API Web Crypto: Una Guía Completa de Operaciones Criptográficas

La API Web Crypto es una API de JavaScript que permite a los desarrolladores realizar operaciones criptográficas directamente en el navegador. Esto abre posibilidades para construir aplicaciones web seguras sin depender del procesamiento del lado del servidor para tareas sensibles. Este artículo proporciona una visión general completa de la API Web Crypto, cubriendo sus funcionalidades clave, casos de uso y mejores prácticas.

Introducción a la Criptografía en el Navegador

Tradicionalmente, las operaciones criptográficas se manejaban principalmente en el lado del servidor debido a preocupaciones de seguridad y las limitaciones de JavaScript del lado del cliente. Sin embargo, la API Web Crypto proporciona una forma segura y estandarizada de realizar tareas criptográficas directamente en el navegador. Esto permite una variedad de nuevas características, como el cifrado del lado del cliente, la autenticación segura y las firmas digitales, todo sin transmitir datos sensibles al servidor innecesariamente.

Una de las principales ventajas de la criptografía del lado del cliente es la reducción de la carga del servidor. Al descargar las computaciones criptográficas en el navegador, el servidor puede concentrarse en otras tareas, mejorando el rendimiento general de la aplicación. Además, el cifrado del lado del cliente puede mejorar la privacidad del usuario al garantizar que los datos sensibles se cifren antes de que salgan del dispositivo del usuario.

Conceptos Clave de la API Web Crypto

La API Web Crypto se basa en los siguientes conceptos clave:

• Algoritmos de Criptografía: La API soporta varios algoritmos criptográficos, incluyendo cifrado simétrico (ej., AES), cifrado asimétrico (ej., RSA), algoritmos de hashing (ej., SHA-256) y algoritmos de firma digital (ej., ECDSA).
• Claves: Las operaciones criptográficas a menudo requieren claves. La API Web Crypto proporciona mecanismos para generar, importar, exportar y almacenar claves de forma segura. Las claves pueden ser simétricas (usadas tanto para cifrado como para descifrado) o asimétricas (que consisten en una clave pública y una clave privada).
• Interfaz SubtleCrypto: La interfaz SubtleCrypto es el punto de entrada principal para acceder a las funciones criptográficas. Proporciona métodos para realizar hashing, cifrado, descifrado, firma y verificación.
• Promesas: Todas las operaciones criptográficas en la API Web Crypto son asíncronas y devuelven promesas. Esto asegura que la interfaz de usuario del navegador permanezca receptiva mientras se realizan tareas criptográficas que pueden consumir mucho tiempo.

Algoritmos Criptográficos Soportados

La API Web Crypto soporta una amplia gama de algoritmos criptográficos. Aquí están algunos de los más comúnmente usados:

Cifrado Simétrico

• AES (Estándar de Cifrado Avanzado): Un algoritmo de cifrado simétrico ampliamente utilizado. La API Web Crypto soporta los modos AES-CBC, AES-CTR, AES-GCM y AES-KW.

Cifrado Asimétrico

• RSA (Rivest-Shamir-Adleman): Un algoritmo de cifrado asimétrico popular. La API Web Crypto soporta los esquemas de relleno RSA-OAEP y RSA-PSS.
• ECDSA (Algoritmo de Firma Digital de Curva Elíptica): Un algoritmo de firma asimétrica basado en criptografía de curva elíptica.
• ECDH (Diffie-Hellman de Curva Elíptica): Un protocolo de acuerdo de clave basado en criptografía de curva elíptica.

Algoritmos de Hashing

• SHA-256 (Algoritmo de Hash Seguro de 256 bits): Un algoritmo de hashing ampliamente utilizado que produce un valor hash de 256 bits.
• SHA-384 (Algoritmo de Hash Seguro de 384 bits): Un algoritmo de hashing que produce un valor hash de 384 bits.
• SHA-512 (Algoritmo de Hash Seguro de 512 bits): Un algoritmo de hashing que produce un valor hash de 512 bits.

