Fundamentos de Criptografía y Seguridad Informática: De la Teoría a la Práctica

1. Fundamentos y Terminología de la Criptología

Criptología: Disciplina que une la criptografía (sistemas para ocultar mensajes) y el criptoanálisis (procedimientos para romperlos).
Texto en claro: El mensaje original en su formato fuente, legible e interpretable.
Texto cifrado / Criptograma: Mensaje resultante del cifrado que es ininteligible para cualquiera que no posea la clave secreta asociada.
Cifrar: Acción técnica de transformación de un texto en claro en un criptograma usando un algoritmo.
Descifrar: Proceso de recuperar el texto en claro desde uno cifrado.
Criptosistema / Cifrador: Conjunto de algoritmos matemáticos, protocolos y claves que permiten cifrar y descifrar mensajes de forma autónoma.
Clave: Parámetro secreto e independiente que modifica la transformación del algoritmo para que el resultado final sea único y seguro.
Contraseña: Código alfanumérico introducido por un usuario que se somete a transformaciones para derivar una clave criptográfica válida.
Espacio de claves: Número total de claves matemáticamente posibles en un sistema.

2. Elementos de la Seguridad Informática

Confidencialidad: Garantiza que solo los usuarios o entidades autorizadas accedan a la información protegida.
Integridad: Garantiza que la información no sea modificada, alterada o destruida.
Disponibilidad: Garantiza que los sistemas de información y datos estén siempre accesibles cuando se requieran.
Autenticidad: Verifica el origen de los datos y la identidad de los interlocutores, evitando la suplantación.

3. Evolución Histórica y Criptosistemas Clásicos

Escítala espartana: Cilindro del siglo V a.C. donde se enrollaba una tira de papiro para escribir; es un ejemplo de cifrado por transposición.
Cifrado por transposición: Método clásico que desordena o permuta las posiciones físicas de las letras originales sin cambiarlas.
Cifrado de Julio César: Cifrado monoalfabético de sustitución que desplaza cada letra tres posiciones hacia adelante en el alfabeto.
Cifrado de Augusto: Variante del cifrado César que realiza un desplazamiento constante de una posición (+1).
Cifrado por sustitución: Método clásico donde los caracteres originales se reemplazan por otras letras, símbolos o números según un diccionario.
Cifrado monoalfabético: Sustitución donde cada letra se cambia siempre por la misma; es vulnerable al análisis de frecuencias estadísticas.
Cifrador de Alberti: Dispositivo de discos concéntricos del siglo XV que permitió usar múltiples alfabetos y claves dinámicas.
Cifrado polialfabético: Cifrado por sustitución que altera diferentes alfabetos en un mismo mensaje, camuflando las estadísticas del idioma.

Máquinas de rotores (Siglo XX): Aparatos electromecánicos (como Enigma) que cambiaban continuamente el alfabeto cifrado al pulsar cada tecla.

4. Malware e Ingeniería Social

Ciberdelincuencia económica: Atacantes enfocados en actividades ilícitas lucrativas como fraude, robo de credenciales, extorsión y ransomware.
Actores patrocinados por estados: Atacantes dirigidos a objetivos estratégicos estatales con campañas personalizadas y persistencia a largo plazo.
Amenazas internas (insiders): Empleados o proveedores con acceso legítimo que cometen abuso de privilegios, sabotaje o filtración.
Hacktivismo: Atacantes motivados por cuestiones ideológicas o políticas que buscan visibilidad o la interrupción de servicios.
Atacantes oportunistas: Actores que explotan indiscriminadamente sistemas mal configurados o vulnerabilidades conocidas.
Virus: Malware que se inserta en un fichero o programa legítimo y requiere la acción del usuario para ejecutarse.
Gusanos: Malware que se propaga automáticamente por la red usando vulnerabilidades, sin necesidad de alterar otros archivos.
Troyano: Malware oculto bajo la apariencia de un programa legítimo para engañar al usuario.
Puerta trasera (Backdoor): Mecanismo de acceso remoto no autorizado que elude los controles de autenticación.
Rootkit: Herramientas diseñadas para ocultar procesos y archivos maliciosos manipulando el sistema operativo.
Bomba lógica: Código malicioso que ejecuta su acción destructiva al cumplirse una condición o fecha específica.
Botnet: Red de equipos comprometidos (bots) controlados de forma coordinada a través de un servidor de mando y control (C2).
Spyware: Malware especializado en observar, recolectar y monitorizar la actividad del usuario.
Keylogger: Software diseñado para capturar y registrar las pulsaciones del teclado.
Infostealer: Malware orientado a extraer credenciales, cookies, tokens y carteras de criptomonedas.
Ransomware: Malware que secuestra datos cifrándolos y exige un rescate.
Ingeniería social: Técnicas de manipulación psicológica para obtener secretos o realizar acciones inseguras.
Phishing: Mensajes o enlaces fraudulentos que imitan fuentes legítimas:
- Spear phishing: Ataque dirigido a un objetivo específico.
- Whaling: Phishing dirigido a directivos de alto valor (CEOs).
- Smishing y Vishing: Ataques a través de SMS (smishing) o llamadas de voz (vishing).
Pharming: Redirección fraudulenta hacia sitios web falsos mediante ataques a DNS.

