¿Qué es la infraestructura de clave pública (PKI)?

Durante años, la PKI ha permanecido en un segundo plano en el ámbito de la seguridad empresarial, como una cuestión especializada reservada a los criptógrafos y a los administradores de certificados. Eso ha cambiado. A medida que las organizaciones adoptan Arquitecturas de «Zero Trust» Y ahora que las identidades de las máquinas empiezan a superar en número a las humanas, la PKI ha pasado de ser una herramienta de fondo a convertirse en un plano de control estratégico. En este artículo se explica qué es, cómo funciona y qué lugar ocupa en una estrategia de seguridad moderna.

La infraestructura de clave pública es el marco compuesto por hardware, software, políticas y procedimientos que se utiliza para crear, gestionar, distribuir, utilizar, almacenar y revocar certificados digitales. Un certificado digital vincula un par de claves criptográficas a una identidad verificada, de modo que cualquier persona que utilice la clave pública pueda confiar en la identidad del titular de la clave privada correspondiente.

La premisa subyacente es la criptografía asimétrica. En lugar de un secreto compartido, cada parte posee una clave pública que puede distribuirse libremente y una clave privada que permanece bajo su control exclusivo. La PKI es lo que hace que ese modelo sea viable a gran escala, ya que proporciona una forma fiable de responder a la pregunta que toda parte que confía en el sistema debe plantearse: ¿pertenece realmente esta clave pública a quien dice pertenecerle?

Por definición, un marco de PKI debe abarcar todo el ciclo de vida de un certificado, no solo su creación. Una PKI operativa emite certificados, los distribuye a las partes adecuadas, realiza un seguimiento de los mismos y los revoca cuando ya no son fiables.

A nivel mecánico, la PKI se basa en dos operaciones criptográficas que puede realizar cualquier par de claves asimétricas. Una clave puede cifrar datos que solo la otra clave puede descifrar. Una clave puede firmar datos de tal forma que la otra clave pueda verificarlos. Dependiendo del caso de uso, las claves pública y privada desempeñan funciones diferentes, pero el principio matemático es el mismo.

Imaginemos un navegador que se conecta a un sitio web. Cuando se inicia la conexión, el servidor presenta su certificado digital. El certificado contiene la clave pública del servidor y una firma de una autoridad de certificación (CA) que avala la identidad del servidor. El navegador comprueba esa firma cotejándola con una lista de CA raíz de confianza que ya conoce. Si la firma es válida y el certificado no ha caducado ni ha sido revocado, el navegador confía en la clave pública y la utiliza para establecer una sesión cifrada.

Esa verificación depende de la cadena de confianza. Una CA raíz se sitúa en la parte superior de la jerarquía y firma su propio certificado. También firma los certificados de las CA intermedias, que a su vez firman los certificados de entidad final emitidos a servidores, dispositivos y usuarios. Cuando una parte que confía en el certificado lo valida, recorre la cadena hacia arriba hasta llegar a una CA raíz en la que ya confía. Para que el certificado sea aceptado, todos los eslabones de esa cadena deben ser válidos.

El certificado en sí mismo sigue un ciclo de vida definido:

1. Generación de un par de claves, en la que la parte solicitante crea una clave pública y una clave privada.
2. Solicitud de firma de certificado (CSR), en la que el solicitante incluye la clave pública junto con la información de identificación y la envía a una autoridad de certificación (CA).
3. Validación de la CA, en la que la CA (o una autoridad de registro que actúe en su nombre) verifica la identidad del solicitante.
4. Emisión: la CA firma el certificado con su propia clave privada.
5. Distribución: el certificado se instala en el servidor, el dispositivo o la cuenta de usuario que lo vaya a utilizar.
6. Utilizarlo cuando el certificado acredite la identidad y permita realizar operaciones de cifrado o firma.
7. Renovación, antes de que caduque el certificado.
8. Revocación, en caso de que el certificado se vea comprometido o ya no sea necesario.

Cada uno de estos pasos tiene implicaciones en materia de seguridad, y la mayoría de los retos operativos relacionados con la PKI se remontan a alguno de ellos.

El buen funcionamiento de una PKI depende de varios elementos que se complementan entre sí. Cada uno de ellos desempeña una función específica en la emisión de certificados, la verificación de su validez y su gestión a lo largo de todo su ciclo de vida.

