Criptosistema híbrido

En criptografía , un criptosistema híbrido es aquel que combina la conveniencia de un criptosistema de clave pública con la eficiencia de un criptosistema de clave simétrica . ^{[ 1 ]} Los criptosistemas de clave pública son convenientes porque no requieren que el emisor y el receptor compartan un secreto común para comunicarse de forma segura. ^{[ 2 ]} Sin embargo, a menudo se basan en cálculos matemáticos complejos y, por lo tanto, suelen ser mucho menos eficientes que los criptosistemas de clave simétrica comparables. En muchas aplicaciones, el alto costo de cifrar mensajes largos en un criptosistema de clave pública puede ser prohibitivo. Esto se soluciona con sistemas híbridos que utilizan una combinación de ambos. ^{[ 3 ]}

Se puede construir un criptosistema híbrido utilizando cualesquiera dos criptosistemas separados:

• un mecanismo de encapsulación de clave , que es un criptosistema de clave pública.
• un esquema de encapsulación de datos , que es un criptosistema de clave simétrica.

El criptosistema híbrido es en sí mismo un sistema de clave pública, cuyas claves pública y privada son las mismas que en el esquema de encapsulación de claves. ^{[ 4 ]}

Cabe señalar que, para mensajes muy largos, la mayor parte del trabajo de cifrado/descifrado se realiza mediante el esquema de clave simétrica, más eficiente, mientras que el esquema de clave pública, menos eficiente, se utiliza únicamente para cifrar/descifrar un valor de clave corto. ^{[ 3 ]}

Todas las implementaciones prácticas de criptografía de clave pública actuales emplean un sistema híbrido. Algunos ejemplos son el protocolo TLS ^{[ 5 ]} y el protocolo SSH ^{[ 6 ]} , que utilizan un mecanismo de clave pública para el intercambio de claves (como Diffie-Hellman ) y un mecanismo de clave simétrica para la encapsulación de datos (como AES ). El formato de archivo OpenPGP ^{[ 7 ]} y el formato de archivo PKCS#7 ^{[ 8 ]} son ​​otros ejemplos.

El cifrado híbrido de clave pública (HPKE, publicado como RFC 9180 ) es un estándar moderno para el cifrado híbrido genérico. HPKE se utiliza en varios protocolos IETF, incluidos Messaging Layer Security (MLS) , Oblivious DNS over HTTPS , Oblivious HTTP , Privacy Preserving Measurement y TLS Encrypted Client Hello . ^{[ 9 ]}

El cifrado de sobre es un ejemplo del uso de criptosistemas híbridos en la computación en la nube . En un contexto de nube, los criptosistemas híbridos también permiten la gestión centralizada de claves . ^{[ 10 ] [ 11 ]}

Para cifrar un mensaje dirigido a Alice en un criptosistema híbrido, Bob hace lo siguiente:

1. Obtiene la clave pública de Alice.
2. Genera una nueva clave simétrica para el esquema de encapsulación de datos.
3. Encripta el mensaje bajo el esquema de encapsulación de datos, utilizando la clave simétrica recién generada.
4. Cifra la clave simétrica bajo el esquema de encapsulación de claves, utilizando la clave pública de Alice.
5. Envía ambos textos cifrados a Alice.

Para descifrar este texto cifrado híbrido, Alice hace lo siguiente:

1. Utiliza su clave privada para descifrar la clave simétrica contenida en el segmento de encapsulación de clave.
2. Utiliza esta clave simétrica para descifrar el mensaje contenido en el segmento de encapsulación de datos. ^{[ 12 ] [ 1 ]}

Si tanto el esquema de encapsulación de claves como el de encapsulación de datos en un criptosistema híbrido son seguros contra ataques adaptativos de texto cifrado elegido , entonces el esquema híbrido hereda también esa propiedad. ^{[ 4 ]} Sin embargo, es posible construir un esquema híbrido seguro contra ataques adaptativos de texto cifrado elegido incluso si la encapsulación de claves tiene una definición de seguridad ligeramente debilitada (aunque la seguridad de la encapsulación de datos debe ser ligeramente más fuerte). ^{[ 13 ]}

El cifrado de sobre es un término utilizado para el cifrado con un criptosistema híbrido utilizado por todos los principales proveedores de servicios en la nube , ^{[ 10 ]} a menudo como parte de un sistema centralizado de gestión de claves en la computación en la nube. ^{[ 14 ]}

El cifrado de sobre asigna nombres a las claves utilizadas en el cifrado híbrido: Claves de Cifrado de Datos (abreviadas DEK, utilizadas para cifrar datos) y Claves de Cifrado de Clave (abreviadas KEK, utilizadas para cifrar las DEK). En un entorno de nube, el cifrado con cifrado de sobre implica generar una DEK localmente, cifrar los datos con la DEK y, a continuación, solicitar que se envuelva (cifre) la DEK con una KEK almacenada en un servicio potencialmente más seguro . Esta DEK envuelta y el mensaje cifrado constituyen el texto cifrado del esquema. Para descifrar el texto cifrado, la DEK envuelta se desenvuelve (descifra) mediante una llamada a un servicio, y la DEK desenvuelta se utiliza para descifrar el mensaje cifrado. ^{[ 11 ]} Además de las ventajas habituales de un criptosistema híbrido, el uso de cifrado asimétrico para la KEK en un contexto de nube facilita la gestión de claves y la separación de roles, aunque puede ser más lento. ^{[ 14 ]}

En sistemas en la nube, como Google Cloud Platform y Amazon Web Services , un sistema de gestión de claves (KMS) puede estar disponible como servicio. ^{[ 14 ] [ 11 ] [ 15 ]} En algunos casos, el sistema de gestión de claves almacenará las claves en módulos de seguridad de hardware , que son sistemas de hardware que protegen las claves con características de hardware como la resistencia a intrusiones. ^{[ 16 ]} Esto significa que las KEK también pueden ser más seguras porque se almacenan en hardware especializado seguro. ^{[ 14 ]} El cifrado de sobre facilita la gestión centralizada de claves porque un sistema de gestión de claves centralizado solo necesita almacenar KEK, que ocupan menos espacio, y las solicitudes al KMS solo implican el envío de DEK envueltas y desenvueltas, que utilizan menos ancho de banda que la transmisión de mensajes completos. Dado que una KEK se puede usar para cifrar muchas DEK, esto también permite que se utilice menos espacio de almacenamiento en el KMS. Esto también permite la auditoría centralizada y el control de acceso en un único punto de acceso. ^{[ 11 ]}

• Seguridad de la capa de transporte
• Concha segura
• Mecanismo de encapsulación de claves