto y protección contra la manipulación de mensajes. Como híbrido de los algoritmos DH y KDF , combina varias características deseables de ambos principios. De la mensajería OTR, hereda las propiedades de confidencialidad directa y restablecimiento automático de la confidencialidad en caso de que se vea comprometida una clave de sesión, confidencialidad directa incluso si se ve comprometida la clave principal persistente secreta y negación plausible de la autoría de los mensajes. Además, permite la renovación de la clave de sesión sin interacción con el interlocutor remoto mediante el uso de algoritmos KDF secundarios. Se realiza un paso adicional de derivación de clave para permitir la retención de las claves de sesión para mensajes fuera de orden sin poner en riesgo las claves siguientes.

Se dice que detecta la reordenación, la eliminación y la reproducción de los mensajes enviados, y mejora las propiedades de confidencialidad directa contra la interceptación pasiva en comparación con la mensajería OTR.

Combinado con la infraestructura de clave pública para la retención de claves pregeneradas de un solo uso (preclaves), permite la inicialización de sesiones de mensajería sin la presencia del par remoto ( comunicación asíncrona ). El uso del intercambio de claves Diffie-Hellman triple (3-DH) como método de intercambio de claves inicial mejora las propiedades de negación. Un ejemplo de esto es el Protocolo Signal, que combina el algoritmo Double Ratchet, preclaves y un handshake 3-DH. ^{[ 8 ]} El protocolo proporciona confidencialidad, integridad, autenticación, consistencia del participante, validación del destino, secreto hacia adelante, secreto hacia atrás (también conocido como secreto futuro), preservación de la causalidad, desvinculación de mensajes, repudio de mensajes, repudio de participación y asincronía. ^{[ 9 ]} No proporciona preservación del anonimato y requiere servidores para el reenvío de mensajes y el almacenamiento de material de clave pública. ^{[ 9 ]}

Diagrama del principio de funcionamiento

Un cliente intenta renovar la clave de sesión de forma interactiva con el interlocutor remoto mediante un algoritmo Diffie-Hellman (DH). Si esto no es posible, los clientes renuevan la clave de sesión de forma independiente mediante un algoritmo hash. Con cada mensaje, un cliente avanza uno de los dos algoritmos hash: uno para enviar y otro para recibir. Estos dos algoritmos se inicializan con un secreto común proveniente de un algoritmo DH. Al mismo tiempo, intenta aprovechar cada oportunidad para proporcionar al interlocutor remoto un nuevo valor DH público y avanzar el algoritmo DH cada vez que recibe un nuevo valor DH del interlocutor remoto. Tan pronto como se establece un nuevo secreto común, se inicializa un nuevo algoritmo hash.

Como primitivas criptográficas, el algoritmo Double Ratchet utiliza

para el trinquete DH

Curva elíptica Diffie-Hellman (ECDH) con Curve25519 ,

para códigos de autenticación de mensajes (MAC, autenticación)

Código de autenticación de mensajes hash con clave (HMAC) basado en SHA-256 ,

para cifrado simétrico

el Estándar de Cifrado Avanzado (AES), parcialmente en modo de encadenamiento de bloques de cifrado (CBC) con relleno según PKCS  #5 y parcialmente en modo de contador (CTR) sin relleno,

para el trinquete de hash

HMAC. ^{[ 10 ]}

A continuación se presenta una lista de aplicaciones que utilizan el algoritmo de doble trinquete o una implementación personalizada del mismo.

• Especificación de Open Whisper Systems
• " Trincheo criptográfico avanzado ", descripción abstracta de Moxie Marlinspike
• Olm : Implementación en C++ bajo la licencia Apache 2.0.
• Vodozemac : Implementación en Rust de la variante Olm, bajo la licencia Apache 2.0.
• Algoritmo de doble trinquete: El juego de ping-pong que cifra Signal y WhatsApp en YouTube (exposición)