Operaciones Criptográficas Básicas

Exploremos algunas operaciones criptográficas básicas utilizando la API Web Crypto con ejemplos de código.

Hashing

El hashing es el proceso de transformar datos en una cadena de caracteres de tamaño fijo (un valor hash). El hashing se utiliza para comprobaciones de integridad de datos, almacenamiento de contraseñas e indexación.

            
async function hashData(data) {
 const encoder = new TextEncoder();
 const dataBuffer = encoder.encode(data);
 const hashBuffer = await crypto.subtle.digest('SHA-256', dataBuffer);
 const hashArray = Array.from(new Uint8Array(hashBuffer));
 const hashHex = hashArray
 .map((b) => b.toString(16).padStart(2, '0'))
 .join('');
 return hashHex;
}

// Example usage:
hashData('Hello, world!')
 .then((hash) => console.log('SHA-256 Hash:', hash))
 .catch((err) => console.error('Hashing error:', err));

            

              
                Copy
              
            
          

Generación de Claves Simétricas

Las claves simétricas se utilizan para el cifrado y descifrado con la misma clave. La API Web Crypto le permite generar claves simétricas utilizando el método generateKey().

            
async function generateAESKey() {
 return await crypto.subtle.generateKey(
 {
 name: 'AES-GCM',
 length: 256,
 },
 true, // extractable
 ['encrypt', 'decrypt'] // usages
 );
}

// Example usage:
generateAESKey()
 .then((key) => {
 console.log('AES Key generated:', key);
 // Use the key for encryption/decryption
 })
 .catch((err) => console.error('Key generation error:', err));

            

              
                Copy
              
            
          

Cifrado de Datos

El cifrado es el proceso de transformar datos en un formato ilegible para proteger su confidencialidad. Aquí hay un ejemplo de cifrado de datos usando AES-GCM:

            
async function encryptData(key, data) {
 const encoder = new TextEncoder();
 const dataBuffer = encoder.encode(data);
 const iv = crypto.getRandomValues(new Uint8Array(12)); // Initialization vector

 const encryptedData = await crypto.subtle.encrypt(
 {
 name: 'AES-GCM',
 iv: iv,
 },
 key,
 dataBuffer
 );

 // Combine IV and encrypted data for storage/transmission
 const combined = new Uint8Array(iv.length + encryptedData.byteLength);
 combined.set(iv, 0);
 combined.set(new Uint8Array(encryptedData), iv.length);
 return combined;
}

// Example usage (assuming you have an AES key):
generateAESKey().then(key => {
 encryptData(key, 'Sensitive data')
 .then((encrypted) => {
 console.log('Encrypted data:', encrypted);
 })
 .catch((err) => console.error('Encryption error:', err));
});

            

              
                Copy
              
            
          

Descifrado de Datos

El descifrado es el proceso de transformar datos cifrados de nuevo a su formato original y legible. Aquí hay un ejemplo de descifrado de datos cifrados con AES-GCM:

            
async function decryptData(key, combined) {
 const iv = combined.slice(0, 12);
 const encryptedData = combined.slice(12);

 const decryptedData = await crypto.subtle.decrypt(
 {
 name: 'AES-GCM',
 iv: iv,
 },
 key,
 encryptedData
 );

 const decoder = new TextDecoder();
 return decoder.decode(decryptedData);
}

// Example usage (assuming you have the AES key and encrypted data):
generateAESKey().then(key => {
 encryptData(key, 'Sensitive data').then(encrypted => {
 decryptData(key, encrypted)
 .then((decrypted) => {
 console.log('Decrypted data:', decrypted);
 })
 .catch((err) => console.error('Decryption error:', err));
 });
});

            

              
                Copy
              
            
          

Generación de Claves Asimétricas

Las claves asimétricas consisten en una clave pública y una clave privada. La clave pública se puede compartir con otros, mientras que la clave privada debe mantenerse en secreto. La API Web Crypto soporta la generación de claves asimétricas utilizando el método generateKey().

