La publicación Criptografía 101: La clave para el desarrollo de Blockchain para principiantes apareció por primera vez en Coinpedia Fintech News
Introducción
Descripción general de la criptografía
La criptografía es un escudo en nuestro mundo digital, donde las amenazas son comunes. Es la práctica de asegurar la comunicación para garantizar que solo las personas autorizadas puedan acceder a la información. La criptografía consistía en convertir mensajes en texto ilegible y devolverlos a un formato legible en el otro extremo.
La criptografía moderna es mucho más avanzada hoy en día y combina la informática y las matemáticas. Los algoritmos están diseñados para resolver problemas complejos, lo que los hace difíciles de descifrar. Aunque estos algoritmos pueden resolverse teóricamente, son prácticamente irrompibles en un tiempo razonable. Esto hace que la criptografía sea crucial para mantener seguros los datos, proteger la privacidad y confirmar identidades.
Criptografía en la tecnología Blockchain
En la tecnología blockchain, la criptografía es fundamental. Blockchain se basa en la criptografía para mantener la seguridad. Sin él, los avances de blockchain no serían posibles. Así es como funciona:
Transacciones seguras: la criptografía garantiza que las transacciones sean seguras y protegidas.
Cifrado: los mensajes y la información importante de la transacción están codificados de forma única y solo el destinatario previsto puede decodificarlos.
Bloques de hash: los bloques en la cadena de bloques se procesan mediante una función hash única pero aleatoria que ayuda a verificarlos y protegerlos. La criptografía asegura las transacciones entre nodos de la red, protegiendo la privacidad de los usuarios y la integridad de los datos. En esencia, la criptografía es la columna vertebral de la seguridad de blockchain.
Contexto histórico y evolución
Una breve historia
La mayoría de nosotros estamos familiarizados con el escenario clásico que involucra a Alice, Bob y Eve, donde Alice y Bob se comunican y Eve intenta escuchar a escondidas. Este escenario pone de relieve las raíces de la criptografía tradicional, que inicialmente se centraba en mantener la confidencialidad de los mensajes. La criptografía temprana consistía en cifrar mensajes para evitar escuchas y descifrarlos al recibirlos. En la antigüedad, la criptografía se basaba en la lingüística y los patrones del lenguaje. Hoy en día, se basa en varias ramas de la informática, incluida la complejidad computacional, la teoría de la información, la teoría de números y la combinatoria.
Impacto en Blockchain
Las cadenas de bloques son sistemas descentralizados que dependen en gran medida de la seguridad y la privacidad. La criptografía es fundamental para la tecnología blockchain. Los avances criptográficos clave, como las funciones hash, la criptografía de clave pública, las firmas digitales y la prueba de trabajo, son adaptaciones esenciales de los métodos criptográficos. Estos avances garantizan la seguridad y la integridad de los sistemas blockchain.
Conceptos criptográficos esenciales para desarrolladores
Cifrado y descifrado
El cifrado consiste en convertir texto sin formato a un formato ilegible llamado texto cifrado. El descifrado es el proceso inverso, donde el texto cifrado se vuelve a convertir en texto sin formato. Estos dos procesos son fundamentales para la criptografía. Históricamente, este mecanismo de ida y vuelta fue utilizado ampliamente por organizaciones militares y de otro tipo debido a su confiabilidad.
Criptografía simétrica versus asimétrica
Simétrico: este método utiliza la misma clave tanto para el cifrado como para el descifrado. Conocido como cifrado de clave secreta, a menudo se implementa a través de sistemas como el Estándar de cifrado de datos (DES). Sólo las personas con acceso a la clave secreta pueden descifrar los datos. La criptografía simétrica es eficaz para cifrar grandes cantidades de datos y se utiliza habitualmente en la seguridad de sitios web. Transfiere datos rápidamente y requiere menos potencia computacional.