Autoridad de certificación (CA)

La autoridad de certificación es el tercero de confianza que emite certificados digitales. Una CA firma cada certificado con su propia clave privada, lo que permite a las partes que confían en él verificar que el certificado es auténtico. La mayoría de las PKI utilizan una jerarquía: una CA raíz fuera de línea firma los certificados de las CA intermedias, que a su vez firman los certificados de las entidades finales. Esta estructura limita la exposición de la clave raíz y ofrece a los operadores una forma de compartimentar la confianza.

Autoridad de registro (RA)

La autoridad de registro verifica la identidad de cualquier persona que solicite un certificado. En algunas implementaciones, la CA actúa como su propia RA. En otras, especialmente a escala empresarial, una RA independiente se encarga de la verificación, de modo que la CA pueda centrarse en las operaciones criptográficas. En cualquier caso, la solidez de una PKI depende del rigor con el que la RA realice su trabajo.

Certificados digitales (X.509)

El estándar X.509 define el formato de la mayoría de los certificados digitales que se utilizan en la actualidad. Un certificado X.509 contiene el nombre distintivo del sujeto, la clave pública del sujeto, el nombre de la autoridad de certificación (CA) emisora, las fechas de emisión y caducidad del certificado, un número de serie, los usos permitidos y la firma de la CA. Esa firma es lo que convierte un conjunto de datos identificativos en una credencial verificable.

Lista de revocación de certificados (CRL) y OCSP

En ocasiones, es necesario invalidar los certificados antes de que caduquen, ya sea porque se ha filtrado una clave privada, porque un empleado ha dejado la organización o porque el certificado se emitió por error. Una CRL es una lista firmada de certificados revocados que una CA publica periódicamente. El Protocolo de estado de certificados en línea (OCSP) ofrece una alternativa en tiempo real, que permite a una parte que confía en el certificado preguntar a una CA si un certificado concreto sigue siendo válido en el momento de su uso.

Repositorio de certificados y sistema de gestión

Los certificados deben almacenarse en algún lugar y ser gestionados por alguien. Un repositorio de certificados almacena los certificados emitidos para que puedan recuperarse cuando sea necesario. Un sistema de gestión de certificados se encarga de las tareas operativas de emisión, distribución, renovación y revocación de certificados a gran escala. En organizaciones con miles o decenas de miles de certificados en uso, esta capa de gestión suele marcar la diferencia entre una PKI que funciona y otra que provoca interrupciones del servicio.

Archivado y recuperación de claves

Las claves privadas son secretos, pero también constituyen activos fundamentales para la empresa. Si se pierde una clave privada utilizada para el cifrado de datos, es posible que los datos cifrados no se puedan recuperar. Los sistemas de archivo de claves almacenan de forma segura copias de determinadas claves privadas para que los datos se puedan recuperar cuando sea necesario, al tiempo que equilibran esa capacidad de recuperación con el riesgo de que la clave quede expuesta.

Todos los certificados digitales siguen el mismo formato básico, pero se emiten con fines distintos y tienen implicaciones diferentes en materia de confianza. Comprender qué protege cada tipo resulta útil para cualquiera que deba decidir cómo encajar la PKI en una estrategia de seguridad más amplia.

Certificados Secure Sockets Layer (SSL)/Transport Layer Security (TLS)

Proteger el tráfico entre clientes y servidores en la web. Este es el uso más habitual de la PKI, presente en prácticamente todos los sitios web HTTPS, puntos finales de API y servicios de red cifrados.

Certificados de firma de código

Permitir a los editores de software firmar aplicaciones, controladores y scripts. Cuando un usuario o el sistema operativo ejecuta código firmado, puede verificar su origen y confirmar que el código no ha sido alterado desde que se firmó.

Correo electrónico y certificados S/MIME

Permite a los usuarios firmar los correos electrónicos para que los destinatarios puedan verificar la identidad del remitente, así como cifrarlos para que solo los destinatarios previstos puedan leerlos. Es habitual en sectores regulados y en la administración pública.

Certificados de autenticación de clientes

Identifica a los usuarios y los dispositivos en los sistemas a los que acceden. Las tarjetas inteligentes, las tarjetas de acceso común (CAC) y las tarjetas de verificación de identidad personal (PIV) que se utilizan en los organismos federales se basan en esta categoría. Las claves de seguridad de hardware también pueden utilizarla, como por ejemplo la Clave RSA iShield serie 2.