            
async function generateRSAKey() {
 return await crypto.subtle.generateKey(
 {
 name: 'RSA-OAEP',
 modulusLength: 2048, // The length of the key in bits
 publicExponent: new Uint8Array([0x01, 0x00, 0x01]), // Commonly 65537
 hash: 'SHA-256',
 },
 true, // extractable
 ['encrypt', 'decrypt'] // usages
 );
}

// Example usage:
generateRSAKey()
 .then((keyPair) => {
 console.log('RSA Public Key:', keyPair.publicKey);
 console.log('RSA Private Key:', keyPair.privateKey);
 // Use the keys for encryption/decryption
 })
 .catch((err) => console.error('Key generation error:', err));
});

            

              
                Copy
              
            
          

Firma de Datos

Las firmas digitales se utilizan para verificar la autenticidad e integridad de los datos. El remitente firma los datos con su clave privada, y el destinatario verifica la firma con la clave pública del remitente.

            
async function signData(privateKey, data) {
 const encoder = new TextEncoder();
 const dataBuffer = encoder.encode(data);

 const signature = await crypto.subtle.sign(
 {
 name: 'RSASSA-PKCS1-v1_5',
 hash: { name: 'SHA-256' },
 },
 privateKey,
 dataBuffer
 );

 return signature;
}

// Example usage (assuming you have an RSA key pair):
generateRSAKey().then(keyPair => {
 signData(keyPair.privateKey, 'Data to sign')
 .then((signature) => {
 console.log('Signature:', signature);
 })
 .catch((err) => console.error('Signing error:', err));
});

            

              
                Copy
              
            
          

Verificación de Firmas

Verificar una firma digital confirma que los datos no han sido alterados y que realmente fueron firmados por el remitente declarado.

            
async function verifySignature(publicKey, signature, data) {
 const encoder = new TextEncoder();
 const dataBuffer = encoder.encode(data);

 const isValid = await crypto.subtle.verify(
 {
 name: 'RSASSA-PKCS1-v1_5',
 hash: { name: 'SHA-256' },
 },
 publicKey,
 signature,
 dataBuffer
 );

 return isValid;
}

// Example usage (assuming you have the RSA key pair and the signature):
generateRSAKey().then(keyPair => {
 signData(keyPair.privateKey, 'Data to sign').then(signature => {
 verifySignature(keyPair.publicKey, signature, 'Data to sign')
 .then((isValid) => {
 console.log('Signature is valid:', isValid);
 })
 .catch((err) => console.error('Verification error:', err));
 });
});

            

              
                Copy
              
            
          

Gestión de Claves

La gestión adecuada de claves es crucial para la seguridad de cualquier sistema criptográfico. La API Web Crypto proporciona mecanismos para generar, importar, exportar y almacenar claves de forma segura. Sin embargo, almacenar claves de forma segura en el navegador puede ser un desafío.

Consideraciones sobre el Almacenamiento de Claves

• IndexedDB: Una opción es almacenar claves en IndexedDB, una base de datos NoSQL basada en el navegador. Sin embargo, IndexedDB no está diseñado específicamente para el almacenamiento seguro de claves, por lo que es importante implementar medidas de seguridad adicionales, como cifrar las claves antes de almacenarlas.
• LocalStorage/Cookies: Generalmente, no se recomienda utilizarlos para almacenar claves criptográficas debido a sus características de seguridad limitadas y el potencial de ataques de cross-site scripting (XSS).
• Módulos de Seguridad de Hardware (HSMs): En escenarios más avanzados, se pueden utilizar extensiones de navegador o aplicaciones nativas para interactuar con módulos de seguridad de hardware (HSMs) para el almacenamiento seguro de claves y operaciones criptográficas.

Importación y Exportación de Claves

La API Web Crypto le permite importar y exportar claves en varios formatos, como:

• JWK (JSON Web Key): Un formato basado en JSON para representar claves criptográficas.
• PKCS#8: Un formato estándar para almacenar claves privadas.
• SPKI (Subject Public Key Info): Un formato estándar para almacenar claves públicas.

La importación y exportación de claves puede ser útil para transferir claves entre diferentes sistemas o para hacer copias de seguridad de las claves.