Asimétrica: también conocida como criptografía de clave pública, este método utiliza dos claves diferentes: pública y privada. La clave pública se utiliza para compartir información con otros, mientras que la clave privada se utiliza para descifrar mensajes y verificar firmas digitales. Este método es más lento y requiere más potencia de procesamiento, pero es crucial para la autenticación del servidor web y la comunicación segura. A diferencia de las claves simétricas, puedes derivar la clave pública de la clave privada, pero no al revés. Los ejemplos incluyen criptografía de curva elíptica (ECC) y estándar de firma digital (DSS).
Funciones hash criptográficas
Las funciones hash son una técnica popular en informática que no utiliza claves pero aún garantiza la integridad de los datos. El hashing crea una salida de tamaño fijo a partir de los datos de entrada, que a menudo son una cadena de caracteres aparentemente aleatoria. Las funciones hash son cruciales en blockchain para vincular bloques y garantizar la seguridad e integridad de los datos que contienen.
Propiedades clave de las funciones hash:
Determinismo: una entrada única particular siempre tiene el mismo hash único.
Resistencia a colisiones: resulta desalentador descubrir dos entradas diferentes del mismo hash.
Efecto Avalancha: cualquier cambio mínimo en el mensaje o secuencia de entrada puede cambiar completamente la función Hash.
Funciones específicas de Blockchain:
Las funciones hash comunes utilizadas en blockchain incluyen SHA-256 y MD5. SHA-256, por ejemplo, se utiliza en Bitcoin para garantizar la seguridad y la integridad de las transacciones. Las funciones hash son vitales en las cadenas de bloques porque evitan modificaciones de datos no autorizadas, reducen las necesidades de ancho de banda y simplifican la verificación de datos.
Firmas digitales y su importancia
Las firmas digitales proporcionan prueba de autenticidad e integridad de las transacciones, garantizando que sean legítimas e inalteradas. Para crear una firma digital, el remitente utiliza su clave privada y los datos de la transacción para generar una firma única mediante un algoritmo específico. El destinatario puede verificar esta firma con la clave pública del remitente para confirmar su autenticidad.
En blockchain, cada transacción se firma con la clave privada del remitente y se verifica con la clave pública correspondiente antes de agregarse a blockchain.
Claves públicas y privadas: la columna vertebral de la seguridad blockchain
Generación de pares de claves
Las claves públicas y privadas se generan mediante algoritmos criptográficos, normalmente con métodos de cifrado asimétrico. Los algoritmos populares incluyen criptografía de curva elíptica (ECC), algoritmo de firma digital (DSA) y Rivest-Shamir-Adleman (RSA). A menudo se prefiere ECC debido a su tamaño de clave más pequeño. Las claves privadas deben mantenerse secretas y seguras, mientras que las claves públicas se pueden compartir. Los módulos de seguridad de hardware (HSM) ayudan a proteger las claves privadas y las copias de seguridad son esenciales para evitar pérdidas.
Papel en las transacciones
Las claves públicas y privadas son cruciales para asegurar y verificar las transacciones. La clave privada se utiliza para crear una firma, mientras que la clave pública se utiliza para verificarla, garantizando que la transacción sea auténtica e inalterada.
Gestión de billetera
Las claves se almacenan en billeteras blockchain, que pueden estar basadas en software o hardware. Las billeteras vienen en dos tipos:
Hot Wallets: son billeteras en línea conectadas a Internet, como billeteras móviles o web, que son convenientes para transacciones frecuentes.
Las Cold Wallets son soluciones de almacenamiento fuera de línea, como billeteras de hardware o de papel, que ofrecen seguridad mejorada para tenencias a largo plazo.
Utilice cifrado, contraseñas y frases de contraseña seguras para proteger su billetera blockchain. Implemente prácticas de firmas múltiples que requieran múltiples claves privadas para autorizar transacciones y utilice autenticación de dos factores (2FA) para mayor seguridad. Siempre haga una copia de seguridad de sus frases iniciales y claves privadas en ubicaciones fuera de línea y elija billeteras confiables con sólidas funciones de seguridad. Nunca compartas tu clave privada; Utilice contraseñas seguras para proteger su billetera.
