Derivación de claves HKDF

HKDF (Función de derivación de claves Extract-and-Expand basada en HMAC) está definida en RFC 5869. Proporciona un método robusto para derivar claves criptográficas a partir de material de clave de entrada usando un proceso de dos etapas: Extracción y Expansión.

HKDF es ampliamente adoptado en protocolos de seguridad modernos incluyendo TLS 1.3, Signal Protocol, Noise Protocol Framework y SSH. Su clara separación de las fases de extracción y expansión lo hace particularmente adecuado para la derivación de jerarquías de claves.

Fase de extracción: HKDF-Extract(salt, IKM) → PRK

La fase de extracción concentra la entropía potencialmente dispersa del material de clave de entrada (IKM) en una clave pseudoaleatoria (PRK) de longitud fija:

• Toma sal (opcional, por defecto HashLen ceros) e IKM como entradas
• Calcula PRK = HMAC-Hash(sal, IKM)
• La longitud del PRK es igual a la longitud de salida del hash (32 bytes para SHA-256)
• La sal actúa como clave para HMAC, fortaleciendo la extracción

Fase de expansión: HKDF-Expand(PRK, info, L) → OKM

La fase de expansión estira el PRK en material de clave de salida (OKM) de la longitud deseada:

• Toma PRK, info (contexto/etiqueta) y longitud de salida deseada L
• Calcula iterativamente T(i) = HMAC-Hash(PRK, T(i-1) | info | contador)
• Concatena resultados: OKM = T(1) | T(2) | ... | T(N)
• La longitud máxima de salida es 255 × HashLen bytes

Casos de uso comunes

• Programación de claves TLS 1.3: derivación de secretos de tráfico, claves de handshake y claves de aplicación
• Signal Protocol: derivación de claves de cadena y claves de mensaje a partir de secretos compartidos
• Intercambio de claves SSH: derivación de claves de cifrado e integridad post-ECDH
• Jerarquía de claves: derivación de múltiples claves de propósito específico a partir de un secreto maestro

HKDF vs PBKDF2

Consideraciones de seguridad

• HKDF asume que el IKM ya contiene suficiente entropía; no usar con contraseñas débiles
• El parámetro info debe identificar únicamente el uso previsto de la clave (separación de contexto)
• La sal es opcional pero recomendada para extraer múltiples claves del mismo IKM
• El PRK nunca debe usarse directamente; siempre use la fase de expansión para derivar las claves finales

Referencias técnicas

• RFC 5869 - HMAC-based Extract-and-Expand Key Derivation Function (HKDF)
• RFC 8446 - TLS 1.3 Key Schedule (Uses HKDF)
• Signal Double Ratchet Algorithm (Uses HKDF)
• MDN Web Crypto API - deriveBits (HKDF)