Aplicabilidad de Algoritmos Criptográficos en firmas electrónicas en Ecuador

Applicability of Cryptographic Algorithms in Electronic Signatures in Ecuador

David Galarza G.¹ Alexis Taco C.¹ Viviana Flores C.¹ José Sancho.¹

¹ Instituto Tecnológico Superior Quito Metropolitano. Carán N3-195 y Calle B (Nueva Tola 2) Quito, Ecuador., dgalarza@itsqmet.edu.ec, agtaco@itsqmet.edu.ec ,vflores@itsqmet.edu.ec, jsancho@itsqmet.edu.ec

ÉLITE 2019, VOL. (1). NÚM. (2)

ISSN: 2600-5875

Recibido: 12/05/2019 Revisado:15/06/2019 Aceptado: 04/08/2019 Publicado: 05/09/2019

RESUMEN:

En esta era digital; en la cual, desde la información personal hasta claves bancarias, pueden caer en manos de entidades o personas que atenten contra nuestra integridad para su propio beneficio, nace la necesidad de protección desde el sentido in- formático. En este contexto, la criptografía ofrece la oportuni- dad de cifrar todo nivel de data, para que esta se vea protegida ante ataques cibernéticos. Las empresas públicas de toda Lati- noamérica, específicamente entidades bancarias, han optado por varios métodos de cifrado criptográfico, brindando a sus usuarios la facilidad de contar con una firma electrónica. El presente artículo introduce al lector en la teoría de los algorit- mos criptográficos; además, presenta un análisis de cómo di- chos algoritmos son utilizados en el desarrollo de firmas elec- trónicas. Se busca de esta manera, determinar cuál es el método de cifrado que mejor se acopla a las necesidades de las empre- sas ecuatorianas, exponiendo ventajas y desventajas de cada uno los algoritmos matemáticos expuestos.

Palabras clave: criptografía, firmas electrónicas, AES, DES, RSA, CIA, algoritmos.

ABSTRACT:

In this digital age, which personnel information to bank codes, can fall into the hands of entities or people that may threat our integrity for their own benefit, the need arises to protect such in- formation. In this context, cryptography offers the opportunity to encrypt such information, so that it can be protected against cyber-attacks. Public companies throughout Latin America, specifically banks, have opted for various cryptographic encryption methods, giving their users the facility to retail an electronic signature. This article introduces the reader to the theory of cryptographic algorithms, an analysis of how these algorithms are used in electronic signatu- res, to tabulate and evidence the standards and algorithms that are mostly used. With this pre- vious analysis, we can define the applicability of these cryptographic standards in electronic sig- natures of Ecuador. With this, it is possible to determine the best encryption method that mat- ches the needs of Ecuadorian companies, expo- sing advantages and disadvantages of each mat- hematical algorithm showed in this document, in order to enrich the utility of electronic signatures or digital certificates, imposing the incorporati- on of cryptographic algorithms.

Keywords: Cryptography, electronic signatures, AES, DES, RSA, CIA, algorithms.

INTRODUCCIÓN:

La seguridad en los sistemas de información representa no solo un reto, o un desafío, sino un componente fundamental a ser incluido en los requerimientos, y especificaciones de requisi- tos, como un factor indispensable a considerar- se siempre para el análisis, diseño, construcción e implementación en modelos de solución de seguridad informática.

El objetivo principal es garantizar los tres pila- res fundamentales de la seguridad informática, los cuales son: confidencialidad, integridad y disponibilidad (CIA) con el objetivo de asegu- rar el proceso de firmar documentos electróni- cos. Dicha información digital firmada tiene la misma validez que un ¡a firma en papel duro o físico, por lo que es indispensable aplicar crite- rios de seguridad informática en las firmas elec- trónicas, empezando por el algoritmo de encrip- tación que estas utilizan. Los criterios jurídicos aplicados a las rubricas digitales, dependen de la política gubernamental de cada país.

A continuación, se realiza un estudio referente a la aplicabilidad de algoritmos criptográficos en firmas electrónicas en Ecuador.

ESTADO DEL ARTE:

En el Ecuador, la firma electrónica tiene inicio en el año 2002 mediante la socialización de la Ley de Comercio Electrónico, Firmas Electró- nicas y Mensajes de Datos, la cual revela que la rúbrica digital tiene igual validez que una ma- nuscrita. La entidad oficial para la certificación de este procedimiento es el Consejo Nacional de Telecomunicaciones.