Algoritmos de consenso que aprovechan la criptografía
Prueba de trabajo (PoW):
La prueba de trabajo, a menudo denominada minería, es un sistema descentralizado en el que los miembros de la red, o mineros, compiten para resolver acertijos criptográficos. El primer minero que resuelva el rompecabezas agrega el siguiente bloque a la cadena de bloques y recibe una recompensa. Este proceso utiliza hash para proteger la cadena de bloques. La dificultad de los acertijos PoW garantiza que la cadena de bloques permanezca segura y controla la velocidad a la que se agregan nuevos bloques.
Prueba de participación (PoS):
Proof of Stake selecciona validadores para nuevos bloques en función de la cantidad de monedas que poseen y su participación como garantía. Sin embargo, esta selección no se basa únicamente en la cantidad de monedas, sino también en factores como la edad de las monedas y la aleatoriedad. Los validadores se eligen en función del valor hash más bajo y la cantidad de apuesta más alta. PoS es más eficiente energéticamente que PoW.
Otros mecanismos de consenso incluyen la Prueba de participación delegada (DPoS), que utiliza delegados electos y reputación para la validación de transacciones, y la Tolerancia práctica a fallas bizantinas (PBFT), utilizada para lograr consenso en los sistemas blockchain.
Aplicaciones prácticas de la criptografía en el desarrollo de blockchain
Transacciones seguras
La criptografía es vital para proteger las transacciones a través de varios métodos:
Firmas digitales: Garantizar la autenticidad, integridad y no repudio de las transacciones.
Cifrado: Mantiene la confidencialidad de las transacciones.
Funciones Hash: Verifique que los datos permanezcan sin cambios; cualquier alteración en los detalles de la transacción interrumpe la función hash.
Contratos inteligentes
Los principios criptográficos garantizan que los contratos inteligentes sean seguros y confiables:
Autorización: Gestionada mediante firmas digitales.
Integridad: Garantizada mediante hash, que evita la manipulación.
Previsibilidad: la ejecución determinista garantiza un desempeño confiable del contrato.
Confidencialidad: Mantenida mediante cifrado, restringiendo el acceso únicamente a partes autorizadas.
Desarrollando DApps
La criptografía es esencial en el desarrollo de aplicaciones descentralizadas (DApps) seguras:
Autenticación de usuario: utiliza criptografía de clave pública en lugar de ID de usuario tradicionales para un inicio de sesión fluido.
Seguridad de los datos: Garantizada mediante técnicas de cifrado y hash.
Seguridad de las transacciones: Gestionada mediante firmas digitales.
Los ejemplos incluyen plataformas DeFi y DApps de gestión de la cadena de suministro.
Ataques criptográficos comunes y estrategias de mitigación
Tipos de ataques
Ataque de fuerza bruta: los atacantes prueban todas las combinaciones posibles para romper el cifrado. Las contraseñas débiles o cortas son particularmente vulnerables.
Ataque Man-in-the-Middle (MitM): un atacante intercepta la comunicación entre el remitente y el receptor, lo que potencialmente altera los datos y viola la seguridad.
Ataque de repetición: las transacciones fraudulentas utilizan datos válidos de transacciones anteriores para retransmitir o repetir transacciones sin autorización.
Técnicas de mitigación
Utilice un cifrado seguro: utilice claves largas y rótelas con regularidad.
Almacenamiento seguro de claves: utilice módulos de seguridad de hardware (HSM) y restrinja el acceso.
Habilite la autenticación de dos factores (2FA): agrega una capa adicional de seguridad.
Utilice certificados digitales: previene ataques de intermediario.
Utilice claves complejas: asegúrese de que las claves sean impredecibles y complejas.
Implementar cifrado de extremo a extremo: protege los datos durante todo su recorrido.
Utilice marcas de tiempo: evita ataques de repetición al rastrear cuándo ocurren las transacciones.
Tendencias futuras en criptografía para Blockchain
Criptografía poscuántica
A medida que avanzan las computadoras cuánticas, amenazan significativamente los algoritmos criptográficos actuales. La computación cuántica utiliza qubits y mecánicas avanzadas que podrían romper métodos de cifrado como la criptografía de curva elíptica (ECC) y RSA. Para abordar esta amenaza, los investigadores están desarrollando criptografía poscuántica: nuevos algoritmos diseñados para ser seguros contra ataques cuánticos. Ejemplos de estos algoritmos resistentes a los cuánticos incluyen la criptografía polinómica multivariada, basada en hash y basada en celosía.
