Una firma digital es un mecanismo criptográfico que se utiliza para verificar la autenticidad e integridad de los datos digitales. Podemos considerarla como una versión digital de las firmas manuscritas ordinarias, pero con mayores niveles de complejidad y seguridad.

En términos simples, podemos describir una firma digital como un código adjunto a un mensaje o documento. Una vez generado, el código actúa como prueba de que el mensaje no ha sido manipulado en su camino desde el remitente hasta el receptor.

Aunque el concepto de proteger las comunicaciones mediante criptografía se remonta a la antigüedad, los esquemas de firma digital se convirtieron en una posible realidad en la década de 1970, gracias al desarrollo de la criptografía de clave pública (PKC). Entonces, para aprender cómo funcionan las firmas digitales, primero debemos comprender los conceptos básicos de las funciones hash y la criptografía de clave pública.


Funciones hash

El hash es uno de los elementos centrales de un sistema de firma digital. El proceso de hash implica transformar datos de cualquier tamaño en una salida de tamaño fijo. Esto se hace mediante un tipo especial de algoritmos conocidos como funciones hash. La salida generada por una función hash se conoce como valor hash o resumen de mensaje.

Cuando se combinan con la criptografía, las llamadas funciones hash criptográficas se pueden utilizar para generar un valor hash (resumen) que actúa como una huella digital única. Esto significa que cualquier cambio en los datos de entrada (mensaje) daría como resultado una salida completamente diferente (valor hash). Y esa es la razón por la que las funciones hash criptográficas se utilizan ampliamente para verificar la autenticidad de los datos digitales.


Criptografía de clave pública (PKC)

La criptografía de clave pública, o PKC, se refiere a un sistema criptográfico que utiliza un par de claves: una clave pública y una clave privada. Las dos claves están relacionadas matemáticamente y pueden usarse tanto para cifrado de datos como para firmas digitales.

Como herramienta de cifrado, PKC es más segura que los métodos más rudimentarios de cifrado simétrico. Mientras que los sistemas más antiguos dependen de la misma clave para cifrar y descifrar información, PKC permite el cifrado de datos con la clave pública y el descifrado de datos con su clave privada correspondiente.

Aparte de eso, el esquema PKC también puede aplicarse en la generación de firmas digitales. En esencia, el proceso consiste en codificar un mensaje (o datos digitales) junto con la clave privada del firmante. A continuación, el destinatario del mensaje puede comprobar si la firma es válida utilizando la clave pública proporcionada por el firmante.

En algunas situaciones, las firmas digitales pueden implicar cifrado, pero no siempre es así. Por ejemplo, la cadena de bloques de Bitcoin utiliza PKC y firmas digitales, pero, a diferencia de lo que muchos tienden a creer, no hay cifrado en el proceso. Técnicamente, Bitcoin implementa el llamado algoritmo de firma digital de curva elíptica (ECDSA) para autenticar transacciones.


Cómo funcionan las firmas digitales

En el contexto de las criptomonedas, un sistema de firma digital suele constar de tres pasos básicos: hash, firma y verificación.

Hash de los datos

El primer paso es codificar el mensaje o los datos digitales. Esto se hace enviando los datos a través de un algoritmo hash para que se genere un valor hash (es decir, el resumen del mensaje). Como se mencionó, los mensajes pueden variar significativamente en tamaño, pero cuando se procesan mediante hash, todos sus valores hash tienen la misma longitud. Esta es la propiedad más básica de una función hash.

Sin embargo, el hash de los datos no es obligatorio para producir una firma digital porque se puede usar una clave privada para firmar un mensaje que no fue hash en absoluto. Pero en el caso de las criptomonedas, los datos siempre se procesan mediante hash porque tratar con resúmenes de longitud fija facilita todo el proceso.

Firma

Una vez procesada la información, el remitente del mensaje debe firmarla. Este es el momento donde entra en juego la criptografía de clave pública. Existen varios tipos de algoritmos de firma digital, cada uno con su mecanismo particular. Pero esencialmente, el mensaje hash se firmará con una clave privada y el receptor del mensaje podrá verificar su validez utilizando la clave pública correspondiente (proporcionada por el firmante).

Dicho de otra manera, si no se incluye la clave privada cuando se genera la firma, el receptor del mensaje no podrá utilizar la clave pública correspondiente para verificar su validez. El remitente del mensaje genera tanto la clave pública como la privada, pero solo la clave pública se comparte con el receptor.

Vale la pena señalar que las firmas digitales están directamente relacionadas con el contenido de cada mensaje. Entonces, a diferencia de las firmas manuscritas, que tienden a ser las mismas independientemente del mensaje, cada mensaje firmado digitalmente tendrá una firma digital diferente.