La generación del par de claves de la Autori- dad de Certificación Raíz y Subordinada, se generan mediante módulos criptográficos Hardware Security Module PKCS#11 (define una interfaz de programación independiente de la tecnología, llamada Cryptoki, para dis- positivos criptográficos como tarjetas inteli- gentes y tarjetas PCMCIA) y cumple con los requisitos establecidos para la protección de dispositivos seguros. Para la Autoridad de Certificación de acuerdo con Common Crite- ria y FIPS 140-2 nivel 3 o un nivel superior de seguridad. Para el almacenamiento de la clave en el token se utilizará FIPS 140-2 nivel 2 o nivel 3 y, para los certificados emitidos en dispositivos criptográficos se aplicará el es- tándar FIPS 1 nivel 2 o superior (Banco Cen- tral del Ecuador, 2013). Steven Marqués reve- la una vulnerabilidad encontrada y publicada en el código abierto de FIPS propio de OpenSSL (Lie, D. 2018). Por lo que hace que este estándar de cifrado presente un riesgo alto al implementarlo en firmas electrónicas en Ecuador.

Los ataques más comunes relacionados con vulnerabilidades en algoritmos hash, como Cryptoki, utilizados para encriptar firmas electrónicas en Ecuador son:

· Ataque de cumpleaños

· Ataque de mensaje sin sentido

· Ataque de mensaje con sentido

De acuerdo a lo descrito, la firma electrónica reemplaza a la firma manuscrita, por lo que, la pérdida o robo de una de estas, deriva en pro- blemas judiciales y financieros de bajo, me- diano o alto riesgo.

MARCO CONCEPTUAL:

Criptografía.

Es la técnica utilizada para cifrar información, utilizando claves o procedimientos basados en algoritmos matemáticos, con la finalidad de que este mensaje cifrado únicamente sea des- cifrado y entendido por quienes tienen la lla- ve, a pesar de que sea una entidad pública. (Taranilla de la Varga, C. 2018).

Estándares Criptográficos. Fips 140-2

Es un estándar de seguridad informática para garantizar y acreditar módulos criptográficos, creado por el gobierno de los estados unidos específicamente por la NIST. Posteriormente, se incorporó al estándar en el reconocido OpenSSL para acceso y manipulación de or- denadores a través de consolas y terminales. (Schnieder, E., & Tarnai, G. 2011).

El estándar ofrece, entre otras características, criterios o niveles de seguridad qué garantizan el cumplimiento o balanceo del CIA. La im- plementación de estos niveles depende direc- tamente del rendimiento estimado desde la perspectiva del qué lo utiliza. Acontinuación se muestran los detalles por nivel en la tabla 1 (FIPS Validation - MOVEit & WS FTP Ser- ver, 2018).

Tabla 1: Niveles del estándar FIPS 140-2. (Elaboración propia)

Common criteria

Intenta alinear los criterios acerca de seguridad de productos de software utilizados en todo el mundo con la finalidad de estandarizar la eva- luación de seguridad en múltiples países. (Herrmann, D. 2013).

Algoritmos criptográficos Des

Metodología para cifrar información basado en el estándar FIPS en los estados unidos. Fue di- señado y desarrollado en 1977. (Hankerson, D., Vanstone, S., & Menezes, A. 2009).

La figura 1 muestra la forma algorítmica en la cual se fundamenta DES para encriptar la infor- mación que sirve de insumo en el proceso crip- tográfico. (Blakely & Chaum, 2013).

Figura 1: Algoritmo general DES. (Stallings, 2012)

A continuación, se presenta en la figura dos el al- goritmo matemático qué utiliza DES para encriptar información. Los insumos necesarios son: la clave y los datos de entrada. (Blakely & Chaum, 2013)

Figura 2: Función matemática para encriptación DES. (Stallings, 2012)

AES

También es conocido como Rijndael, es un algoritmo de cifrado por bloques. Es actual- mente el algoritmo más utilizado debido a su capacidad de blindar bajo bloques temáticos a la información. (Hankerson, D., Vanstone, S., & Menezes, A. 2009).

Para el proceso de encriptación de AES es ne- cesario el texto plano y la llave como se puede visualizar en la figura 3. (Daemen & Rijmen, 2011).

Esta llave debe ser distribuida considerando que el portador tendrá la capacidad legal de acceder a la información qué ha sido cifrada, por tanto, para la socialización de la llave se deben considerar incorporar algoritmos qué garanticen la confidencialidad e la misma.

Figura   3:    Proceso    de     encripta- ción AES. (Stallings, 2012)

La figura 4, presenta el proceso algorítmico inherente a AES, imperioso para realizar en- criptacion y desencriptacion de datos. (Daemen & Rijmen, 2011).

