Gonzalo Díaz, Raúl

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APLICACIONES DE LOS ~ METODOS ~ CRIPTOGRAFICOS tmUlte mi reciente experien-cia investigadora sobre los métodos de seguridad y el estudio de la criptografía como herramienta para pro-......... teger la información siempre que he conversado con alguien acerca del tema, al final ha surgido la misma pre-gunta: «Bien, pero todo esto, ¿para qué sirve?, ¿dónde se utiliza ?». En este artículo, además de pretender que el oído se vaya acostumbrando a esta nueva y rara palabra como es la criptografía, se intenta divulgar, manteniendo el espíritu de esta revista, las aplicaciones prácticas en sis-temas reales. La criptografía (del griego: kryptós y graphos) es, a grosso modo, la ciencia encargada de la seguridad de la información, y desde nuestro punto de vista como ingenieros, de la información en las comunicaciones. Es un tema de actualidad, o como diJía una presentado-ra de un programa deTV de cuyo nombre no quiero acordarme, de rabiosa actuali-dad. La necesidad de proteger infor-mación es tan antigua como la escritura misma y no extraña que la mayoría de los métodos antiguo (o clásicos) tuvieran una vinculación directa con la guerra. De hecho, en la Il guerra mundial , se utiJiza-ron muchos tipos de máquinas, las más famosas son la Enigma (alemana) y la Purple (japonesa) basadas en un princi-pio de rotores. Hoy en día se conoce que la rotura de ambos códigos por parte de los aliados fue un factor importante para el desenlace de la guerra. Recomiendo la lecturade171e Codebreakers [1] donde se da un repaso histórico y entretenido a la evolución de los sistemas criptográficos. RA ÚLGO ZALO es IlIgenierode Tele-comunicación por la ETSETB, especiali-dad en Telemática. Realizó el Proyecto Final de Carrera sobre Criptografía. 62 Raúl Gonzalo Tradicionalmente, las institucio-nes financieras y gubemamentales son las que más se han preocupado por la seguridad. Sin embargo, a pesar de la evidencia del problema, las redes actuales son generalmente inseguras, es decir, existen mul titud de istemas informáticos operando sin las protecciones adecuadas. El creciente uso presente y futuro de las redes de datos así como algunos ataques históricos concretos ha puesto en estado de alerta a los programadores de los sistemas informáticos, fundamentalmente los compartidos. Existen multitud de anécdotas de falJos en la seguridad de sistemas. Los más conocidos son las acciones de escu-chas telefónicas. Un típico caso muy utili-zado son los ataques a bancos donde se redon-dean las fracciones de peseta de una cuenta para moverl as a la cuenta del atacante. seguridad de las redes de telecomunica-ciones lo mismo que el hundimiento del Titanic para la industria del transporte. El gusano utilizaba tres métodos diferen-tes para intentar acceder a nuevas máqui-nas. El más elaborado de ellos utilizaba el programafinger de UNIX. El gusano llamaba afingercon una cadena especial-mente diseñada de 536 bytes como parámetro. Esta cadena sobrepasaba la capacidad del búffer y escribía sobre su pila, aprovechando que no se verificaba el desbordamiento del búffer. Así, cuando el programa regresaba al procedimiento que realizó la solicitud, no volvía al main, sino a un procedimiento dentro de la cadena de 536 bytes de la pila, que inten-LFSR-3 Como son pequeños ataques, son inaprecia-bles, pero repetido pueden consegu~ un efecto muy «deseado». Otro tipo de ataques intentan romper lo Figura l.