Verificando

Tomemos un ejemplo para ilustrar todo el proceso hasta el paso final de verificación. Imagine que Alice le escribe un mensaje a Bob, lo codifica y luego combina el valor hash con su clave privada para generar una firma digital. La firma funcionará como una huella digital única de ese mensaje en particular.

Cuando Bob recibe el mensaje, puede comprobar la validez de la firma digital utilizando la clave pública proporcionada por Alice. De esta manera, Bob puede estar seguro de que la firma fue creada por Alice porque solo ella tiene la clave privada que corresponde a esa clave pública (al menos eso es lo que esperamos).

Por eso, es fundamental que Alice mantenga su clave privada en secreto. Si otra persona consigue la clave privada de Alice, puede crear firmas digitales y hacerse pasar por Alice. En el contexto de Bitcoin, esto significa que alguien podría usar la clave privada de Alice para mover o gastar sus Bitcoins sin su permiso.


¿Por qué son importantes las firmas digitales?

Las firmas digitales se utilizan a menudo para lograr tres resultados: integridad de los datos, autenticación y no repudio.

  • Integridad de los datos. Bob puede verificar que el mensaje de Alice no cambió en el camino. Cualquier modificación en el mensaje produciría una firma completamente diferente.

  • Autenticidad. Mientras la clave privada de Alice se mantenga en secreto, Bob puede usar su clave pública para confirmar que las firmas digitales fueron creadas por Alice y nadie más.

  • No repudio. Una vez generada la firma, Alice no podrá negar haberla firmado en el futuro, a menos que su clave privada se vea comprometida de alguna manera.


Casos de uso

Las firmas digitales se pueden aplicar a varios tipos de documentos y certificados digitales. Como tales, tienen varias aplicaciones. Algunos de los casos de uso más comunes incluyen:

  • Tecnologías de la información. Mejorar la seguridad de los sistemas de comunicación por Internet.

  • Finanzas. Se pueden implementar firmas digitales en auditorías, informes de gastos, acuerdos de préstamo y mucho más.

  • Legal. Firma digital de todo tipo de contratos comerciales y acuerdos legales, incluidos documentos gubernamentales.

  • Cuidado de la salud. Las firmas digitales pueden prevenir el fraude de recetas y registros médicos.

  • Cadena de bloques. Los esquemas de firma digital garantizan que sólo los propietarios legítimos de las criptomonedas puedan firmar una transacción para mover los fondos (siempre que sus claves privadas no estén comprometidas).


Limitaciones

Los principales desafíos que enfrentan los esquemas de firma digital se basan en al menos tres requisitos:

  • Algoritmo. La calidad de los algoritmos utilizados en un esquema de firma digital es importante. Esto incluye la elección de funciones hash y sistemas criptográficos fiables.

  • Implementación. Si los algoritmos son buenos, pero la implementación no, es probable que el sistema de firma digital presente fallas.

  • Llave privada. Si las claves privadas se filtran o se ven comprometidas de alguna manera, las propiedades de autenticidad y no repudio quedarán invalidadas. Para los usuarios de criptomonedas, perder una clave privada puede provocar pérdidas financieras importantes.


Firmas electrónicas versus firmas digitales

En pocas palabras, las firmas digitales se relacionan con un tipo particular de firmas electrónicas: cualquier método electrónico de firma de documentos y mensajes. Por tanto, todas las firmas digitales son firmas electrónicas, pero no siempre ocurre lo contrario.

La principal diferencia entre ellos es el método de autenticación. Las firmas digitales implementan sistemas criptográficos, como funciones hash, criptografía de clave pública y técnicas de cifrado.


Pensamientos finales

Las funciones hash y la criptografía de clave pública son el núcleo de los sistemas de firma digital, que ahora se aplican a una amplia gama de casos de uso. Si se implementan correctamente, las firmas digitales pueden aumentar la seguridad, garantizar la integridad y facilitar la autenticación de todo tipo de datos digitales.

En el ámbito blockchain, las firmas digitales se utilizan para firmar y autorizar transacciones de criptomonedas. Son particularmente importantes para Bitcoin porque las firmas garantizan que las monedas sólo puedan ser gastadas por las personas que poseen las claves privadas correspondientes.

Aunque llevamos años utilizando firmas electrónicas y digitales, todavía hay mucho margen de crecimiento. Una gran parte de la burocracia actual todavía se basa en el papeleo, pero probablemente veremos una mayor adopción de esquemas de firma digital a medida que migremos a un sistema más digitalizado.