La llave generada es utilizada tanto para en- criptar como para desencriptar el texto plano, por lo que es sumamente necesario incorporar criterios de seguridad tanto para la creacion, distribucion y utilizacion de esta llave, con la finalidad de garantizar el cumplimiento con los principios del CIA: confidencialidad, inte- gridad y disponibilidad por parte del proceso (Daemen & Rijmen, 2011).

Figura 4: Encriptacion y desencriptacion AES. (Stallings, 2012)

RSA

Es un sistema de criptografía diseñado y desa- rrollado en 1979. Fue el primer algoritmo en ser utilizado para la encriptación de información. AES es su sucesor por excelencia, ya que brinda rendimiento exponencial respecto a RSA. (Hankerson, D., Vanstone, S., & Menezes, A. 2009).

El algoritmo RSA es un bloque cifrado que tra- duce texto plano a texto cifrado para lo cual ha- ce uso de un rango de enteros entre 0 y n-1, al- goritmo implementado para cualquier n. (Stallings, 2012).

Los tamaños típicos de n se encuentran entre 1024 bits o 309 dígitos decimales. Por tanto, n es menor que 2^1024. (Stallings, 2012).

El criterio matemático inherente de RSA hace qué el algoritmo garantice la seguridad en su totalidad, lo que genera bajo rendimiento en tér- minos de agilidad tecnológica. (Abraham, 2012).

A continuación, se presenta el algoritmo RSA en la figura 5:

Figura 5: Algoritmo RSA. (Stallings, 2012)

HASH

Hace referencia a un algoritmo matemático que transforma y traduce cualquier bloque aleatorio de datos en una porción cifrada de un tamaño específico, siempre de 160 bits. Es la huella di- gital de cualquier documento o información di- gital sin importar su tamaño. (Hankerson, D., Vanstone, S., & Menezes, A. 2009).

SHA1 - SHA2

Secure Hash Algorithm, es el sucesor de hash, cumpliendo el mismo objetivo. Sin embargo, el nivel de seguridad es mucho más grande que su antecesor. (Hankerson, D., Vanstone, S., & Me- nezes, A. 2009).

PKCS

Es un grupo de estándares de criptografía que desarrollan e incorporan claves públicas, con la finalidad de socializarlas con la característica de que solo pueden ser utilizados en metadatos fa- bricados a partir de su llave privada. (Hankerson, D., Vanstone, S., & Menezes, A. 2009).

Firmas digitales

Se entiende por firma digital a un esquema ma- temático que tiene por objetivo demostrar la au- tenticidad de un mensaje digital o un documento electrónico. (Hermes, I. 2016).

Firmas electrónicas

Una firma electrónica certifica la vinculación de la rúbrica electrónica con una persona determi- nada. Equivale directamente a una firma manus- crita, ya que tiene la misma validez legal, jurídi- ca y procedimental según la Ley de Comercio Electrónico. (Registro Civil. 2019).

Aplicación de criptografía en firmas elec- trónicas en América Latina

Cifrado simétrico.

Una de las primeras y más utilizadas formas de cifrado es la criptografía simétrica, también conocida como cifrado convencional o de cla- ve pública. Uno de los más utilizados métodos de cifrado simétrico es el AES, método que se explicará a continuación.

Según (Stallings, 2012) un modelo de cifrado simétrico contiene los siguientes 5 ingredien- tes:

· Mensaje de entrada: Texto sin formato que se ingresa en el algoritmo de encrip- tación.

· Algoritmo de encriptado: Serie de pasos lógicos que realizan el cifrado del men- saje de entrada.

· Clave secreta K: es un valor indepen- diente al mensaje de entrada y al algorit- mo. El algoritmo producirá una salida distinta dependiendo de la clave especí- fica que se utiliza en ese momento.

· Mensaje transmitido: Es el mensaje co- dificado que depende del mensaje de entrada y de la clave secreta “K”,

La figura 6 muestra el proceso de encriptación simétrico, el cual está compuesto por una cla- ve secreta compartida entre el remitente y el destinatario, y un algoritmo de encriptado pa- ra cifrar y descifrar el mensaje. En este caso, la clave de cifrado y de encriptación es la mis- ma, característica propia del cifrado simétrico.

