I. Resumen ejecutivo
Este módulo desarrolla el concepto de identidad digital derivada como extensión de la credencial raíz emitida en módulos anteriores. Se establecen principios de diseño, arquitectura técnica, controles de seguridad y mecanismos de interoperabilidad. Además, se presenta un ejemplo de implementación en Python, comentado línea por línea, que ilustra la generación de una identidad derivada utilizando algoritmos criptográficos modernos, integridad mediante SHA-3 y firma digital ECDSA. La integración con HSM/KMS y la gestión del ciclo de vida de las llaves se abordará en el siguiente módulo.
II. Definiciones y alcance
Credencial raíz: contenedor maestro, protegido criptográficamente, que concentra datos biométricos y demográficos del titular.
Identidad derivada: instancia digital vinculada a la raíz, generada con algoritmos de derivación de claves y protegida por políticas de ciclo de vida (uso, caducidad, revocación).
Interoperabilidad: capacidad de una identidad derivada para ser aceptada en entornos heterogéneos (PKI, JWT/COSE, RFID/NFC, transporte, pagos).
Alcance del módulo: generación, empaquetado, transporte y verificación de identidades derivadas, con énfasis en seguridad y privacidad.
III. Principios de diseño
Separación de contextos: cada derivado debe incluir identificadores únicos no correlacionables.
Política de uso restringido: vigencia limitada y alcance funcional definido al momento de emisión.
Resistencia criptográfica: uso de funciones de derivación basadas en SHA-3 y claves de al menos 256 bits.
Protección biométrica: evitar la transferencia de plantillas; emplear mecanismos de on-card compare o cifrado simétrico robusto.
Compatibilidad internacional: alineación con ISO/IEC 7816, ISO/IEC 14443, ISO/IEC 18000, perfiles X.509 y recomendaciones de NIST.
IV. Arquitectura propuesta
[Credencial Raíz] --(KDF SHA-3/HKDF)--> [Clave derivada]
| |--> Certificado X.509 / Token JWT
| |--> Clave HMAC para autenticación
| |--> Clave AES-GCM para cifrado biométrico
Componentes principales:
Autoridad emisora (Issuer/CA): firma y valida las derivadas.
Motor de derivación: ejecuta HKDF-SHA3 con parámetros de contexto y política.
Verificador (Relying Party): valida la firma/certificado y aplica controles de caducidad o revocación.
Servicio de auditoría/revocación: mantiene trazabilidad mínima y mecanismos de invalidación.
V. Especificación técnica de derivación
Entradas
Digest de la credencial raíz.
Contexto de uso (ej.: transporte, pago, autenticación web).
Nonce aleatorio.
Políticas de uso (TTL, alcance, atributos).
Algoritmo propuesto
Digest raíz: SHA3-256(root_container)
Salt dinámico: HMAC_SHA3(root_digest, Context || Nonce)
HKDF-SHA3:
PRK = HKDF-Extract(salt, root_digest)
OKM = HKDF-Expand(PRK, info=Context || Policy, L=64)
Claves derivadas:
K_enc: cifrado AES-GCM 256
K_mac: HMAC-SHA3
K_sign: semilla para ECDSA/P-256 o P-384
VI. Formatos de credenciales derivadas
X.509 v3: con extensiones específicas para rootHash, context y validity.
JWT/CWT: para entornos móviles e IoT, con claims estándar y campo derivation.
Credencial JSON segura: empaquetado portable con atributos cifrados y firma digital.
VII. Seguridad y privacidad
Identificadores efímeros para evitar correlación.
Tokens de corta duración que reducen la necesidad de revocación.
Revocación activa mediante CRL/OCSP o introspección de tokens.
Protección de datos sensibles con cifrado AES-GCM y claves exclusivas por contexto.
