La aleatoriedad importa: por qué tantos fallos criptográficos son fallos de generación de números

EL ESLABÓN QUE NADIE MIRA

Cuando se anuncia que un sistema criptográfico ha sido comprometido, la intuición sugiere que alguien ha encontrado una debilidad matemática en el algoritmo. En la práctica es infrecuente. Los algoritmos estándar acumulan décadas de criptoanálisis público y resisten.

Lo que falla con regularidad es la generación de números aleatorios. Y falla porque la aleatoriedad es un requisito silencioso: no produce error visible cuando es deficiente. Un sistema con entropía pobre funciona con normalidad, cifra, descifra y valida firmas. Simplemente es predecible para quien lo sepa.

QUÉ SIGNIFICA IMPREDECIBLE

Un ordenador es una máquina determinista: dada la misma entrada, produce la misma salida. Por definición no puede generar azar por sí mismo.

Lo que hace es recolectar entropía del mundo físico —tiempos entre pulsaciones de teclado, ruido térmico de componentes, variaciones en la latencia de disco, instrucciones específicas del procesador diseñadas para ello— y usarla para sembrar un generador pseudoaleatorio criptográficamente seguro, que expande esa semilla en una secuencia larga.

La seguridad del conjunto se reduce a la calidad de la semilla. Un generador impecable sembrado con poca entropía produce una salida perfectamente predecible para quien pueda enumerar las semillas posibles.

LOS FALLOS CLÁSICOS

Los modos de fallo se repiten con notable regularidad.

El primero es el arranque en frío de dispositivos empotrados. Un router o un dispositivo del internet de las cosas que genera sus claves en el primer arranque, antes de haber acumulado entropía, produce claves de un espacio muy reducido. Se han documentado auditorías a gran escala que encontraron claves repetidas entre dispositivos de distintos fabricantes.

El segundo es la reutilización de valores que deben usarse una sola vez. Determinados esquemas de firma requieren un valor aleatorio distinto en cada operación; repetirlo permite recuperar la clave privada mediante álgebra elemental. Este error ha comprometido sistemas comerciales relevantes.

El tercero es la clonación de máquinas virtuales. Duplicar una imagen que contiene el estado del generador hace que ambas instancias produzcan la misma secuencia.

LA CUESTIÓN DE LA CONFIANZA EN EL HARDWARE

Los procesadores modernos incorporan instrucciones que entregan aleatoriedad generada por ruido físico en el propio silicio. Es rápido y de buena calidad.

Plantea, sin embargo, un problema de verificabilidad: el usuario no puede auditar el interior del chip. La respuesta razonable de los sistemas operativos actuales es no depender de una sola fuente, sino mezclar varias mediante una función de extracción, de manera que el resultado sea seguro si al menos una de ellas lo es.

CÓMO DETECTARLO

Comprobar la calidad de un generador es sorprendentemente difícil. Las baterías de pruebas estadísticas detectan sesgos groseros, pero una secuencia generada por un algoritmo determinista con semilla conocida pasa todas esas pruebas sin dificultad. La aleatoriedad estadística y la impredecibilidad criptográfica no son lo mismo.

La única defensa práctica es de proceso: usar las fuentes que ofrece el sistema operativo en lugar de implementaciones propias, no generar claves antes de que el sistema declare tener entropía suficiente, y desconfiar de cualquier dispositivo que produzca material criptográfico en su primer segundo de vida.