Figura 6: Modelo simplificado de cifrado si- métrico. (Stallings, 2012)

Este criterio criptográfico es aplicado en fir- mas electrónicas basándose en los algoritmos RSA, DSA y ECDSA, los cuales presentan en su arquitectura un complejo problema mate- mático relacionado con números primos y cur- vas elípticas con la finalidad de garantizar el nivel de seguridad qué se incorpora en las fir- mas electrónicas. (Stallings, 2012).

Por tanto, se presenta a continuación los algo- ritmos criptográficos utilizados en la región de américa latina:

En la Argentina, la firma electrónica se apo- ya en estándares tecnológicos definidos admi- nistrados por la oficina de Tecnologías de In- formación y sus componentes son (Rivolta, 2010):

· Protocolos qué brindan facilidades de acceso a las llaves públicas por parte de los usuarios.

· Estándares de encriptación y para algo- ritmos hash.

· Estándares para la creación segura de llaves compartidas.

El estándar utilizado es el X.509 versión 3, mientras que el estándar criptográfico utiliza- do en firmas electrónicas de la República de la Argentina es FIPS 140-2 nivel 3.

En Brasil, la firma electrónica se base en una infraestructura de clave pública emitida y ad- ministrada por el Instituto de tecnologías de Brasil (ITI). Con la finalidad de cumplir los lineamientos normados por el ITI, la firma electrónica adopta los siguientes estándares (Magioli Nuñez, 2013):

· FIPS 140-1 o su equivalente.

· FIPS 140-1 nivel 2, orientado a cadenas de certificados V0.

· FIPS 140-2 nivel 2 para cadenas de acreditación V1.

· FIPS 140-2 nivel 3 para cadenas de cer- tificados V2 y V3 utilizando el algorit- mo ECDSA o RSA.

En Bolivia, la firma electrónica se encuentra reglamentada por la ley de Telecomunicacio- nes, Tecnologías de Información y comunica- ción del país, en la cual establece, al igual que en el resto de países, la normativa que deberán cumplir las entidades emisoras del certificado digital.

Los estándares aplicados son los siguientes (González Cruz, 2005):

· RFC5280, en el cual se definen los for- matos X.509 versión 2 y 3.

· FIPS 140-2 para la gestión de seguridad de la firma electrónica.

En Chile, las firmas electrónicas están norma- das y reguladas desde el 2002 y se dividen en simple y avanzada.

La firma electrónica avanzada en la que per- mite firmar documentos garantizando su vali- dez legal certificado por un PKI.

Esta es la principal diferencia con la firma sim- ple. Por tanto, la avanzada cumple con estrictos criterios de seguridad por lo que incorpora los siguientes estándares (Ministerio Secretaría Ge- neral de la Presidencia. Proyecto Reforma y Modernización del Estado, 2013):

· FIPS 140-2 nivel 2 para administrar lla- ves criptográficas.

· Common criteria EAL 3.

En Colombia, la firma electrónica está basada en la Ley modelo de la Comisión de la Nacio- nes Unidas para el Derecho Mercantil Interna- cional CNUDMI y adaptada a la ley colombiana la cual supervisa qué la llave pública y certifica- dos digitales deben cumplir con los siguientes criterios (Rojas López, Suarez Botero, & Mene- ses Durango, 2011):

· Certificado FIPS 140-2 nivel 3 o supe- rior

· Clave RSA 2048 o superior.

En Paraguay, las firmas electrónicas están su- pervisadas por el Ministerio de Industria y Co- mercio, Subsecretaria de Estado de Comercio de la República de Paraguay por lo que, el certi- ficado digital, debe cumplir con (Secretaría per- manente del SELA, 2012):

· Estándar FIPS 140-2 nivel 3 para módu- los criptográficos.

· Estándar FIPS 140-2 nivel 2 para certifi- cados firmados digitalmente por personas.

En Perú, el Instituto Nacional de Defensa de la Competencia y la Protección de la Propiedad Intelectual es la entidad encargada de la regula- ción de la firma electrónica en el país, la cual

establece que se debe cumplir como mínimo (Registro Nacional de identificación y estado civil, 2013):

· El estándar FIPS 140-1 nivel 3 o Common Criteria EAL4 para la transacción de certificados.

· Para la gestión de certificados se utiliza FIPS 140-2 nivel 3 y Common Crite- ria EAL4+.

