Mitigación de riesgos con la PKI

La Infraestructura de Clave Pública (PKI) es un sistema que ayuda a manejar certificados digitales. Estos certificados son importantes para la seguridad en las comunicaciones digitales. PKI se encarga de emitir, administrar y revocar estos certificados.

¿Cómo funciona la PKI?

Entender la PKI en acción se puede clarificar examinando un caso de uso típico, como enviar un correo electrónico seguro.

Paso 1: Generación de Pares de Claves.

La implementación de una Infraestructura de Clave Pública (PKI) empieza con crear un par de claves. Estas claves son una pública y una privada. Este proceso se puede hacer con herramientas de software especializadas o con una Autoridad de Certificación (CA). La CA es una entidad de confianza importante en la PKI. 

La CA emite y gestiona los certificados digitales que autentican la identidad de los usuarios y dispositivos. La clave privada debe ser confidencial y no compartirse. En cambio, la clave pública se comparte libremente, a menudo en un certificado digital, para asegurar las comunicaciones.

Paso 2: Creación de un Certificado Digital

Una vez generados los pares de claves, el siguiente paso es la creación de un certificado digital. Este certificado tiene la clave pública y datos identificativos. Incluye el nombre de la persona o la organización. También contiene la firma digital de la Autoridad de Certificación (CA) que lo emite.

La firma de la CA es un sello. Este sello asegura que la CA ha verificado la identidad asociada con la clave pública. Esto genera confianza en la validez del certificado y en su uso.

Paso 3: Envío del Correo Electrónico

Cuando se envía un correo electrónico, la aplicación del remitente usa la clave pública del destinatario. Esto sirve para proteger el contenido del mensaje. Al recibirlo, el programa de correo del destinatario usa su clave privada. Esto descifra el mensaje y lo convierte en un formato legible.

Este proceso de cifrado y descifrado sucede sin que los usuarios lo noten. Ofrece una experiencia fácil y asegura que el mensaje sea privado. Solo el destinatario previsto puede acceder a él.

¿Qué es la PKI privada?

Una PKI privada permite emitir certificados SSL privados utilizando una raíz intermedia única, generalmente mantenida por una autoridad de certificación pública de confianza. Esto le permite adaptar los certificados a sus necesidades específicas e implementar certificados según demanda para fines internos, garantizando así una mayor flexibilidad y control sobre su infraestructura de seguridad.

Componentes de PKI

Veamos qué incluye el PKI:

Claves de PKI

Es un conjunto de dos claves utilizadas para el cifrado de datos, un método que impide que personas no autorizadas accedan a la información. En criptografía, cada clave pública tiene una clave privada asociada. La clave pública se comparte abiertamente, mientras que la clave privada se mantiene en secreto por su propietario.

Certificados digitales

Son documentos electrónicos que asocian la identidad de un usuario con un par de claves criptográficas, permitiendo cifrar datos y firmar información de manera segura.

Autoridad de Certificación (CA)

La autoridad de certificación es una entidad de confianza y es responsable de emitir certificados digitales y garantizar su autenticidad.

Autoridad de Registro (RA)

Organización encargada de recibir solicitudes de certificados y verificar la identidad de los solicitantes antes de que estos sean emitidos.

Repositorios de certificados

Son espacios seguros que se utilizan para almacenar y gestionar certificados digitales para su consulta y validación.

Software de gestión centralizada

Plataforma que permite a las empresas administrar sus claves criptográficas y certificados digitales desde un solo lugar.

Módulo de Seguridad de Hardware (HSM)

Dispositivo físico diseñado para realizar operaciones criptográficas y gestionar claves digitales de forma segura.

Cómo funciona la PKI

Criptografía y cifrado

La criptografía se encarga de proteger las comunicaciones mediante códigos y por otro lado el cifrado es un subconjunto de la criptografía que lo hace mediante algoritmos matemáticos. Ambos hacen que la información sea ilegible para entidades no autorizadas. 

Los algoritmos de cifrados están divididos en dos categorías que son: el simétrico, este utiliza la misma clave criptográfica para asegurar y desbloquear datos y el asimétrico que se utiliza en toda la PKI y utiliza un par de claves vinculadas matemáticamente para gestionar por separado tanto el cifrado como el descifrado.