-Algoritmo AS de GSM accesos de los sistemas con password, como los entornos UNIX. Exi te una gran variedad de ellos, desde los caballos de Troya (programas que emulan la pan-talla del login para obtener la contraseña del usuario) hasta la búsqueda selectiva de la clave probando con nombres de piJa, números de teléfono, fechas, nombres de entidades deportivas, etc .. La mayor de las violaciones de seguridad de las computadoras comenzó una tarde de noviembre de 1988, cuando R.T. MorlÍs liberó un programa gusano en lntemet Su gusano representó en la taba ejecutar /bin/sh. Si lo lograba, el gusano disponía entonces de un SheU que se ejecutaba en la máquina atacada. Cada vez que el gusano lograba el accesoauna nueva máquina verificaba si en ella existían copias activas del mismo. En tal caso, la nueva copia salía, excepto una vez de cada 7, tal vez para mm:tener al gusano en propagación, incluso en el caso en que el administrador del sistema tuviera su propio gusano para engañar al gusano real. El uso de J por cada 7 creó un número enorme de gusanos y fue la razón por la que poco tiempo después, las BURAN N°g D ICIEMBRE 1996 máquinas infectadas fueron obligadas a parar: estaban totalmente infectadas por gusanos. Por suerte, el gusano de Monis no era dañino y sólo reproducía copias de í mismo. Desde entonce, e han incrementado las medidas de seguridad de las redes y se han creado nuevo Mensaje ficación mutua de los dos interlocutores, realizar cálculos y almacenar datos. Si tu pareja es de las que se han comprado un teléfono móvil digital, la señal que recibirá en el tenninal estará cifrada En el si tema GSM, la seguridad se implementa mediante un protocolo de autentificación que utiliza dos algoritmo t-----+ el A3 yel A8. Durante la transmisión, la infor-mación se cifra bit a bit mediante el algoritmo A5. Según Schneier Auttnttficacl6n Coclidenmbdad [3] , el esquema del A5 (deducido de su código fuente), es tal como se indica en la figura l. Figura 2.-Mecani smo de autenticidad y confidencial idad en PGP El gene-estándares de seguridad en la transmi-sión de datos, gestión de claves, etc.. El u o de estos sistemas es más cercano a nuestras vidas de lo que pueda parecer a simple vista. Para amenizar la descripción de los sistemas más importantes actualmen-te (sería imposible comentarlos todos), en vez de enumerarlos en una lista, he pen-sado en narrar la siguiente historia. Es posible que después de leer este interesante artículo, te acuerdes de que mañana es el cumpleaños de tu novio/ a Rápidamente, te diriges al cajero automático más cercano para sacar dinero y comprarle un regalo. Después de introducir la tarjeta de crédito, el cajero te pide un número (una especie de password ): e l PIN (Perso nal Identification Number) . Lo que no saber es que ese número se ci fra con un algoritmo llamado DES cuyo resulta-do está almacenado en la banda mag-nética, y es con el que se compara para validar tu identidad (la descripción de los métodos de cifrado DES, m EA, RS A, EIGamal, las funciones hash MD5, SHA y lo protocolos de co-municaciones se pueden encontrar en cualquier libro genérico de criptogra-fía, como por ej. [2]). Un poco más tarde, te diriges a una cabina telefónica desde donde pien-sas llamar a tu pareja para quedar mañana. Como no llevas suelto, utili -zas la teletarjeta de Telefónica (usada como monedero electrónico). Dichas taIjetas inteligentes llevan un chip in-corporado, y a diferencia de la banda magnética, puede realizar una autenti-• RAMAS DE E STUDIANTES DEL IEEE rador se compone de 3 LFSR de longitudes 19,22 Y 23. De cada registro, se toma el bit central y se realiza una votación por mayoría. Sólo cambian de estado los LFSR cuyo bit intermedio coincide con la votación. La salida es la sunla de los último~ bits de los 3 registros. Sin embargo, tu pareja tiene ro-nectado el buzón de llamadas y simple-mente le dejas el recado. Entonces deci-des mandarle también un maiJ para ase-gurarte de que va a recibir tu mensaje y te diriges a la sala de ordenadores. Existen multitud de programas in fo rmáticos comerciales que