En Uruguay, la unidad certificadora es la Agencia para el desarrollo del Gobierno de Gestión Electrónica y la Sociedad de la Infor- mación y el Conocimiento (AGESIC) qué se alinea directamente con los objetivos de la Presidencia de la República. Las firmas elec- trónicas deben cumplir con los siguientes cri- terios para garantizar la seguridad en la transacción de información (Correo Urugua- yo, 2011):

· ITSEC

· FIPS 140-1 nivel 3

· Common Criteria

Finalmente, en Venezuela, la entidad regula- dora de emisores de certificados digitales es la Superintendencia de Servicios de Certificados Electrónicos que garantiza el cumplimiento con la normativa vigente en el país con res- pecto a la firma electrónica la cual aplica los estándares (Arcila, C., & De la Barra, R., 2009):

· ETSI TS 102 042

· FIPS 140-2

A continuación, la tabla 2 presenta un resu-

men de los estándares criptográficos utiliza-

dos en los países de Latinoamérica.

Tabla 2: Estándares y algoritmos por país de América Latina exceptuando a Ecuador. (Elaboración propia).

El estándar y el algoritmo más comúnmente utilizado para firmas electrónicas en los países de la región es.

· Estándar FIPS 140-2.

· Algoritmo RSA.

Aplicación de estándares criptográficos en firmas electrónicas en Ecuador

En la actualidad, el ente regulador de la emi- sión de certificados digitales es el Banco Cen- tral, el cual tuvo inicio en el año 2002 de acuerdo con la ley de Comercio Electronico, Firmas Electronicas y Mensajeria de Datos. (Banco Central del Ecuador, 2013)

Los módulos criptográficos, estándares y al- goritmos qué actualmente se utilizan en Ecua- dor para la firma electrónica, son (Banco Cen- tral del Ecuador, 2013):

· Módulo de Seguridad de Hardware PKCS#11

· FIPS 140-2 nivel 3 o superior

· Common Criteria

· FIPS 140-2 nivel 2 .

· FIPS 1 nivel 2

Debido a que la firma electrónica ecuatoriana está basada en el estándar FIPS 140-2 y este, a su vez, en el algoritmo criptográfico RSA se presenta la siguiente tabla (tabla 3) ventajas y desventajas que se obtiene de aplicar AES, teniendo en cuenta que este algoritmo es ma- temáticamente más ligero, lo que proporciona un alto criterio en rendimiento.

Tabla 3: Ventajas y desventajas del algoritmo AES. (Elaboración propia)

RSA es un algoritmo bastante robusto, sin em- bargo, de bajo rendimiento en cuestión a tiem- pos de respuesta por la misma lógica progra- mática qué le da razón a su característica prin- cipal de solidez algorítmica. (Stallings, 2012)

DISCUSIÓN DE RESULTADOS:

Como consecuencia de la investigación y ex- perimentación, se obtuvieron los siguientes resultados:

· Los países en Latinoamérica, incluido Ecuador, a nivel de estándar, utilizan para firmas electrónicas con mayor fre- cuencia: FIPS 140-2, mientras qué a ni- vel algorítmico incorporan: RSA

· Los criterios de estándares y algoritmos criptográficos fueron pre establecidos y normados bajo la legislación de cada país.

· El algoritmo RSA es el que con mayor fre- cuencia es usado para firmas electrónicas de- bido a su alto criterio de seguridad, sin em- bargo, el rendimiento no es el esperado.

CONCLUSIONES

De acuerdo con el estudio realizado en el presente documento se han considerado importante incluir las siguientes recomendaciones:

· Para firmas electrónicas a nivel regional se utiliza el algoritmo criptográfico RSA debido a que garantiza la seguridad, a pesar de ello, se considera un criterio algorítmico de baja productividad.

· Si se incorpora AES en algoritmos criptográ- ficos se debe considerar que el nivel de segu- ridad no es el esperado.

· No se puede cambiar el criterio de asegura- miento de firmas electrónicas en Ecuador sin antes modificar la ley y los procesos legales qué gestionan los certificados digitales.

· La aplicabilidad del algoritmo AES es viable en firmas electrónicas ecuatorianas, no obs- tante, se debería replantear el criterio jurídico y procedimental para llevar a cabo esta imple- mentación considerando que el criterio algo- ritmo de AES es vulnerable.

RECOMENDACIONES

Considerando el estudio y la investigación con res- pecto a la aplicabilidad de algoritmos criptográficos en firmas electrónicas del Ecuador, se ha estimado imperioso redactar las siguientes:

· Si se procediera con la incorporación del algoritmo AES, se recomienda utilizar cri- terios de RSA para garantizar la seguridad.

· Si se mantiene el algoritmo RAS como principal método criptográfico en firmas electrónicas, es recomendable incorporar la ligereza de AES para agilizar las transac- ciones de documentación genérica.

· Se recomienda mantener RSA en docu-

mentación o información sensible y crítica.

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