Criptografia Simétrica: AES e Cifras de Fluxo

Criptografia simétrica usa a mesma chave para criptografia e descriptografia. Ela é rápida e eficiente, sendo ideal para criptografar grandes volumes de dados. O problema da distribuição de chaves — como duas partes podem compartilhar a chave com segurança — é seu principal desafio.

AES é o padrão global para criptografia simétrica, adotado pelo NIST em 2001. Ele opera em blocos de 128 bits, com tamanhos de chave de 128, 192 ou 256 bits. O AES é usado em TLS, na criptografia de discos, em Wi-Fi (WPA2) e em inúmeros outros protocolos.

Os modos de operação da cifra de bloco determinam como o AES processa dados maiores que um bloco:

• ECB — cada bloco é criptografado de forma independente (inseguro — revela padrões)
• CBC — cada bloco é combinado por XOR com o texto cifrado anterior (exige IV)
• GCM — criptografia autenticada; fornece confidencialidade e integridade (preferível)
• CTR — transforma a cifra de bloco em uma cifra de fluxo

O AES-GCM fornece Criptografia Autenticada com Dados Associados (AEAD): criptografia e verificação de integridade em uma única operação. Qualquer adulteração do texto cifrado é detectada. É usado no TLS 1.3 e em protocolos modernos. Prefira sempre GCM a CBC em sistemas novos.

Cifras de fluxo criptografam os dados um bit ou byte por vez, usando um fluxo de chaves pseudoaleatório combinado por XOR com o texto claro. Exemplos: RC4 (quebrado), ChaCha20 (moderno, usado no TLS 1.3). Cifras de fluxo são eficientes para dados de tamanho variável e ambientes com recursos de hardware limitados.

ChaCha20-Poly1305 é uma cifra AEAD moderna usada no TLS 1.3 e no WireGuard. ChaCha20 é a cifra de fluxo; Poly1305 fornece o código de autenticação. Apresenta desempenho melhor que AES em dispositivos sem aceleração de AES integrada (dispositivos móveis, IoT).

Ambas as partes precisam ter a mesma chave, mas como trocá-la com segurança? Opções:

• Chave pré-compartilhada (troca física)
• Encapsulamento de chave com criptografia assimétrica
• Troca de chaves Diffie-Hellman por um canal não confiável

AES-128 oferece segurança suficiente para a maioria dos usos. AES-256 é usado para dados ultrassecretos e por considerações pós-quânticas. A sobrecarga adicional de AES-256 em comparação com AES-128 é mínima com aceleração integrada ao processador (instruções de CPU AES-NI).

Exemplos de uso da criptografia simétrica:

A criptografia de disco completo (FDE) usa criptografia simétrica para proteger dados em repouso:

• BitLocker (Windows) — AES-XTS-128 ou 256
• FileVault 2 (macOS) — AES-XTS-128
• LUKS (Linux) — configurável, normalmente AES-XTS-256

Nunca use estes algoritmos em sistemas novos:

• DES — chave de 56 bits, quebrado desde 1999
• 3DES — lento, descontinuado no TLS
• RC4 — cifra de fluxo com várias vulnerabilidades
• Modo ECB — revela padrões dos dados (o "pinguim do ECB")

Qual modo do AES fornece confidencialidade e integridade (criptografia autenticada) e é preferido nos protocolos modernos?

A criptografia simétrica usa uma única chave para criptografar e descriptografar. AES é o padrão, com o modo GCM preferido para criptografia autenticada. ChaCha20-Poly1305 é a alternativa moderna para dispositivos com recursos limitados. Evite DES, 3DES, RC4 e o modo ECB. A distribuição de chaves exige criptografia assimétrica ou Diffie-Hellman.