O que é criptografia? Escondendo mensagens do inimigo

Hoje, a criptografia ajuda a proteger nossos dados digitais quando eles passam pela internet. Amanhã, o campo pode dar outro salto; com os computadores quânticos no horizonte, os criptógrafos estão aproveitando o poder da física para produzir as cifras mais seguras até hoje.

Métodos históricos de guardar segredo

A palavra “criptografia” é derivada das palavras gregas “kryptos”, que significa oculto, e “graphein”, para escrever. Em vez de esconder fisicamente uma mensagem dos olhos do inimigo, a criptografia permite que duas partes se comuniquem à vista, mas em uma linguagem que seu adversário não possa ler.

Para criptografar uma mensagem, o remetente deve manipular o conteúdo usando algum método sistemático, conhecido como algoritmo. A mensagem original, chamada plaintext, pode ser embaralhada para que suas letras se alinhem em uma ordem ininteligível ou cada letra possa ser substituída por outra. O jargão resultante é conhecido como um texto cifrado, de acordo com Crash Course Computer Science.

Nos tempos da Grécia, os militares espartanos cifravam mensagens usando um dispositivo chamado de scytale, que consistia em uma faixa fina de couro enrolada em torno de um cajado de madeira, segundo o Centro de História Criptológica. Desenrolada, a tira parecia ter uma série de caracteres aleatórios, mas, se envolvesse uma equipe de determinado tamanho, as letras se alinhavam em palavras. Essa técnica de embaralhamento de letras é conhecida como uma cifra de transposição.

O Kama Sutra menciona um algoritmo alternativo, conhecido como substituição, recomendando que as mulheres aprendam o método para manter registros de suas ligações ocultas, relatou The Atlantic. Para usar a substituição, o remetente troca cada letra em uma mensagem por outra; por exemplo, um “A” pode se tornar um “Z” e assim por diante. Para decifrar tal mensagem, o remetente e o destinatário precisam concordar sobre quais cartas serão trocadas, assim como os soldados espartanos precisavam possuir o mesmo tamanho de scytale.

Os primeiros criptoanalistas

O conhecimento específico necessário para reverter um texto cifrado em texto simples, conhecido como chave, deve ser mantido em segredo para garantir a segurança de uma mensagem. Quebrar uma cifra sem a sua chave requer grande conhecimento e habilidade.

A cifra de substituição não foi quebrada durante o primeiro milênio DC – até que o matemático árabe al-Kindi percebeu sua fraqueza, de acordo com Simon Singh, autor de “The Code Book” (Random House, 2011). Observando que certas letras são usadas com mais frequência do que outras, al-Kindi foi capaz de reverter as substituições analisando quais letras apareciam mais freqüentemente em um texto cifrado. Os estudiosos da Arábia se tornaram os principais criptoanalistas do mundo, forçando os criptógrafos a adaptar seus métodos.

À medida que os métodos de criptografia avançavam, os criptoanalistas se adiantavam para desafiá-los. Entre as escaramuças mais famosas nesta batalha em curso estava o esforço aliado para quebrar a máquina alemã Enigma durante a Segunda Guerra Mundial. A máquina Enigma criptografava mensagens usando um algoritmo de substituição cuja chave complexa mudava diariamente; Por sua vez, o criptoanalista Alan Turing desenvolveu um dispositivo chamado “the bombe” para rastrear as mudanças nas configurações do Enigma, de acordo com a Agência Central de Inteligência dos EUA.

Criptografia na era da internet

Na era digital, o objetivo da criptografia permanece o mesmo: impedir que as informações trocadas entre duas partes sejam ignoradas por um adversário. Os cientistas da computação costumam se referir às duas partes como “Alice e Bob”, entidades fictícias apresentadas pela primeira vez em um artigo de 1978 descrevendo um método de criptografia digital. Alice e Bob são constantemente incomodados por um bisbilhoteiro chato chamado “Eve”.

Todos os tipos de aplicativos empregam criptografia para manter nossos dados seguros, incluindo números de cartão de crédito, registros médicos e criptomoedas como Bitcoin. Blockchain, a tecnologia por trás do Bitcoin, conecta centenas de milhares de computadores através de uma rede distribuída e usa criptografia para proteger a identidade de cada usuário e manter um registro permanente de suas transações.