implementan mecanismos cri ptográficos para proteger la información. Uno de estos mecanismos, por ejemplo, es el cifrador en flujo RC4, secreto hasta hace poco, utilizado en Lotus Notes, Apple's Computer AOCE, Oracle Secure SQL, ... y también en Netscape. El funcionamien-to de e te cifrador se describe en [3], donde también aparece el código C para que cualquiera lo pueda implementar, salvo en un programa comercial ya que está patentado. Exi sten muchos algoritmos que están patentados (algunos sólo en EEUU), como el RSA, el RC4, ... y para poder u arlo comercialmente es necesario pagar royalties. Para evitar esto, se han diseñado otros esquemas equivalentes no patentados, como por ejemplo, EIGamal frente al RSA. Una vez delante del ordenador, utilizas el correo electrónico. Dependien-do de la máquina en la que te encuentres y el programa que ejecutes, utilizarás un sistema u otro. Uno de estos esquemas de correo es el llamado PCiP (Pretty Good Privacy), desarrollado porZimmermann. Su idea no fue desarrollar ningún nuevo ti po de cifrado, ino seleccionar los mejo-res sistemas di ponibles e integrarlos en una aplicación de propósito general. En concreto, se escogió RSA para la gestión de las claves, IDEA para el cifrado simé-trico de la información y MD5 como función hash para la autentificación del mensaje. Las funciones hash, como el M05 el S HA, ... son funciones que dada una tira de bits de cualquier longitud, devuelven un número fijo de bits (128 para el MD5 y 160 para el SHA), y además, dado el resultado, es muy difícil conocer un men-saje que produzca el mismo resulL:'1do. Además del PCiP, exi ten otros sistemas que se utilizan para correo elec-trónico. Muchos están estandarizados, como el MHS (Servicio de manejo de mensajes de ovell), y otros no, como el POP (post Office Protococol, sólo para pe y Mac). Pero los más importantes son el PEM (Privacy Enhanced MaiJ) y el SMPT (Simple Mail Transfer Protocol) quesonlosalgoritmosestándaren lntemet. A diferencia del PGP, el PEM utiliza del DES en modo CBC para cifrar la infor-mación, y el RSA junto con el M02 o M05 para proporcionar la autentifica-ción del mensaje. Todos estos sistemas permiten que el enVÍo de los mensajes esté lo suficientemente protegido como para evitar las posibles intercepciones yescu-chas durante la transmisión. Finalmente, como ya has enviado el maiJquequerías y ya no tienes nada que hacer, te pones a navegar por etscape. Si te fijas, cuando le das al menú AbOLIr Nerscape ... dentro de la ayuda, aparece una pantalla con información sobre la versión, si utiliza Java, y por último el sistema criptográfico que utiliza. En la versión 2.02, se utilizan los mecanismos RSA, M02, M05 y RC4. Por cierto, ya que estás en Internet, si quieres conocer algo más sobre el tema, busca esta direc-ción: http://www.quadraJay.com/www/ Crypt/Crypt.htmJ . Bibliografía [ 1] D.KAH , The Codebreakers. 1967 [2] W. STALLI GS, Networkand InrernelWord Security. Prentice- Hall. 1995 [3] S CHNEIER. Applied Crypro-graphy. John-Wiley & Sonso Segun-da edición. 1996 63 

Aplicaciones de los métodos criptográficos

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APLICACIONES DE LOS 
~ 
METODOS 
~ 
CRIPTOGRAFICOS 
tmUlte mi reciente experien-
cia investigadora sobre los 
métodos de seguridad y el 
estudio de la criptografía 
como herramienta para pro-
......... teger la información siempre 
que he conversado con alguien acerca del 
tema, al final ha surgido la misma pre-
gunta: «Bien, pero todo esto, ¿para qué 
sirve?, ¿dónde se utiliza ?». En este 
artículo, además de pretender que el oído 
se vaya acostumbrando a esta nueva y rara 
palabra como es la criptografía, se intenta 
divulgar, manteniendo el espíritu de esta 
revista, las aplicaciones prácticas en sis-
temas reales. 