Certificados digitales

Los certificados digitales se utilizan para identificar al propietario de una clave pública que permite al destinatario confirmar que la clave viene de una fuente legítima y mitiga el riesgo de un ataque MITM.

Estos incluyen elementos como: información identificable, lo que es el nombre del titular del certificado, el número de serie del certificado y su fecha de caducidad, una copia de la clave pública y la firma digital de la CA emisora como prueba de autenticidad.

Autoridades de certificación

Es una organización externa de confianza que crea y emite certificados digitales. 

Las CA siguen estos pasos: 

1. Generación de claves: El usuario genera un par de claves (pública y privada).
2. Solicitud de certificado: Se envía una solicitud de firma de certificado (CSR) a la CA, incluyendo la clave pública y la información del solicitante.
3. Verificación: La CA valida la identidad del usuario, normalmente con el apoyo de una Autoridad de Registro (RA).
4. Emisión del certificado: Una vez verificada la identidad, la CA emite el certificado digital, que contiene la clave pública del usuario y otros datos de identificación, además de estar firmado digitalmente por la CA.
5. Uso del certificado: Para comunicaciones seguras, el remitente cifra un mensaje con la clave pública del destinatario. Este último usa su clave privada para descifrarlo.

Sistemas de Gestión de Certificados

Los sistemas de gestión de certificados (CMS) son herramientas tecnológicas que administran todo el ciclo de vida de los certificados digitales, desde su emisión y distribución hasta su renovación y revocación. Hacen uso de la automatización para agilizar procesos y garantizar una correcta gestión de activos criptográficos.

Estos sistemas también registran todas las actividades relacionadas con los certificados, lo que facilita el cumplimiento normativo y las auditorías internas, ya que al centralizar la gestión, puedes minimizar riesgos y mejorar la seguridad de tus datos.

Módulos de Seguridad de Hardware (HSM)

Son dispositivos físicos creados para proteger procesos criptográficos. Esto lo hacen generando, almacenando y manipulando claves en un entorno seguro y resistente a manipulaciones.

Uno de sus usos clave es la generación de claves criptográficas, en donde se emplean generadores de números aleatorios avanzados para garantizar la fortaleza del sistema. Además, las claves privadas almacenadas en un HSM nunca salen del dispositivo en texto plano, esto minimiza el riesgo de exposición a amenazas.

El almacenamiento seguro de claves privadas es otra función esencial de los HSM, ya que impide que sean extraídas o comprometidas por actores malintencionados, así refuerzan la seguridad de la infraestructura PKI.

¿Por Qué es Importante la PKI?

La importancia de la PKI se subraya por la necesidad de comunicación segura en nuestra era digital, donde enormes cantidades de datos sensibles se intercambian a través de internet cada segundo.

1. Confidencialidad de los Datos
Las capacidades de encriptación de la PKI juegan un papel significativo en la protección de la confidencialidad de los datos. Asegurando que solo el destinatario con la clave privada apropiada pueda desencriptar los datos, la PKI efectivamente protege la información de miradas indiscretas, salvaguardando contra accesos no autorizados y posibles violaciones.

2. Integridad de los Datos
La integridad de los datos en tránsito es otro pilar de la PKI. Las firmas digitales, producidas por la clave privada del remitente, permiten al destinatario verificar que los datos no han sido alterados desde que fueron firmados. Si los datos fueran manipulados en tránsito, la firma digital fallaría en validar, alertando al destinatario de un posible juego sucio.

3. Autenticación
La autenticación es un componente vital de las comunicaciones seguras. La PKI utiliza certificados digitales para autenticar las identidades tanto del remitente como del destinatario. Este proceso asegura que las partes involucradas en la comunicación sean realmente quienes dicen ser, previniendo la suplantación y otras actividades fraudulentas.

3. No Repudio
La PKI proporciona una función de no repudio a través de su mecanismo de firma digital. Cuando un remitente firma digitalmente un documento o mensaje, no pueden negar posteriormente haberlo enviado. Este aspecto es particularmente importante en contextos legales y empresariales, donde se requiere prueba del origen y la intención.

Casos de Uso de Comunes de PKI

1. Autenticación de usuarios

• Acceso a redes corporativas: PKI se utiliza para autenticar a los empleados que acceden a redes internas mediante certificados digitales, evitando el uso de contraseñas vulnerables.
• Autenticación multifactor (MFA): Los certificados digitales pueden ser una capa adicional en MFA, proporcionando una forma más segura de verificar la identidad de los usuarios.

