Algoritmo de clave simétrica

Los algoritmos de clave simétrica ^{[ a ]} son ​​algoritmos de criptografía que utilizan las mismas claves criptográficas tanto para el cifrado del texto plano como para el descifrado del texto cifrado . Las claves pueden ser idénticas o puede existir una simple transformación entre ellas. ^{[ 1 ]} En la práctica, las claves representan un secreto compartido entre dos o más partes que puede utilizarse para mantener un enlace de información privada. ^{[ 2 ]} El requisito de que ambas partes tengan acceso a la clave secreta es uno de los principales inconvenientes del cifrado de clave simétrica , en comparación con el cifrado de clave asimétrica (también conocido como cifrado de clave pública). ^{[ 3 ] [ 4 ]} Sin embargo, los algoritmos de cifrado de clave simétrica suelen ser mejores para el cifrado masivo. Con la excepción de la libreta de un solo uso, tienen un tamaño de clave menor, lo que significa menos espacio de almacenamiento y una transmisión más rápida. Debido a esto, el cifrado de clave asimétrica se utiliza a menudo para intercambiar la clave secreta por el cifrado de clave simétrica. ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}

El cifrado de clave simétrica puede utilizar cifrados de flujo o cifrados de bloques . ^{[ 8 ]}

Los cifrados de flujo encriptan los dígitos (normalmente bytes ) o las letras (en los cifrados de sustitución) de un mensaje uno a uno. Un ejemplo es ChaCha20 . Los cifrados de sustitución son cifrados muy conocidos, pero se pueden descifrar fácilmente utilizando una tabla de frecuencias . ^{[ 9 ]}

Los cifrados por bloques toman una cantidad de bits y los cifran en una sola unidad, rellenando el texto plano para lograr un múltiplo del tamaño del bloque. El algoritmo del Estándar de Cifrado Avanzado (AES), aprobado por el NIST en diciembre de 2001, utiliza bloques de 128 bits.

Algunos ejemplos de algoritmos populares de clave simétrica incluyen Twofish , Serpent , AES (Rijndael), Camellia , Salsa20 , ChaCha20 , Blowfish , CAST5 , Kuznyechik , RC4 , DES , 3DES , Skipjack , Safer e IDEA . ^{[ 10 ]}

Los cifrados simétricos se utilizan habitualmente para lograr otras primitivas criptográficas además del cifrado.

El cifrado de un mensaje no garantiza que permanezca inalterado durante el proceso. Por ello, a menudo se añade un código de autenticación al texto cifrado para asegurar que el receptor detecte cualquier cambio. Los códigos de autenticación pueden generarse mediante un cifrado AEAD (por ejemplo, AES-GCM ).

Sin embargo, los cifrados simétricos no pueden utilizarse para fines de no repudio excepto mediante la participación de partes adicionales. ^{[ 11 ]} Véase la norma ISO/IEC 13888-2 .

Otra aplicación consiste en construir funciones hash a partir de cifrados por bloques. Consulte la función de compresión unidireccional para obtener descripciones de varios métodos de este tipo.

Muchos cifradores de bloques modernos se basan en una construcción propuesta por Horst Feistel . La construcción de Feistel permite crear funciones invertibles a partir de otras funciones que, a su vez, no son invertibles.

Históricamente, los cifrados simétricos han sido susceptibles a ataques de texto plano conocido , ataques de texto plano elegido , criptoanálisis diferencial y criptoanálisis lineal . Una construcción cuidadosa de las funciones para cada ronda puede reducir considerablemente las probabilidades de un ataque exitoso. También es posible aumentar la longitud de la clave o el número de rondas en el proceso de cifrado para una mayor protección contra ataques. Sin embargo, esto tiende a incrementar la potencia de procesamiento y disminuir la velocidad de ejecución del proceso debido a la cantidad de operaciones que el sistema debe realizar. ^{[ 12 ]}

Most modern symmetric-key algorithms appear to be resistant to the threat of post-quantum cryptography.^[13]Quantum computers would exponentially increase the speed at which these ciphers can be decoded; notably, Grover's algorithm would take the square-root of the time traditionally required for a brute-force attack, although these vulnerabilities can be compensated for by doubling key length.^[14] For example, a 128 bit AES cipher would not be secure against such an attack as it would reduce the time required to test all possible iterations from over 10 quintillion years to about six months. By contrast, it would still take a quantum computer the same amount of time to decode a 256 bit AES cipher as it would a conventional computer to decode a 128 bit AES cipher.^[15] For this reason, AES-256 is believed to be "quantum resistant".^[16][17]

Symmetric-key algorithms require both the sender and the recipient of a message to have the same secret key. All early cryptographic systems required either the sender or the recipient to somehow receive a copy of that secret key over a physically secure channel.

Nearly all modern cryptographic systems still use symmetric-key algorithms internally to encrypt the bulk of the messages, but they eliminate the need for a physically secure channel by using Diffie–Hellman key exchange or some other public-key protocol to securely come to agreement on a fresh new secret key for each session/conversation (forward secrecy).

When used with asymmetric ciphers for key transfer, pseudorandom key generators are nearly always used to generate the symmetric cipher session keys. However, lack of randomness in those generators or in their initialization vectors is disastrous and has led to cryptanalytic breaks in the past. Therefore, it is essential that an implementation use a source of high entropy for its initialization.^[18][19][20]

A reciprocal cipher is a cipher where, just as one enters the plaintext into the cryptography system to get the ciphertext, one could enter the ciphertext into the same place in the system to get the plaintext. A reciprocal cipher is also sometimes referred as self-reciprocal cipher.^[21][22]

Prácticamente todas las máquinas de cifrado mecánico implementan un cifrado recíproco, una involución matemática sobre cada letra tecleada. En lugar de diseñar dos tipos de máquinas, una para cifrar y otra para descifrar, todas las máquinas pueden ser idénticas y configurarse (con clave) de la misma manera. ^{[ 23 ]}

Algunos ejemplos de cifrados recíprocos son:

• Atbash
• Cifrado de Beaufort ^{[ 24 ]}
• Máquina Enigma ^{[ 25 ]}
• el cifrado autorrecíproco con el que se comunicaban María Antonieta y Axel von Fersen . ^{[ 26 ]}
• el cifrado polialfabético de Porta que es autorrecíproco. ^{[ 27 ]}
• Cifrado púrpura ^{[ 28 ]}
• RC4
• ROT13
• cifrado XOR
• Cifrado Vatsyayana

La mayoría de los cifrados modernos se pueden clasificar como cifrados de flujo , la mayoría de los cuales utilizan un combinador de cifrado XOR recíproco , o como cifrados de bloques , la mayoría de los cuales utilizan un cifrado Feistel o un esquema Lai-Massey con una transformación recíproca en cada ronda.