Modos de operación y la línea de Coopaburrá

El escudo de la Institución, aplanado a dos colores y cifrado con AES-256 y una llave de 256 bits generada al azar. Se cifraron los bytes de los píxeles, no el archivo: por eso el resultado sigue siendo una imagen. Lo único que cambia entre las dos versiones cifradas es el modo de operación.

Y ahora con datos, que es donde duele

Una imagen impresiona, pero el problema real está en los registros. Este texto tiene cuatro bloques de dieciséis caracteres y tres de ellos son idénticos. Cífrelo en los dos modos y compare bloque contra bloque.

Tomen una imagen con zonas de color uniforme, cífrenla en ECB y en CBC conservando la cabecera del archivo, y comparen. Entreguen las dos imágenes y la explicación de la diferencia.

1. Usen el BMP de muestra escudo-plano.bmp, que viene con el laboratorio — 24 bits, colores planos y 128 px de ancho, para que los píxeles queden en un múltiplo de 16 bytes y -nopad no dé error. Si prefieren traer la suya, que sea un BMP de 24 bits con pocos colores y zonas grandes de un solo tono: con degradados o fotografía el efecto no aparece, porque ECB solo delata lo que se repite.
2. Separen la cabecera de los píxeles. En un BMP la cabecera ocupa los primeros 54 bytes. Si la cifran también, el archivo deja de abrirse.
3. Cifren solo los píxeles, en ECB y en CBC, con la misma llave y sin relleno.
4. Vuelvan a pegar la cabecera delante de cada resultado y abran los dos archivos.

# llave de 256 bits y vector de 128, como el martes
openssl rand -hex 32 > llave.hex
openssl rand -hex 16 > vi.hex

# separar cabecera (54 bytes) y píxeles
head -c 54 escudo-plano.bmp > cabecera.bin
tail -c +55 escudo-plano.bmp > pixeles.bin

# cifrar SOLO los píxeles, sin relleno, con -K mayúscula
openssl enc -aes-256-ecb -in pixeles.bin -out ecb.bin -K $(cat llave.hex) -nopad
openssl enc -aes-256-cbc -in pixeles.bin -out cbc.bin -K $(cat llave.hex) -iv $(cat vi.hex) -nopad

# volver a armar las imágenes
cat cabecera.bin ecb.bin > escudo-ecb.bmp
cat cabecera.bin cbc.bin > escudo-cbc.bmp

# pip install pillow cryptography
import os
from PIL import Image
from cryptography.hazmat.primitives.ciphers import Cipher, algorithms, modes

img = Image.open("escudo-plano.bmp").convert("RGB")
img = img.quantize(colors=2).convert("RGB")     # aplanar: sin esto no se ve nada
crudo = img.tobytes()
assert (img.width * 3) % 16 == 0                # la fila debe cuadrar con el bloque

llave, vi = os.urandom(32), os.urandom(16)
def cifra(modo):
    c = Cipher(algorithms.AES(llave), modo).encryptor()
    return c.update(crudo) + c.finalize()

Image.frombytes("RGB", img.size, cifra(modes.ECB())[:len(crudo)]).save("ecb.png")
Image.frombytes("RGB", img.size, cifra(modes.CBC(vi))[:len(crudo)]).save("cbc.png")

Cifren un texto en CTR y en GCM, alteren un byte del texto cifrado en los dos casos e intenten descifrar. Documenten qué pasa en cada modo y por qué. Este panel hace el ataque completo en su navegador; el mismo ataque en Python está más abajo.

# pip install cryptography
import os
from cryptography.hazmat.primitives.ciphers.aead import AESGCM

llave = AESGCM.generate_key(bit_length=256)
nonce = os.urandom(12)                           # 96 bits, distinto cada vez
c = AESGCM(llave).encrypt(nonce, b"VALOR=0000100000", b"cuenta=4471")

alterado = bytearray(c); alterado[6] ^= 0x09      # el ataque de arriba
AESGCM(llave).decrypt(nonce, bytes(alterado), b"cuenta=4471")   # → InvalidTag

Esta es la línea real del programador de tareas de Coopaburrá: la que produce el respaldo diario que viaja a Sabaneta los viernes. Tiene tres problemas distintos y solo uno es evidente.

openssl enc -aes-256-cbc -in respaldo_diario.sql -out respaldo_diario.enc \
  -k $(cat /opt/backup/llave.txt)

Herramienta · qué hace realmente cada opción

Las herramientas ofrecen dos formas de darles una llave y no son lo mismo, aunque se parezcan en la línea de comandos. Escriba una contraseña y compare.

Su hoja de auditoría

Escriban los tres problemas. Este panel no los corrige: es para ordenar el trabajo antes de pasarlo al informe.

Seis situaciones. En una de ellas la respuesta correcta es que ningún modo sirve, porque el problema no es el modo.

Una página por equipo al final del bloque. Se evalúa el análisis, no el resultado.

• Las dos imágenes del ejercicio 1, con la explicación de qué propiedad de ECB hace visible el dibujo.
• Las dos salidas del ejercicio 2 y la respuesta sobre el nonce repetido, separada para CTR y para GCM.
• Los tres problemas de la evidencia C, cada uno con su consecuencia para Coopaburrá.
• La línea corregida, completa.
• Una frase final: de los hallazgos H3 y H4 del caso, ¿cuál de los dos quedaría resuelto con lo que aprendieron hoy, y cuál no?