O advento das redes de computadores introduziu um novo problema: se Alice e Bob estão localizados em lados opostos do globo, como eles compartilham uma chave secreta sem que Eve a pegue? Criptografia de chave pública surgiu como uma solução, de acordo com a Khan Academy. O esquema aproveita as funções unidirecionais – matemática fácil de executar, mas difícil de reverter sem informações importantes. Alice e Bob trocam seu texto cifrado e uma chave pública sob o olhar atento de Eve, mas cada um mantém uma chave privada para si. Ao aplicar as duas chaves privadas ao texto cifrado, o par alcança uma solução compartilhada. Enquanto isso, Eve se esforça para decifrar suas pistas esparsas.

Uma forma amplamente utilizada de criptografia de chave pública, chamada criptografia RSA, incorpora a natureza complicada da fatoração primária – encontrar dois números primos que se multiplicam para fornecer uma solução específica. Multiplicar dois números primos não leva tempo algum, mas mesmo os computadores mais rápidos da Terra podem levar centenas de anos para reverter o processo. Alice seleciona dois números sobre os quais construir sua chave de criptografia, deixando Eve a tarefa fútil de desenterrar os dígitos da maneira mais difícil.

Dando um salto quântico na criptografia

Em busca de uma cifra inquebrável, os criptógrafos de hoje estão olhando para a física quântica. A física quântica descreve o estranho comportamento da matéria em escalas incrivelmente pequenas. Como o famoso gato de Schrödinger, as partículas subatômicas existem em muitos estados simultaneamente. Mas quando a caixa é aberta, as partículas se encaixam em um estado observável. Nos anos 70 e 80, os físicos começaram a usar essa propriedade funky para criptografar mensagens secretas, um método agora conhecido como “distribuição quântica de chaves”.

Assim como as chaves podem ser codificadas em bytes, os físicos agora codificam as chaves nas propriedades das partículas, geralmente fótons. Um bisbilhoteiro deve medir as partículas para roubar a chave, mas qualquer tentativa de fazê-lo altera o comportamento dos fótons, alertando Alice e Bob para a violação de segurança. Esse sistema de alarme embutido torna a distribuição de chaves quânticas “comprovadamente segura”, relatou a Wired.

Chaves quânticas podem ser trocadas por longas distâncias através de fibras ópticas, mas uma rota alternativa de distribuição despertou o interesse dos físicos nos anos 90. Proposto por Artur Ekert, a técnica permite que dois fótons se comuniquem através de grandes distâncias graças a um fenômeno chamado “entrelaçamento quântico”.

“Os objetos quânticos têm uma propriedade incrível onde, se você separá-los, mesmo em centenas de quilômetros, eles podem sentir um ao outro”, disse Ekert, agora professor de Oxford e diretor do Centro de Tecnologias Quânticas da Universidade Nacional de Cingapura. As partículas emaranhadas se comportam como uma unidade, permitindo que Alice e Bob criem uma chave compartilhada fazendo medições em cada extremidade. Se um intruso tentar interceptar a chave, as partículas reagem e as medições mudam.

A criptografia quântica é mais do que uma noção abstrata; em 2004, pesquisadores transferiram 3.000 euros para uma conta bancária por meio de fótons emaranhados, informou a Popular Science. Em 2017, os pesquisadores dispararam dois fótons entrelaçados para a Terra a partir do satélite Micius, mantendo sua conexão ao longo de um recorde de 747 milhas (1.203 quilômetros), de acordo com a New Scientist. Muitas empresas agora estão presas em uma corrida para desenvolver criptografia quântica para aplicações comerciais, com algum sucesso até agora.

Para garantir o futuro da segurança cibernética, eles também podem estar em uma corrida contra o relógio.

“Se houver um computador quântico, os sistemas de criptografia existentes, incluindo aqueles que sustentam criptomoedas, não estarão mais seguros”, disse Ekert à Live Science. “Não sabemos exatamente quando exatamente eles serão construídos – é melhor começarmos a fazer algo agora”.

Artigo publicado originalmente em Live Science