Certificados de firma de documentos

Aplicar firmas criptográficas a archivos PDF y otros documentos electrónicos, lo que confiere validez jurídica y valor probatorio a los contratos, documentos presentados y registros firmados.

Certificados de identidad de dispositivos y máquinas

Asignar identidades verificables a dispositivos IoT, servidores, contenedores y cargas de trabajo. Dado que, en algunos entornos, el número de identidades de máquina alcanza los millones, este es un uso de la PKI que está experimentando un rápido crecimiento.

La autenticación mediante infraestructura de clave pública (PKI) es el proceso que consiste en utilizar un certificado digital y la clave privada asociada a él para acreditar la identidad. En lugar de introducir una contraseña o un código de un solo uso, el usuario o el dispositivo presenta un certificado y demuestra criptográficamente que posee la clave privada correspondiente, respondiendo a una solicitud del sistema que verifica la autenticación.

En comparación con las contraseñas y los códigos de un solo uso, la autenticación basada en certificados presenta dos características importantes. En primer lugar, es resistente al phishing. Una clave privada no puede introducirse en una página de inicio de sesión falsa ni enviarse a un atacante que intercepte un mensaje. Permanece en el terminal o en un token de hardware y solo realiza operaciones criptográficas de forma local. En segundo lugar, reduce las molestias para el usuario. Una vez que se ha proporcionado un certificado, el proceso de autenticación puede ser transparente, sin requerir ninguna acción adicional más allá de tocar una tarjeta inteligente o desbloquear un dispositivo.

La autenticación basada en certificados es uno de los pilares de la seguridad moderna autenticación sin contraseña y resistente al phishing autenticación multifactor, y es uno de los pilares fundamentales de la identidad en los que se basan las arquitecturas «Zero Trust». En lugar de confiar en una ubicación de red, el modelo «Zero Trust» exige una prueba de identidad para cada decisión de acceso, y la PKI proporciona esa prueba de forma duradera, verificable y difícil de falsificar.

La PKI está presente en muchos ámbitos, pero la mayoría de las implementaciones se pueden clasificar en unas pocas categorías generales. Cada categoría resuelve un tipo específico de problema de confianza.

Comunicación segura

TLS es el ejemplo más conocido, ya que protege el tráfico web, las llamadas a API y el correo electrónico en tránsito. Las VPN y los túneles de sitio a sitio también dependen de la PKI para autenticar los extremos de un canal cifrado. En cada caso, la PKI proporciona la garantía de identidad que hace que el cifrado tenga sentido.

Demostrar la autenticidad y la integridad

La firma de código permite a los editores de software demostrar que los archivos binarios que un usuario está a punto de ejecutar proceden de la fuente prevista. La firma de documentos hace lo mismo con los archivos PDF y otros tipos de archivos. Los mecanismos de actualización de firmware y software utilizan la infraestructura de clave pública (PKI) para impedir que los atacantes introduzcan actualizaciones maliciosas en grandes conjuntos de dispositivos.

Autenticación de usuarios y dispositivos

Las tarjetas inteligentes, las tarjetas CAC/PIV y los inicios de sesión basados en certificados permiten a las organizaciones verificar quién se encuentra al otro lado de una sesión, en un dispositivo que cumple con la política establecida. Aquí es donde la PKI se relaciona más directamente con la gestión de identidades y accesos, y constituye una opción sólida para entornos de alta seguridad e implementaciones de «Zero Trust».

Identidad de la máquina y de la carga de trabajo

Las arquitecturas modernas dependen de que los servicios, los contenedores y los dispositivos del IoT puedan autenticarse entre sí. La PKI es el mecanismo que proporciona a cada carga de trabajo una identidad verificable, de modo que las decisiones de acceso puedan tomarse en función de la naturaleza de la carga de trabajo y no solo de su ubicación en la red.

La PKI perdura por una razón. Pocos enfoques alternativos para generar confianza funcionan a la misma escala o con las mismas garantías criptográficas.