Estándares criptográficos en evolución
Los estándares criptográficos evolucionan constantemente para abordar nuevas amenazas a la seguridad. Los desarrolladores deben mantenerse actualizados con los últimos avances para garantizar que sus medidas de seguridad de blockchain sigan siendo sólidas. El aprendizaje continuo, la implementación de mejores prácticas y la interacción con la comunidad criptográfica son esenciales para desarrollar soluciones seguras.
Guía práctica de implementación
Herramientas y bibliotecas
A continuación se muestran algunas herramientas y bibliotecas ampliamente utilizadas para implementar la criptografía:
OpenSSL: un conjunto de herramientas de código abierto comúnmente utilizado para la implementación de SSL/TLS.
Bouncy Castle: una colección de API que proporcionan funciones criptográficas ligeras y proveedores de extensión de criptografía Java (JCE).
Libsodium: una biblioteca criptográfica popular conocida por su facilidad de uso y sus sólidas funciones de seguridad.
PyCryptodome: un paquete de Python para operaciones criptográficas de bajo nivel.
web3.js y ether.js: las bibliotecas de JavaScript se utilizan para interactuar con la cadena de bloques Ethereum.
Fragmentos de código de muestra:
Este fragmento de código muestra:
Generación de par de claves usando OpenSSL:
# Generar una clave privada
openssl genpkey -algoritmo RSA -out private_key.pem -pkeyopt rsa_keygen_bits:2048
# Extraer la clave pública
openssl rsa -pubout -in clave_privada.pem -fuera clave_pública.pem
Hash:
# Hash de un archivo usando SHA-256
openssl dgst -sha256 archivo.txt
Firmar una transacción:
de Crypto.Signature importar pkcs1_15
desde Crypto.Hash importar SHA256
mensaje = b'transacción Blockchain'
hash_obj = SHA256.new(mensaje)
firma = pkcs1_15.new(clave_privada).sign(hash_obj)
Conclusión
En resumen, la criptografía juega un papel vital en blockchain, brindando confianza, integridad y seguridad a las aplicaciones, haciéndolas robustas y confiables. Los desarrolladores deben tener un sólido dominio de los avances recientes y todas las tendencias en este dominio para desarrollar aplicaciones descentralizadas seguras. ¡Aproveche las mejores prácticas y esté atento a posibles infracciones y códigos para garantizar la seguridad!
Preguntas frecuentes
¿Qué es la criptografía en blockchain?
La criptografía en blockchain es la base del sistema de seguridad y garantiza una transmisión segura y privada.
¿Cómo funciona el cifrado en el desarrollo de blockchain?
El cifrado es una técnica en la que un mensaje o datos se convierten en un cifrado que solo pueden descifrar partes autorizadas.
¿Qué son las firmas digitales y cuáles son sus casos de uso en blockchain?
La medida de autenticidad es una firma digital que se utiliza para autenticación e integridad.
¿Cuál es la diferencia entre criptografía simétrica y asimétrica en blockchain?
La simétrica utiliza la misma clave para el cifrado y la descripción, mientras que la asimétrica utiliza claves diferentes.
¿Cómo se gestionan las claves públicas y privadas en el desarrollo de blockchain?
Las claves públicas se distribuyen abiertamente, mientras que las privadas se mantienen en secreto.
¿Qué papel juega la criptografía en los algoritmos de consenso de blockchain?
Los principios criptográficos se utilizan en mecanismos de consenso como Pow y PoS.
¿Cómo pueden los desarrolladores protegerse contra los ataques criptográficos?
Los desarrolladores pueden utilizar un cifrado sólido y tener una gestión de claves eficiente.
¿Cuál es la importancia de la criptografía poscuántica para blockchain?
Esto prepara la cadena de bloques para futuras amenazas potenciales.