Envuelto y Desenvuelto de Claves

El envuelto de claves es el proceso de cifrar una clave con otra clave (la clave de envuelto). Esto se puede utilizar para proteger las claves mientras se almacenan o transmiten. La API Web Crypto soporta el envuelto y desenvuelto de claves utilizando algoritmos como AES-KW y RSA-OAEP.

Casos de Uso para la API Web Crypto

La API Web Crypto abre una amplia gama de posibilidades para construir aplicaciones web seguras. Aquí hay algunos casos de uso comunes:

• Cifrado del Lado del Cliente: Cifrar datos sensibles en el navegador antes de enviarlos al servidor. Esto puede proteger los datos de la escucha y el acceso no autorizado.
• Autenticación Segura: Implementar mecanismos de autenticación seguros utilizando firmas digitales y protocolos de intercambio de claves.
• Verificaciones de Integridad de Datos: Usar algoritmos de hashing para verificar la integridad de los datos descargados del servidor.
• Comunicación Segura: Establecer canales de comunicación seguros utilizando cifrado y protocolos de intercambio de claves.
• Gestión de Derechos Digitales (DRM): Implementar esquemas DRM para proteger contenido con derechos de autor.
• Gestión de Contraseñas: Implementar mecanismos seguros de almacenamiento y recuperación de contraseñas. Usar PBKDF2 para hashear contraseñas en el lado del cliente antes de enviarlas al servidor.

Consideraciones de Seguridad

Si bien la API Web Crypto proporciona una herramienta potente para construir aplicaciones web seguras, es importante ser consciente de los posibles riesgos de seguridad y seguir las mejores prácticas:

• Cross-Site Scripting (XSS): Los ataques XSS pueden comprometer la seguridad de su aplicación y permitir a los atacantes robar datos sensibles, incluidas las claves criptográficas. Proteja su aplicación de ataques XSS sanitizando adecuadamente la entrada del usuario y utilizando políticas de seguridad de contenido (CSP).
• Ataques Man-in-the-Middle (MITM): Los ataques MITM pueden interceptar y modificar el tráfico de red, comprometiendo potencialmente la confidencialidad e integridad de los datos. Proteja su aplicación de ataques MITM utilizando HTTPS y verificando la autenticidad de los certificados del servidor.
• Ataques de Canal Lateral: Los ataques de canal lateral explotan la información filtrada durante las operaciones criptográficas, como variaciones de tiempo o consumo de energía, para recuperar claves secretas. La API Web Crypto está diseñada para mitigar los ataques de canal lateral, pero es importante ser consciente de este riesgo y utilizar las mejores prácticas para la implementación criptográfica.
• Gestión de Claves: La gestión segura de claves es crucial para la seguridad de cualquier sistema criptográfico. Proteja sus claves del acceso no autorizado y asegúrese de que se almacenen y manejen de forma segura.
• Selección de Algoritmos: Elija algoritmos criptográficos y tamaños de clave apropiados para sus requisitos de seguridad. Evite el uso de algoritmos débiles o anticuados. Consulte con expertos en seguridad para determinar los mejores algoritmos para su aplicación.
• Actualizaciones Regulares: Mantenga su navegador y bibliotecas JavaScript actualizados con los últimos parches de seguridad. Las vulnerabilidades en estos componentes pueden comprometer la seguridad de su aplicación.

Mejores Prácticas para Usar la API Web Crypto

Aquí hay algunas mejores prácticas para usar la API Web Crypto:

• Usar HTTPS: Siempre use HTTPS para proteger su aplicación de ataques MITM.
• Sanitizar la Entrada del Usuario: Sanitice adecuadamente la entrada del usuario para prevenir ataques XSS.
• Usar Políticas de Seguridad de Contenido (CSP): Use CSPs para restringir los recursos que su aplicación puede cargar, mitigando el riesgo de ataques XSS.
• Elegir Algoritmos Fuertes: Seleccione algoritmos criptográficos y tamaños de clave fuertes que sean apropiados para sus requisitos de seguridad.
• Implementar una Gestión de Claves Segura: Implemente prácticas de gestión de claves seguras para proteger sus claves del acceso no autorizado.
• Mantener su Software Actualizado: Mantenga su navegador y bibliotecas JavaScript actualizados con los últimos parches de seguridad.
• Probar su Aplicación Exhaustivamente: Pruebe su aplicación exhaustivamente para identificar y corregir posibles vulnerabilidades de seguridad.
• Considerar una Biblioteca de Criptografía: Si bien la API Web Crypto es potente, usar una biblioteca de criptografía bien verificada (como TweetNaCl.js o CryptoJS) puede proporcionar seguridad y conveniencia adicionales. Estas bibliotecas a menudo manejan detalles de bajo nivel y casos extremos, reduciendo el riesgo de errores.

Ejemplos de la API Web Crypto en Acción

Consideremos un par de ejemplos del mundo real donde la API Web Crypto puede ser utilizada para mejorar la seguridad y la privacidad:

Aplicación de Mensajería Segura

Una aplicación de mensajería segura puede utilizar la API Web Crypto para cifrar mensajes en el lado del cliente antes de enviarlos al servidor. Esto asegura que solo el destinatario previsto pueda leer los mensajes, incluso si el servidor está comprometido. Los usuarios podrían generar pares de claves, cifrar mensajes con la clave pública del destinatario y firmar mensajes con su propia clave privada. El destinatario usaría entonces su clave privada para descifrar el mensaje y verificar la firma del remitente con su clave pública.

Almacenamiento Seguro de Archivos

Una aplicación de almacenamiento seguro de archivos puede utilizar la API Web Crypto para cifrar archivos en el lado del cliente antes de subirlos al servidor. Esto protege los archivos del acceso no autorizado, incluso si el servidor está comprometido. Los usuarios podrían generar claves de cifrado, cifrar archivos con estas claves y luego almacenar de forma segura los archivos cifrados junto con las claves (quizás envolviendo las claves para una protección adicional). Cuando un usuario quiere acceder a un archivo, la aplicación recuperaría el archivo cifrado y la clave correspondiente, descifraría el archivo en el lado del cliente y luego lo mostraría al usuario.

Temas Avanzados

Más allá de lo básico, la API Web Crypto ofrece varias características avanzadas para casos de uso especializados:

• Funciones de Derivación de Clave (KDFs): Las KDFs se utilizan para derivar claves criptográficas a partir de contraseñas u otros valores secretos. La API Web Crypto soporta PBKDF2 (Función de Derivación de Clave Basada en Contraseña 2), una KDF ampliamente utilizada para la derivación de claves basada en contraseña.
• Cifrado Autenticado: Los algoritmos de cifrado autenticado, como AES-GCM y ChaCha20-Poly1305, proporcionan tanto confidencialidad como integridad. Cifran los datos y también generan una etiqueta de autenticación que puede usarse para verificar la integridad de los datos.
• Criptografía de Curva Elíptica (ECC): ECC es un tipo de criptografía asimétrica basada en curvas elípticas. La API Web Crypto soporta ECDSA (Algoritmo de Firma Digital de Curva Elíptica) y ECDH (Diffie-Hellman de Curva Elíptica), que se utilizan comúnmente para firmas digitales e intercambio de claves.

Conclusión

La API Web Crypto proporciona una forma potente y estandarizada de realizar operaciones criptográficas directamente en el navegador. Esto permite a los desarrolladores construir aplicaciones web seguras sin depender del procesamiento del lado del servidor para tareas sensibles. Al comprender los conceptos clave de la API Web Crypto, seguir las mejores prácticas y ser consciente de los posibles riesgos de seguridad, puede aprovechar esta poderosa herramienta para mejorar la seguridad y la privacidad de sus aplicaciones web. A medida que las aplicaciones web se vuelven cada vez más sofisticadas y manejan datos más sensibles, la API Web Crypto desempeñará un papel cada vez más importante en la garantía de la seguridad y la privacidad de la web.