• Autenticación resistente al phishing: Las claves privadas nunca salen del dispositivo y no pueden ser reutilizadas por un atacante que intercepte una sesión, lo que hace que la autenticación basada en certificados sea resistente frente a las tácticas de robo de credenciales que socavan la seguridad de las contraseñas y la autenticación multifactorial (MFA) basada en notificaciones push. RSA ha tratado este tema en otra publicación sobre Cómo los atacantes eluden la autenticación multifactorial (MFA) y por qué son importantes los enfoques resistentes al phishing.
• Confidencialidad e integridad en redes no fiables: Los datos cifrados con la clave pública de un destinatario solo pueden ser leídos por el titular de la clave privada correspondiente, y los datos firmados pueden verificarse sin necesidad de compartir ningún secreto previo. Esa combinación es la que hace posible el comercio, la banca y las comunicaciones seguras a través de la red pública de Internet.
• No repudio de las transacciones firmadas:Una firma digital respaldada por un certificado de confianza constituye una prueba sólida de que una parte concreta ha aprobado un documento o una transacción específicos, lo cual reviste importancia en los ámbitos jurídico, financiero y de cumplimiento normativo.
• Confianza escalable:Una única autoridad de certificación puede avalar la identidad de millones de titulares de certificados, sin que cada parte que confía en ellos tenga que establecer una relación de confianza directa con cada uno de ellos.
• Una base para el modelo «Zero Trust»:Todos los agentes de una arquitectura «Zero Trust», ya sean personas o máquinas, necesitan una identidad verificable. La PKI es una forma duradera de emitir y verificar esas identidades, y uno de los pilares fundamentales de una Enfoque de seguridad «Zero Trust».
• Armonización normativa y de garantía:Las normas FIPS, los Criterios Comunes, el reglamento eIDAS y los requisitos específicos de los sectores de la administración pública, los servicios financieros y la sanidad reconocen que los mecanismos basados en la PKI constituyen un control sólido para garantizar la identidad, la integridad y la confidencialidad.

A pesar de todas sus ventajas, la PKI conlleva riesgos operativos reales. La mayoría de los incidentes relacionados con la PKI no se deben a fallos de la criptografía en sí misma, sino a fallos de los sistemas y procesos que la rodean.

• Interrupciones en el servicio de certificados: Los certificados caducados provocan la interrupción de los servicios. Cuando un certificado de un equilibrador de carga, una API interna o una página web pública caduca sin que nadie se dé cuenta, los sistemas que dependen de él dejan de funcionar. Las interrupciones de gran repercusión atribuibles a certificados caducados son un fenómeno recurrente.
• Compromiso de la clave privada: Si se filtra una clave privada, todos los certificados firmados con ella corren peligro, y todas las sesiones o firmas que dependan de ella pasan a ser sospechosas. Recuperarse de la filtración de una clave privada suele implicar la revocación y la reemisión a gran escala.
• Compromiso de CA:Un atacante que consiga acceder a una autoridad de certificación (CA) puede emitir certificados fraudulentos en los que confían los navegadores, los sistemas operativos y otras partes que dependen de ellos. Los casos históricos de vulneración de CA han dado lugar a medidas de desconfianza generalizadas y han obligado a sustituir un gran número de certificados.
• Lagunas en la revocación:No todos los clientes comprueban las listas CRL, y las respuestas OCSP pueden dar lugar a fallos leves en determinadas condiciones de red que los atacantes pueden aprovechar. Incluso cuando la revocación funciona según lo previsto, suele haber un intervalo de tiempo durante el cual un certificado revocado sigue funcionando en la práctica.
• Exceso de certificados:Las organizaciones modernas gestionan decenas de miles de certificados en servicios en la nube, sistemas locales, dispositivos finales e identidades de máquina. Sin un inventario centralizado, es fácil perder la pista de qué certificados se han emitido, dónde están instalados y cuándo caducan.
• Amenaza poscuántica:Los algoritmos RSA y de curvas elípticas, en los que se basan la mayoría de las PKI actuales, se consideran seguros frente a los ordenadores clásicos, pero no frente a ordenadores cuánticos lo suficientemente grandes. El NIST ha comenzado a normalizar los algoritmos criptográficos poscuánticos, y las organizaciones que dependen de la PKI deben planificar una migración que se prolongará durante varios años.

Una PKI bien gestionada no es solo un conjunto de componentes criptográficos. Es una disciplina operativa. Las prácticas que se indican a continuación reducen el riesgo de que se produzcan los fallos descritos anteriormente.

Llevar un inventario completo de certificados

Realiza un seguimiento de todos los certificados en los servicios en la nube, los sistemas locales, los terminales y las identidades de máquina. Las hojas de cálculo manuales rara vez dan abasto en los entornos modernos, y una herramienta de detección e inventario merece la pena como inversión para cualquier organización a gran escala.