La criptografía (del griego: 
kryptós y graphos) es, a grosso modo, la 
ciencia encargada de la seguridad de la 
información, y desde nuestro punto de 
vista como ingenieros, de la información 
en las comunicaciones. Es un tema de 
actualidad, o como diJía una presentado-
ra de un programa deTV de cuyo nombre 
no quiero acordarme, de rabiosa actuali-
dad. 
La necesidad de proteger infor-
mación es tan antigua como la escritura 
misma y no extraña que la mayoría de los 
métodos antiguo (o clásicos) tuvieran 
una vinculación directa con la guerra. De 
hecho, en la Il guerra mundial , se utiJiza-
ron muchos tipos de máquinas, las más 
famosas son la Enigma (alemana) y la 
Purple (japonesa) basadas en un princi-
pio de rotores. Hoy en día se conoce que 
la rotura de ambos códigos por parte de los 
aliados fue un factor importante para el 
desenlace de la guerra. Recomiendo la 
lecturade171e Codebreakers [1] donde se 
da un repaso histórico y entretenido a la 
evolución de los sistemas criptográficos. 
RA ÚLGO ZALO es IlIgenierode Tele-
comunicación por la ETSETB, especiali-
dad en Telemática. Realizó el Proyecto 
Final de Carrera sobre Criptografía. 
62 
Raúl Gonzalo 
Tradicionalmente, las institucio-
nes financieras y gubemamentales son 
las que más se han preocupado por la 
seguridad. Sin embargo, a pesar de la 
evidencia del problema, las redes actuales 
son generalmente inseguras, es decir, 
existen mul titud de istemas informáticos 
operando sin las protecciones adecuadas. 
El creciente uso presente y futuro de las 
redes de datos así como algunos ataques 
históricos concretos ha puesto en estado 
de alerta a los programadores de los 
sistemas informáticos, fundamentalmente 
los compartidos. 
Existen multitud de anécdotas de 
falJos en la seguridad de sistemas. Los 
más conocidos son las acciones de escu-
chas telefónicas. Un 
típico caso muy utili-
zado son los ataques a 
bancos donde se redon-
dean las fracciones de 
peseta de una cuenta 
para moverl as a la 
cuenta del atacante. 
seguridad de las redes de telecomunica-
ciones lo mismo que el hundimiento del 
Titanic para la industria del transporte. 
El gusano utilizaba tres métodos diferen-
tes para intentar acceder a nuevas máqui-
nas. El más elaborado de ellos utilizaba 
el programafinger de UNIX. El gusano 
llamaba afingercon una cadena especial-
mente diseñada de 536 bytes como 
parámetro. Esta cadena sobrepasaba la 
capacidad del búffer y escribía sobre su 
pila, aprovechando que no se verificaba el 
desbordamiento del búffer. Así, cuando 
el programa regresaba al procedimiento 
que realizó la solicitud, no volvía al main, 
sino a un procedimiento dentro de la 
cadena de 536 bytes de la pila, que inten-
LFSR-3 
Como son pequeños 
ataques, son inaprecia-
bles, pero repetido 
pueden consegu~ un 
efecto muy «deseado». 
Otro tipo de ataques 
intentan romper lo Figura l.-Algoritmo AS de GSM 
accesos de los sistemas con password, 
como los entornos UNIX. Exi te una 
gran variedad de ellos, desde los caballos 
de Troya (programas que emulan la pan-
talla del login para obtener la contraseña 
del usuario) hasta la búsqueda selectiva 
de la clave probando con nombres de piJa, 
números de teléfono, fechas, nombres de 
entidades deportivas, etc .. 
La mayor de las violaciones de 
seguridad de las computadoras comenzó 
una tarde de noviembre de 1988, cuando 
R.T. MorlÍs liberó un programa gusano 
en lntemet Su gusano representó en la 
taba ejecutar /bin/sh. Si lo lograba, el 
gusano disponía entonces de un SheU que 
se ejecutaba en la máquina atacada. 