VIII. Ejemplo en Python (simulación sin HSM)
-- coding: utf-8 --
"""
Módulo 3 — Ejemplo de identidad derivada (simulada)
Copyright © 2025 Antonio José Socorro Marín. Todos los derechos reservados.
Nota: En producción, las claves privadas y firmas deben ejecutarse dentro de un HSM/KMS.
"""
import os, json, hashlib, hmac, time
from base64 import urlsafe_b64encode
from cryptography.hazmat.primitives import hashes, serialization
from cryptography.hazmat.primitives.asymmetric import ec
from cryptography.hazmat.primitives.kdf.hkdf import HKDF
from cryptography.hazmat.primitives.ciphers.aead import AESGCM
import jwt # pip install PyJWT
--- Datos raíz simulados ---
root_container = b"ROOT_CONTAINER_SIMULADO"
context = b"MOB_TRANSIT"
nonce = os.urandom(16)
policy = {"ttl": 3600, "scope": "transit"}
Digest raíz con SHA3-256
root_digest = hashlib.sha3_256(root_container).digest()
Salt dinámico
salt = hmac.new(root_digest, context + nonce, hashlib.sha3_256).digest()
HKDF-SHA3 para derivación
hkdf = HKDF(algorithm=hashes.SHA3_256(), length=64, salt=salt,
info=context + json.dumps(policy).encode())
okm = hkdf.derive(root_digest)
K_enc, K_mac, seed = okm[0:32], okm[32:48], okm[48:64]
Generación de par ECDSA (simulada)
private_key = ec.generate_private_key(ec.SECP256R1())
public_key = private_key.public_key()
Serializar clave pública
pub_pem = public_key.public_bytes(
encoding=serialization.Encoding.PEM,
format=serialization.PublicFormat.SubjectPublicKeyInfo
).decode()
Construcción de token derivado
now = int(time.time())
payload = {
"iss": "issuer.example.org",
"sub": f"derived:{urlsafe_b64encode(root_digest[:12]).decode()}",
"aud": "transit.provider",
"iat": now,
"exp": now + policy["ttl"],
"context": context.decode(),
"policy": policy
}
private_pem = private_key.private_bytes(
encoding=serialization.Encoding.PEM,
format=serialization.PrivateFormat.PKCS8,
encryption_algorithm=serialization.NoEncryption()
)
token = jwt.encode(payload, private_pem, algorithm="ES256")
Cifrado de biométrico simulado
aesgcm = AESGCM(K_enc)
iv = os.urandom(12)
biometric = b"TEMPLATE_BIOMETRICO"
ciphertext = aesgcm.encrypt(iv, biometric, None)
credencial = {
"token": token,
"public_key": pub_pem,
"enc_biometric": {
"iv": urlsafe_b64encode(iv).decode(),
"ciphertext": urlsafe_b64encode(ciphertext).decode()
}
}
with open("credencial_derivada.json", "w") as f:
json.dump(credencial, f, indent=2)
print("Identidad derivada generada en credencial_derivada.json")
Comentarios
Este ejemplo simula el flujo; en producción, la clave privada debe generarse y custodiarse en un HSM.
SHA-3 se utiliza como base para HKDF, aportando resistencia criptográfica moderna.
El token derivado (JWT) contiene claims mínimos y se firma con ECDSA.
El dato biométrico se cifra con AES-GCM utilizando una clave exclusiva.
IX. Recomendaciones operativas
Implementar políticas estrictas de caducidad y rotación.
Mantener registros de auditoría cifrados con separación de funciones.
Utilizar identificadores efímeros en lugar de permanentes.
En contextos sensibles (pagos, transporte), preferir credenciales de un solo uso o de corta duración.
X. Próximos pasos
En el Módulo 4 se integrarán las operaciones de HSM/KMS, incluyendo:
Generación y almacenamiento de claves en hardware seguro.
Uso de interfaces PKCS#11 para firma y cifrado.
Políticas de ciclo de vida de llaves.
Auditoría de operaciones criptográficas.
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