2. Firma digital de documentos

• Contratos electrónicos: PKI permite firmar digitalmente contratos, asegurando la identidad del firmante y la integridad del documento, garantizando que no ha sido modificado.
• Firmas en software: Los desarrolladores utilizan PKI para firmar su software, lo que garantiza a los usuarios que el código no ha sido alterado desde su creación.

3. Cifrado de comunicaciones

• Cifrado de correos electrónicos (S/MIME): Los correos electrónicos se pueden cifrar mediante certificados digitales para garantizar que solo el destinatario autorizado pueda leer el contenido.
• Cifrado de dispositivos: PKI se emplea en el cifrado de discos y archivos para proteger la información almacenada en dispositivos como ordenadores o móviles.

4. Certificados SSL/TLS para sitios web

• Navegación segura (HTTPS): PKI se utiliza para emitir certificados SSL/TLS, que aseguran las conexiones entre los navegadores web y los servidores, protegiendo la privacidad de los usuarios y la integridad de los datos durante las comunicaciones.
• Autenticación de sitios web: Los certificados SSL también aseguran que los sitios web sean legítimos, evitando ataques de phishing.

5. Autenticación de dispositivos IoT

• Seguridad en dispositivos IoT: Los dispositivos de Internet de las Cosas (IoT) pueden autenticarse y cifrar sus comunicaciones mediante PKI, garantizando que solo los dispositivos autorizados puedan interactuar entre sí.

6. Redes Privadas Virtuales (VPN)

• Acceso remoto seguro: Los certificados digitales emitidos por una PKI permiten que los empleados se conecten de forma segura a la red corporativa mediante VPN, autenticando su identidad y cifrando las comunicaciones.

7. Gestión de identidades en la nube

• Autenticación en entornos cloud: PKI facilita la autenticación de usuarios y dispositivos en aplicaciones y servicios en la nube, proporcionando seguridad adicional en plataformas distribuidas.

8. Infraestructura de clave pública en blockchain

• Transacciones seguras: PKI se puede utilizar en sistemas blockchain para autenticar transacciones y participantes de forma segura y confiable.

9. Autenticación de correos electrónicos

• Proteger contra phishing: PKI permite autenticar la identidad de los remitentes de correos electrónicos mediante firmas digitales, lo que ayuda a prevenir el fraude y los ataques de phishing.

10. Control de acceso físico

• Tarjetas inteligentes: Muchas organizaciones utilizan tarjetas inteligentes basadas en PKI para controlar el acceso físico a edificios o áreas restringidas, proporcionando autenticación robusta en entornos físicos.

11. Seguridad de aplicaciones financieras

• Transacciones bancarias y financieras: PKI se emplea para asegurar las transacciones en línea, como transferencias de dinero o pagos, garantizando la autenticación del usuario y la integridad de las operaciones.

Ejemplos Reales de PKI

La PKI encuentra aplicaciones en numerosos sectores y tecnologías.

1. Comunicación de Correo Electrónico Seguro.

La PKI se utiliza ampliamente para asegurar las comunicaciones por correo electrónico, particularmente dentro de organizaciones que manejan información confidencial, como bancos, proveedores de atención médica y organismos gubernamentales.

2. Transacciones de Comercio Electrónico

Las plataformas de comercio electrónico emplean la PKI para asegurar transacciones en línea, protegiendo detalles de pago e información personal durante el proceso de compra.

3. Conexiones VPN

La PKI es instrumental en el establecimiento de conexiones VPN seguras, permitiendo a los usuarios remotos acceder a redes corporativas de manera segura, como si estuvieran físicamente presentes dentro del perímetro seguro.

Conclusión

La PKI se erige como un componente vital en el ámbito de la seguridad en internet. Su rol es cada vez más crítico a medida que el mundo continúa digitalizándose y el volumen de información sensible transmitida en línea crece. Los ingenieros de PKI están en la vanguardia del diseño y manejo de estos sistemas de seguridad esenciales. Al adherirse a las mejores prácticas establecidas y mantenerse al día con los avances en el campo, las organizaciones pueden asegurar una protección robusta para sus comunicaciones y datos.