¿Qué es un one-time pad? Cifrado y diferencias con OTP

Un one-time pad, o libreta de un solo uso, cifra un mensaje con una clave secreta y aleatoria de la misma longitud que el mensaje. En cada cifrado se utiliza material de clave nuevo. Bajo condiciones estrictas, observar el texto cifrado no aporta al atacante información adicional sobre el mensaje.

La sigla OTP también puede referirse a una contraseña o un código de acceso de un solo uso. Un one-time pad, un OTP de inicio de sesión y un enlace que solo se abre una vez resuelven problemas distintos.

Condiciones de un verdadero one-time pad

Para un mensaje de n bits, la construcción binaria necesita n bits secretos de clave que no se hayan usado:

Seleccionar la clave de manera uniforme: cada clave de n bits debe tener la misma probabilidad de ser elegida.
Generarla de forma independiente del mensaje y del resto del material de clave.
Mantenerla en secreto frente a quien observa la comunicación.
Usar cada segmento para cifrar un único mensaje. Nunca reutilizar segmentos que se solapen para otro cifrado.

Estas hipótesis sustentan la demostración de seguridad del capítulo de Mike Rosulek sobre one-time pads. Una frase fácil de recordar o una clave que se repite no las cumple.

Un ejemplo de XOR con cuatro bits

XOR, que se escribe ⊕, produce 0 cuando los dos bits coinciden y 1 cuando son distintos. Para cifrar se combinan el mensaje y la clave; para descifrar se aplica de nuevo la misma clave.

Paso	Operación	Resultado
Cifrar	`1010 ⊕ 0110`	`1100`
Descifrar	`1100 ⊕ 0110`	`1010`

El mensaje es 1010, la clave es 0110 y el texto cifrado es 1100. Repetir XOR con la misma clave cancela su efecto. El ejemplo ilustra la matemática; una comunicación real también necesita gestión segura de claves y autenticación.

Qué significa realmente el secreto perfecto

En la sección 10 del artículo original de Claude Shannon, el secreto perfecto significa que conocer el texto cifrado no cambia las probabilidades que el observador asigna a los mensajes.

Esto no exige que todos los mensajes sean igual de probables. Si un mensaje de la misma longitud parecía más probable antes, puede seguir siéndolo después. El texto cifrado no añade nuevas pruebas. El modelo habitual de longitud fija tampoco oculta el momento de la comunicación, sus participantes ni la longitud del mensaje.

Por qué reutilizar la clave rompe la garantía

Si dos mensajes de la misma longitud usan la misma clave K, entonces C1 = M1 ⊕ K y C2 = M2 ⊕ K. Al combinar los textos cifrados, K se cancela:

C1 ⊕ C2 = M1 ⊕ M2

El atacante descubre una relación entre los mensajes. Esto no revela automáticamente ambos textos completos. Sin embargo, un fragmento de texto en claro conocido deja al descubierto el segmento de clave correspondiente y esa misma parte del otro mensaje. Una estructura previsible también puede ayudar a comprobar conjeturas.

Límites prácticos más allá de la ecuación

Ambas partes deben compartir de antemano suficiente material secreto de clave. Deben protegerlo mientras está almacenado, sincronizar sus posiciones de uso y evitar que se vuelvan a aplicar segmentos usados. La cantidad de clave que hay que distribuir crece con la información enviada; la operación XOR no resuelve ese problema.

Una libreta por sí sola no proporciona integridad ni autenticación del remitente. Cambiar un bit del texto cifrado cambia el bit correspondiente al descifrarlo, sin una advertencia incorporada. La confidencialidad por sí sola no demuestra quién envió el mensaje ni si fue alterado.

One-time pad, OTP de acceso y enlace de una sola visualización

Término	Finalidad	Significado de «un solo uso»
One-time pad	Cifrar el contenido del mensaje	Cada segmento de clave se usa para un solo cifrado
OTP de acceso	Autenticar la posesión de un autenticador	El código generado se acepta una vez mientras sea válido
Enlace de una sola visualización	Limitar el acceso a través de un servicio	Se bloquean nuevas aperturas después de un desbloqueo correcto

La sección 3.1.4 de las directrices de NIST sobre autenticadores describe OTP de acceso generados a partir del secreto de un autenticador y un valor de tiempo o contador. Sirven para autenticar; no son claves de one-time pad para cifrar mensajes.

Qué papel tiene LOCK.PUB

La nota protegida con contraseña de LOCK.PUB ofrece controles de acceso. No implementa un one-time pad ni ofrece cifrado de extremo a extremo o un modelo de conocimiento cero: el servidor procesa el texto en claro de la nota. Los enlaces normales pueden abrirse varias veces de forma predeterminada. Si se usa una opción de una sola visualización, mostrar el contenido con la contraseña correcta bloquea nuevos desbloqueos; no elimina inmediatamente el contenido almacenado ni recupera descargas, capturas de pantalla u otras copias.

Para compartir información en la práctica, consulta la guía de notas secretas. La guía de cifrado de texto explica qué conviene tener en cuenta al proteger un texto.

Preguntas frecuentes

¿Es imposible descifrar un one-time pad?

El esquema ideal ofrece secreto perfecto bajo sus hipótesis. La exposición de claves, los segmentos reutilizados, los dispositivos comprometidos y la manipulación requieren un análisis aparte.

¿Puede una semilla corta producir una clave de one-time pad auténtica?

Un generador seudoaleatorio seguro puede expandir una semilla corta en una máscara más larga y ofrecer seguridad computacional bajo ciertas hipótesis. Su salida no se distribuye uniformemente entre todas las cadenas más largas posibles, por lo que no ofrece el secreto perfecto del one-time pad.

¿«Un solo uso» significa que el mensaje desaparece?

En una libreta describe el uso de la clave. En un enlace describe el acceso. Ninguna de las dos expresiones demuestra por sí sola que se haya borrado el contenido ni elimina las copias que alguien ya haya hecho.