Cada vez que el gusano lograba el 
accesoauna nueva máquina verificaba si 
en ella existían copias activas del mismo. 
En tal caso, la nueva copia salía, excepto 
una vez de cada 7, tal vez para mm:tener 
al gusano en propagación, incluso en el 
caso en que el administrador del sistema 
tuviera su propio gusano para engañar al 
gusano real. El uso de J por cada 7 creó 
un número enorme de gusanos y fue la 
razón por la que poco tiempo después, las 
BURAN N°g D ICIEMBRE 1996 
máquinas infectadas fueron obligadas a 
parar: estaban totalmente infectadas por 
gusanos. Por suerte, el gusano de Monis 
no era dañino y sólo reproducía copias de 
í mismo. 
Desde entonce, e han 
incrementado las medidas de seguridad 
de las redes y se han creado nuevo 
Mensaje 
ficación mutua de los dos interlocutores, 
realizar cálculos y almacenar datos. 
Si tu pareja es de las que se han 
comprado un teléfono móvil digital, la 
señal que recibirá en el tenninal estará 
cifrada En el si tema GSM, la seguridad 
se implementa mediante un protocolo de 
autentificación que utiliza dos algoritmo 
t-----+ 
el A3 yel A8. Durante 
la transmisión, la infor-
mación se cifra bit a bit 
mediante el algoritmo 
A5. Según Schneier 
Auttnttficacl6n Coclidenmbdad 
[3] , el esquema del A5 
(deducido de su código 
fuente), es tal como se 
indica en la figura l. Figura 2.-Mecani smo de autenticidad y 
confidencial idad en PGP El gene-
estándares de seguridad en la transmi-
sión de datos, gestión de claves, etc.. El 
u o de estos sistemas es más cercano a 
nuestras vidas de lo que pueda parecer a 
simple vista. 
Para amenizar la descripción de 
los sistemas más importantes actualmen-
te (sería imposible comentarlos todos), en 
vez de enumerarlos en una lista, he pen-
sado en narrar la siguiente historia. 
Es posible que después de leer 
este interesante artículo, te acuerdes de 
que mañana es el cumpleaños de tu novio/ 
a Rápidamente, te diriges al cajero 
automático más cercano para sacar 
dinero y comprarle un regalo. Después 
de introducir la tarjeta de crédito, el 
cajero te pide un número (una especie 
de password ): e l PIN (Perso nal 
Identification Number) . Lo que no 
saber es que ese número se ci fra con un 
algoritmo llamado DES cuyo resulta-
do está almacenado en la banda mag-
nética, y es con el que se compara para 
validar tu identidad (la descripción de 
los métodos de cifrado DES, m EA, 
RS A, EIGamal, las funciones hash 
MD5, SHA y lo protocolos de co-
municaciones se pueden encontrar en 
cualquier libro genérico de criptogra-
fía, como por ej. [2]). 
Un poco más tarde, te diriges a 
una cabina telefónica desde donde pien-
sas llamar a tu pareja para quedar 
mañana. Como no llevas suelto, utili -
zas la teletarjeta de Telefónica (usada 
como monedero electrónico). Dichas 
taIjetas inteligentes llevan un chip in-
corporado, y a diferencia de la banda 
magnética, puede realizar una autenti-
• RAMAS DE E STUDIANTES DEL IEEE 
rador se compone de 3 
LFSR de longitudes 19,22 Y 23. De cada 
registro, se toma el bit central y se realiza 
una votación por mayoría. Sólo cambian 
de estado los LFSR cuyo bit intermedio 
coincide con la votación. La salida es la 
sunla de los último~ bits de los 3 registros. 