Automatizar la gestión del ciclo de vida de los certificados

La emisión, renovación e instalación automatizadas eliminan los errores humanos que provocan la mayoría de las interrupciones en los certificados. La automatización también hace que los certificados de corta duración resulten prácticos, lo que reduce el riesgo cuando una clave se ve comprometida.

Aplicar una protección sólida de las claves

Almacena las claves privadas de CA en módulos de seguridad de hardware (HSM) y protege las claves de las entidades finales mediante un almacenamiento seguro de claves en el terminal o en un token de hardware. La solidez de una PKI depende, en última instancia, del nivel de protección de sus claves privadas.

Utiliza certificados de corta duración siempre que sea posible

Una menor duración de los certificados reduce el alcance de los efectos de una clave comprometida y hace que la revocación resulte menos crítica desde el punto de vista operativo. La automatización es un requisito imprescindible en este caso, ya que renovar manualmente a gran escala certificados de corta duración no es viable.

Implementar una comprobación rigurosa de la revocación

La agrupación de certificados mediante OCSP, los intervalos cortos de actualización de las listas CRL y las políticas de fallo severo, cuando proceda, contribuyen a subsanar las deficiencias que hacen que, en la práctica, los certificados revocados sigan siendo válidos. La revocación solo es efectiva cuando las partes que confían en ellos comprueban realmente su estado.

Plan para la «criptoagilidad» y la migración poscuántica

Realizar un inventario de los algoritmos criptográficos que se utilizan en todo el entorno, identificar qué sistemas dependen de ellos y comenzar a evaluar las opciones poscuánticas a medida que maduren las normas del NIST. La migración llevará años, y las organizaciones que empiecen pronto serán las que tengan menos sorpresas indeseadas.

Jerarquías de segmentos CA

Mantenga las autoridades de certificación raíz desconectadas, controle estrictamente las autoridades de certificación intermedias y aplique políticas de certificados adecuadas a cada nivel y caso de uso. Una jerarquía bien segmentada limita el impacto de cualquier vulneración aislada.

El modelo «Zero Trust» ha cambiado los supuestos en los que se basan los equipos de seguridad. La ubicación en la red ya no implica confianza, y cada solicitud de acceso debe evaluarse en función de sus propias características. Ese modelo solo funciona si cada actor del entorno cuenta con una identidad que pueda verificarse con un alto grado de fiabilidad, y ahí es donde la PKI cobra un papel fundamental.

Para los usuarios, la PKI ofrece una autenticación basada en certificados que resiste el phishing y funciona en todos los dispositivos y aplicaciones. Para los dispositivos, proporciona una identidad verificable que puede comprobarse en cada decisión de acceso. Para las cargas de trabajo y los servicios, permite la identidad de máquina a la escala que requieren las arquitecturas modernas. La gestión de identidades y accesos (IAM),gobierno y administración de la identidad(IGA) y la gestión de identidades de máquinas se basan en la confianza que proporciona la PKI. Sin ella, el modelo «Zero Trust» se convierte en un conjunto de políticas sin una base sólida sobre la que aplicarlas.

La infraestructura de clave pública (PKI) es la capa de confianza que, de forma discreta, hace posible la mayor parte de lo que los equipos de seguridad dan por sentado, desde el tráfico web seguro hasta el software firmado, pasando por la autenticación de usuarios basada en certificados. A medida que las organizaciones avanzan hacia el modelo «Zero Trust» y que las identidades de máquinas y otras identidades no humanas siguen creciendo, la PKI se está convirtiendo en un plano de control estratégico, más que en una simple herramienta de fondo. Para gestionarla adecuadamente se requiere una disciplina operativa que abarque el inventario, la automatización, la protección de claves y una planificación con visión de futuro para la criptografía poscuántica.

La trayectoria de RSA en este ámbito es muy dilatada. El algoritmo RSA es uno de los sistemas criptográficos de clave pública fundamentales que han hecho posible la infraestructura moderna de claves públicas (PKI), y RSA sigue ayudando a las organizaciones a poner en práctica esa criptografía mediante la autenticación basada en certificados, los dispositivos de autenticación por hardware y las soluciones de identidad diseñadas para entornos de alta seguridad. Descubre cómo RSA ofrece soporte para la autenticación basada en certificados y resistente al phishing con RSA ID Plus.