Fatiga MFA: Envío masivo y repetitivo de solicitudes de autenticación multifactor para que el usuario acepte por error o cansancio.

5. Seguridad de Red y Ataques

Ataque a la cadena de suministro: Compromiso de componentes de software o dependencias antes de llegar al usuario final.
Source Map: Fichero de depuración que vincula el código de producción con el fuente; su exposición revela propiedad intelectual.
Denegación de servicio (DoS/DDoS): Saturación de un recurso informático para inhabilitarlo.
Man-in-the-Middle (MITM): Intercepción donde un atacante se sitúa entre dos interlocutores para escuchar o alterar el tráfico.
Ataque de reproducción (Replay): Captura de un mensaje válido para reenviarlo y duplicar transacciones.
Envenenamiento ARP: Inyección de respuestas ARP falsas en red local para desviar tráfico.
Envenenamiento DNS: Alteración de registros de nombres de dominio para redirigir a una IP fraudulenta.

6. Ataques a Nivel de Aplicación

Cross-Site Scripting (XSS): Inyección de scripts maliciosos en webs sin validar.
- XSS Reflejado: Se activa al pinchar en una URL manipulada.
- XSS Almacenado: Inyección permanente guardada en la base de datos.
- XSS Basado en DOM: Modifica el árbol de objetos del navegador localmente.
Inyección SQL: Inserción de comandos de base de datos en campos de texto.
Inyección XPath/XQuery: Manipulación de consultas XML.
Recorrido de directorios: Manipulación de rutas de archivos (ej. ../) para acceder a zonas restringidas.
Drive-by download: Descarga automática de malware al visitar una web comprometida.
Tipos de Cookies: De primera mano, de terceros, de sesión o persistentes.
Atributo Cookie Segura: Directiva que obliga a transmitir la cookie solo bajo HTTPS.
Asalto de sesión (Hijacking): Robo del identificador de sesión activo.
Cross-Site Request Forgery (CSRF): Obliga al navegador a realizar peticiones no deseadas en una web donde el usuario está autenticado.
Token CSRF: Cadena secreta en formularios para validar la legitimidad de la petición.

Desbordamiento de búfer: Error de programación que escribe datos más allá de los límites de un búfer en RAM, permitiendo ejecutar código arbitrario.

7. Transporte Seguro de Datos

TLS (Transport Layer Security): Protocolo que negocia algoritmos y crea claves simétricas para transmisiones seguras.
HTTPS: HTTP sobre TLS para confidencialidad y autenticación.
Validaciones de Certificados: DV (dominio), OV (organización) y EV (validación extendida).
QUIC: Protocolo sobre UDP que integra TLS 1.3 reduciendo la latencia.
SSH (Secure Shell): Protocolo para administración remota segura.
IPSec y VPN: Tecnologías para crear túneles cifrados y seguros en la capa de red.
WireGuard: Protocolo VPN moderno de capa 3 enfocado en alta velocidad.
DTLS y STARTTLS: Variantes de TLS para UDP y elevación dinámica de conexiones.
mTLS (Mutual TLS): Autenticación mutua mediante certificados digitales.

8. Criptografía Avanzada, Funciones Hash y Cifradores

Criptografía asimétrica: Uso de clave pública (cifrar/verificar) y privada (descifrar/firmar).
RSA: Basado en la factorización de grandes números primos.
Curvas elípticas (ECC): Seguridad equivalente a RSA con claves más pequeñas.
Diffie-Hellman: Protocolo para acordar una clave simétrica sobre un canal público.
Firma digital: Garantiza autoría, integridad y no repudio.
ML-KEM: Estándar postcuántico basado en redes modulares.
Función Hash: Algoritmo determinista que genera un resumen único (huella digital).
SHA-3: Estándar basado en la estructura de esponja (Keccak).
Sal (Salt): Valor aleatorio añadido a contraseñas para evitar ataques de tablas Rainbow.
Algoritmos de Contraseña: PBKDF2, BCRYPT, SCRYPT y ARGON2 (este último es el más avanzado).
OPAQUE y Passkeys: Métodos modernos de autenticación sin contraseñas tradicionales.
AES: Estándar simétrico por bloques dominante.
ChaCha20: Cifrador en flujo de alto rendimiento.
PRNG vs TRNG: Generadores pseudoaleatorios (matemáticos) frente a generadores de azar real (físicos).