Sin embargo, tu pareja tiene ro-
nectado el buzón de llamadas y simple-
mente le dejas el recado. Entonces deci-
des mandarle también un maiJ para ase-
gurarte de que va a recibir tu mensaje y te 
diriges a la sala de ordenadores. 
Existen multitud de programas 
in fo rmáticos comerciales que 
implementan mecanismos cri ptográficos 
para proteger la información. Uno de 
estos mecanismos, por ejemplo, es el 
cifrador en flujo RC4, secreto hasta hace 
poco, utilizado en Lotus Notes, Apple's 
Computer AOCE, Oracle Secure SQL, ... 
y también en Netscape. El funcionamien-
to de e te cifrador se describe en [3], 
donde también aparece el código C para 
que cualquiera lo pueda implementar, 
salvo en un programa comercial ya que 
está patentado. Exi sten muchos 
algoritmos que están patentados (algunos 
sólo en EEUU), como el RSA, el RC4, ... 
y para poder u arlo comercialmente es 
necesario pagar royalties. Para evitar 
esto, se han diseñado otros esquemas 
equivalentes no patentados, como por 
ejemplo, EIGamal frente al RSA. 
Una vez delante del ordenador, 
utilizas el correo electrónico. Dependien-
do de la máquina en la que te encuentres 
y el programa que ejecutes, utilizarás un 
sistema u otro. Uno de estos esquemas de 
correo es el llamado PCiP (Pretty Good 
Privacy), desarrollado porZimmermann. 
Su idea no fue desarrollar ningún nuevo 
ti po de cifrado, ino seleccionar los mejo-
res sistemas di ponibles e integrarlos en 
una aplicación de propósito general. En 
concreto, se escogió RSA para la gestión 
de las claves, IDEA para el cifrado simé-
trico de la información y MD5 como 
función hash para la autentificación del 
mensaje. 
Las funciones hash, como el M05 
el S HA, ... son funciones que dada una tira 
de bits de cualquier longitud, devuelven 
un número fijo de bits (128 para el MD5 
y 160 para el SHA), y además, dado el 
resultado, es muy difícil conocer un men-
saje que produzca el mismo resulL:'1do. 
Además del PCiP, exi ten otros 
sistemas que se utilizan para correo elec-
trónico. Muchos están estandarizados, 
como el MHS (Servicio de manejo de 
mensajes de ovell), y otros no, como el 
POP (post Office Protococol, sólo para 
pe y Mac). Pero los más importantes son 
el PEM (Privacy Enhanced MaiJ) y el 
SMPT (Simple Mail Transfer Protocol) 
quesonlosalgoritmosestándaren lntemet. 
A diferencia del PGP, el PEM utiliza del 
DES en modo CBC para cifrar la infor-
mación, y el RSA junto con el M02 o 
M05 para proporcionar la autentifica-
ción del mensaje. 
Todos estos sistemas permiten 
que el enVÍo de los mensajes esté lo 
suficientemente protegido como para 
evitar las posibles intercepciones yescu-
chas durante la transmisión. 
Finalmente, como ya has enviado 
el maiJquequerías y ya no tienes nada que 
hacer, te pones a navegar por etscape. 
Si te fijas, cuando le das al menú AbOLIr 
Nerscape ... dentro de la ayuda, aparece 
una pantalla con información sobre la 
versión, si utiliza Java, y por último el 
sistema criptográfico que utiliza. En la 
versión 2.02, se utilizan los mecanismos 
RSA, M02, M05 y RC4. Por cierto, ya 
que estás en Internet, si quieres conocer 
algo más sobre el tema, busca esta direc-
ción: http://www.quadraJay.com/www/ 
Crypt/Crypt.htmJ . 
Bibliografía 
[ 1] D.KAH , The Codebreakers. 
1967 
[2] W. STALLI GS, Networkand 
InrernelWord Security. Prentice- Hall. 
1995 
[3] S CHNEIER. Applied Crypro-
graphy. John-Wiley & Sonso Segun-
da edición. 1996 
63 


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