Criptografia simétrica e assimétrica

A encriptação moderna divide-se em duas famílias, com base na forma como as chaves funcionam:

• Simétrica: a mesma chave encripta e desencripta. Exemplo: AES.
• Assimétrica: utiliza um par de chaves, em que uma chave encripta e outra diferente desencripta. Exemplo: RSA.

Os sistemas reais combinam ambas. Compreender as suas vantagens e desvantagens é essencial para atacar e defender sistemas criptográficos.

Na encriptação simétrica, ambas as partes partilham uma chave secreta. A mesma chave bloqueia e desbloqueia os dados.

• Vantagem: muito rápida, ideal para grandes quantidades de dados.
• Desvantagem: é necessário partilhar a chave com segurança primeiro. Este é o problema da distribuição de chaves.

AES (Padrão Avançado de Encriptação) é a cifra simétrica dominante. É uma cifra de blocos que opera em blocos de 128 bits, com chaves de 128, 192 ou 256 bits.

O AES é rápido, dispõe de aceleração por hardware nos CPUs modernos e é considerado seguro quando utilizado corretamente. AES-256 é a escolha comum para alta segurança.

Uma cifra de blocos precisa de um modo de funcionamento para processar dados maiores do que um bloco:

• ECB: inseguro; blocos idênticos produzem textos cifrados idênticos, revelando padrões. Evite-o.
• CBC: encadeia blocos com um vetor de inicialização (IV). É melhor, mas requer cuidado.
• GCM: fornece encriptação e autenticação (AEAD). É o modo moderno recomendado.

Uma demonstração famosa: encriptar uma imagem de um pinguim com o AES no modo ECB ainda revela o contorno do pinguim. O ECB encripta blocos de texto claro idênticos em blocos de texto cifrado idênticos, permitindo que a estrutura transpareça.

É por isso que deve reconhecer o ECB como uma descoberta durante as avaliações. A cifra é forte; a fraqueza está no modo.

A encriptação assimétrica utiliza um par de chaves matematicamente relacionadas:

• Chave pública: partilhada livremente. Qualquer pessoa pode encriptar algo para si com ela.
• Chave privada: mantida em segredo. Apenas si pode desencriptar com ela.

Isto resolve a distribuição de chaves: pode publicar a sua chave pública abertamente sem comprometer a segurança.

RSA é o algoritmo assimétrico clássico. A sua segurança baseia-se na dificuldade de fatorizar o produto de dois números primos grandes.

Atualmente, são comuns chaves de 2048 bits; 3072 ou 4096 bits oferecem uma margem maior. O RSA é lento em comparação com o AES, por isso raramente é utilizado para encriptar diretamente grandes quantidades de dados.

As chaves assimétricas têm duas funções distintas:

• Confidencialidade: encripte com a chave pública do destinatário; apenas a chave privada dele pode desencriptar.
• Autenticidade (assinatura): assine com a sua chave privada; qualquer pessoa pode verificar com a sua chave pública, comprovando que veio de si.

Repare que as chaves são utilizadas em funções opostas para estes dois objetivos.

Protocolos reais, como o TLS, combinam ambas. O processo é o seguinte:

• Utilize criptografia assimétrica lenta uma vez para trocar com segurança uma chave de sessão aleatória.
• Utilize o AES simétrico rápido com essa chave de sessão para os dados propriamente ditos.

Assim, obtém a velocidade da encriptação simétrica e a conveniência de distribuição de chaves da encriptação assimétrica.

O Diffie-Hellman permite que duas partes concordem num segredo partilhado através de um canal inseguro, sem nunca enviar o próprio segredo. É a base da troca de chaves moderna do TLS.

As variantes de curvas elípticas (ECDH, ECDSA) alcançam a mesma segurança que o RSA com chaves muito menores, tornando-as mais rápidas e cada vez mais utilizadas por predefinição.

Algoritmos fortes falham devido a uma utilização inadequada. Procure estas descobertas:

• Modo ECB a revelar padrões do texto claro.
• IVs/nonces reutilizados ou previsíveis em CBC ou GCM.
• Chaves incorporadas diretamente no código ou em ficheiros de configuração.
• Chaves RSA pequenas (512 ou 1024 bits) que podem ser fatorizadas.
• Comportamento de oráculo de preenchimento que revela o texto claro um byte de cada vez.

Raramente a matemática está quebrada; normalmente, a implementação é que está.

Aplique o que aprendeu sobre chaves públicas e privadas.

Comparou as duas famílias de encriptação:

• Simétrica (AES): uma chave partilhada, rápida, mas com distribuição de chaves difícil. Utilize o modo GCM, nunca ECB.
• Assimétrica (RSA, ECC): par de chaves pública/privada, resolve a distribuição, mas é lenta.
• Encripte com a chave pública do destinatário; assine com a sua chave privada.
• Os sistemas híbridos e o Diffie-Hellman combinam o melhor de ambas no TLS.

A seguir: identificar e quebrar resumos na prática.