O que é Criptografia de Chave Simétrica?

A criptografia de chave simétrica, também conhecida como criptografia simétrica, é um tipo de esquema de criptografia em que a mesma chave é usada tanto para criptografar quanto para descriptografar mensagens. Esse método de codificação de informações tem sido amplamente utilizado nas últimas décadas para facilitar a comunicação secreta entre governos e militares. Atualmente, algoritmos de chave simétrica são amplamente aplicados em diversos tipos de sistemas de computador para aumentar a segurança dos dados.

Como funciona a criptografia simétrica?

Os esquemas de criptografia simétrica dependem de uma única chave que é compartilhada entre dois ou mais usuários. A mesma chave é usada para criptografar e descriptografar o chamado texto simples (que representa a mensagem ou o dado que está sendo codificado). O processo de criptografia consiste em executar um texto simples (entrada) por meio de um algoritmo de criptografia chamado cifra, que por sua vez gera um texto cifrado (saída).

Se o esquema de criptografia for forte o suficiente, a única maneira de uma pessoa ler ou acessar as informações contidas no texto cifrado é usando a chave correspondente para descriptografá-lo. O processo de descriptografia é basicamente converter o texto cifrado de volta para o texto simples.

A segurança dos sistemas de criptografia simétrica é baseada em quão difícil é adivinhar aleatoriamente a chave correspondente para forçá-los. Uma chave de 128 bits, por exemplo, levaria bilhões de anos para ser adivinhada usando hardware de computador comum. Quanto maior o tamanho da chave de criptografia, mais difícil se torna quebrá-la. Chaves com comprimento de 256 bits geralmente são consideradas altamente seguras e teoricamente resistentes a ataques de força bruta de computadores quânticos.

Dois dos esquemas de criptografia simétrica mais comuns usados atualmente são baseados em cifras de bloco e cifras de fluxo. As cifras de bloco agrupam os dados em blocos de tamanho predefinido e cada bloco é criptografado usando a chave correspondente e o algoritmo de criptografia (por exemplo, um texto simples de 128 bits é criptografado em um texto cifrado de 128 bits). Por outro lado, as cifras de fluxo não criptografam os dados do texto simples por blocos, mas sim por incrementos de 1 bit (um texto simples de 1 bit é criptografado em um texto cifrado de 1 bit por vez).

Criptografia simétrica vs. criptografia assimétrica

A criptografia simétrica é um dos dois principais métodos de criptografar dados em sistemas de computador modernos. O outro é a criptografia assimétrica, que é a principal aplicação da criptografia de chave pública. A principal diferença entre esses métodos é o fato de que os sistemas assimétricos usam duas chaves em vez de uma empregada pelos esquemas simétricos. Uma das chaves pode ser compartilhada publicamente (chave pública), enquanto a outra deve ser mantida em privado (chave privada).

O uso de duas chaves em vez de uma também produz uma variedade de diferenças funcionais entre a criptografia simétrica e assimétrica. Os algoritmos assimétricos são mais complexos e mais lentos do que os simétricos. Como as chaves pública e privada usadas na criptografia assimétrica são, em certa medida, matematicamente relacionadas, as próprias chaves também devem ser consideravelmente mais longas para fornecer um nível de segurança semelhante ao oferecido por chaves simétricas mais curtas.

Usos em sistemas de computador modernos

Algoritmos de criptografia simétrica são empregados em muitos sistemas de computador modernos para aumentar a segurança dos dados e a privacidade do usuário. O Advanced Encryption Standard (AES), que é amplamente usado em aplicativos seguros de mensagens e armazenamento em nuvem, é um exemplo proeminente de uma cifra simétrica.

Além das implementações de software, o AES também pode ser implementado diretamente em hardware de computador. Esquemas de criptografia simétrica baseados em hardware geralmente utilizam o AES 256, que é uma variante específica do Advanced Encryption Standard com um tamanho de chave de 256 bits.

Vale ressaltar que a blockchain do Bitcoin não utiliza criptografia, como muitos tendem a acreditar. Em vez disso, ela usa um tipo específico de algoritmo de assinatura digital (DSA) conhecido como Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA) que gera assinaturas digitais sem utilizar criptografia.

Um ponto comum de confusão é que o ECDSA é baseado na criptografia de curva elíptica (ECC), que por sua vez pode ser aplicada para várias tarefas, incluindo criptografia, assinaturas digitais e geradores pseudo-aleatórios. No entanto, o próprio ECDSA não pode ser usado para criptografia de forma alguma.

Vantagens e desvantagens

Os algoritmos simétricos oferecem um nível bastante alto de segurança ao mesmo tempo em que permitem que as mensagens sejam criptografadas e descriptografadas rapidamente. A relativa simplicidade dos sistemas simétricos também é uma vantagem logística, pois eles requerem menos potência de computação do que os sistemas assimétricos.

Além disso, a segurança fornecida pela criptografia simétrica pode ser aumentada simplesmente aumentando o tamanho das chaves. Para cada bit adicionado ao comprimento de uma chave simétrica, a dificuldade de quebrar a criptografia por meio de um ataque de força bruta aumenta exponencialmente.

Embora a criptografia simétrica ofereça uma ampla gama de benefícios, há uma desvantagem importante associada a ela: o problema inerente de transmitir as chaves usadas para criptografar e descriptografar dados. Quando essas chaves são compartilhadas por meio de uma conexão não segura, elas estão vulneráveis a serem interceptadas por terceiros maliciosos.

Se um usuário não autorizado obtiver acesso a uma chave simétrica específica, a segurança de quaisquer dados criptografados usando essa chave será comprometida. Para resolver esse problema, muitos protocolos da web usam uma combinação de criptografia simétrica e assimétrica para estabelecer conexões seguras. Entre os exemplos mais proeminentes desse sistema híbrido está o protocolo de segurança de camada de transporte (TLS) usado para proteger grandes partes da internet moderna.

Também deve ser observado que todos os tipos de criptografia de computador estão sujeitos a vulnerabilidades devido a implementações incorretas. Embora uma chave suficientemente longa possa tornar um ataque de força bruta matematicamente impossível, erros de implementação feitos por programadores frequentemente criam vulnerabilidades que abrem caminho para ataques cibernéticos.

Reflexões finais

Graças à sua velocidade relativa, simplicidade e segurança, a criptografia simétrica é amplamente utilizada em aplicativos que vão desde a segurança do tráfego na internet até a proteção de dados armazenados em servidores em nuvem.

Embora seja frequentemente combinada com criptografia assimétrica para resolver o problema da transferência segura de chaves, os esquemas de criptografia simétrica permanecem um componente crítico da segurança de computadores modernos. A proteção dos dados é uma preocupação prioritária para indivíduos, empresas e governos, e a criptografia simétrica desempenha um papel fundamental na garantia dessa segurança.