Capítulo 3: Criptografia e PKI

3.1 — Fundamentos de Criptografia

Terminologia Essencial

• Plaintext (Cleartext): Mensagem não criptografada
• Ciphertext: Mensagem criptografada
• Algorithm: Processo usado para criptografar e descriptografar
• Cryptanalysis: Arte de quebrar sistemas criptográficos
• Caesar Cipher: Desloca letras — ex: shift 3 → TESTOUT = WHVWRXW
• Substituição: Substitui caracteres (ROT13: A→N). Transposição: Muda a ordem

Criptografia Simétrica

• Mesma chave para criptografar e descriptografar — rápida, ideal para grandes volumes
• Problema: como distribuir a chave com segurança?
• AES: Padrão atual — 128, 192, 256 bits — usado em BitLocker, 802.11, TLS
• AES-256 keyspace = 2^256 (exponencialmente maior que AES-128 = 2^128)
• Outros: DES (obsoleto, 56 bits), 3DES, RC4 (obsoleto), Blowfish, Twofish, IDEA, CAST

Criptografia Assimétrica

• Par de chaves: chave pública cifra → apenas chave privada decifra
• Mais lenta — usada para troca de chaves e assinaturas, não bulk encryption
• RSA: Mais comum — mínimo 2048 bits
• ECC: Chaves menores para mesma segurança — 256-bit ECC ≈ 3072-bit RSA
• Diffie-Hellman: Troca de chave sobre canal público — base do TLS/IPSec/SSH
• DSA: Apenas assinaturas digitais — padrão FIPS do governo EUA
• ECDSA: Elliptic Curve DSA — mais amplamente usado hoje

Sistemas Híbridos e PFS

• Híbrido: assimétrica cifra a chave simétrica → simétrica cifra os dados em massa
• Usado em TLS, PGP/GPG, EFS
• PFS: Chaves efêmeras por sessão — comprometer uma não expõe as demais

3.1.6 — Algoritmos de Criptografia

Stream Cipher

• Criptografa um bit por vez — baseado no OTP (One-Time Pad)
• Usa chave semente + PRNG = keystream → XOR com dados
• RC4: mais usado historicamente — hoje obsoleto e inseguro

Block Cipher — Modos de Operação

• ECB: Blocos idênticos → mesmo ciphertext — inseguro, revela padrões
• CBC: Usa IV — cada bloco encadeado com ciphertext do anterior
• CFB / OFB: Variações com IV
• CTR: Nonce + contador — paralelizável
• GCM: CTR + autenticação (MAC) — extremamente eficiente — TLS, SSH, 802.11

Lightweight e Homomorphic

• Lightweight: Para IoT (pouca RAM, CPU baixo, baterias) — NIST padronizou desde 2018
• PHE: Uma operação ilimitada | SHE: Operações limitadas | FHE: Completo (em desenvolvimento)

3.1.9 — Blockchain

• Lista crescente de blocos protegidos criptograficamente — criado em 2008
• Cada bloco contém hash do anterior → adulteração detectável
• Descentralizado (P2P) — sem ponto único de falha
• Mining: adicionar blocos = computações complexas → recompensa em criptomoeda
• Aplicações: Bitcoin, contratos inteligentes, rastreamento de produtos, identidade digital

3.1.13 — Ataques Criptográficos

• Dictionary: Lista de palavras — defesa: passphrases longas
• Collision: Duas entradas com mesmo hash — defesa: hashes mais longos
• Birthday: Colisão + força bruta — defesa: hashes mais longos
• Downgrade: Força protocolo menos seguro (TLS→SSL) — defesa: desabilitar protocolos antigos
• Post-Quantum Cryptography: Resposta futura à computação quântica — em desenvolvimento

3.2.4 — Implementação Criptográfica

Obfuscação

• Steganography: Esconde mensagem dentro de mídia — covertext
• Data Masking: Substitui campos por "x" — preserva formato
• Tokenization: Substitui valor por token aleatório — reversível via token vault

Cryptoprocessors

• TPM: Chip dentro da CPU — versões 1.2 e 2.0 (incompatíveis) — Windows 10 v1607+ exige TPM 2.0
• TPM: gera hashes de startup (BitLocker), armazena chaves, gera números aleatórios, criptografia assimétrica completa
• HSM: Dispositivo dedicado (rack, PCIe, USB) — mais poderoso que TPM — acesso via PKCS#11 — certificação FIPS 140-2 Level 2
• Secure Enclave (TEE): Protege dados em memória — mesmo root não acessa sem autorização

3.3.3 — Hashing

Algoritmos

• SHA-2 (SHA-256, SHA-512): Padrão atual — TLS, SSL, PGP, SSH, IPSec
• SHA-3: Alternativa ao SHA-2 (2015) — não substituto
• MD5: 128 bits — obsoleto — vulnerável a colisões
• HMAC: Hash + chave secreta → integridade E autenticidade
• RIPEMD: Família da UE — usado com Bitcoin e criptomoedas

Salting e Key Stretching

• Salt: (salt + password) × SHA = hash — único por usuário — impede rainbow tables
• PBKDF2: Padrão de key stretching — usado no WPA
• Key stretching desacelera ataques — atacante precisa de processamento extra por tentativa

3.4.9 — Criptografia de Arquivos

Estados dos Dados

• At Rest: Mídia persistente | In Transit: Rede | In Use: RAM, cache, CPU

Esquema DEK / KEK

• DEK (Data Encryption Key): chave AES que cifra os dados
• KEK (Key Encryption Key): chave privada assimétrica que cifra a DEK

EFS (Encrypting File System)

• NTFS v3 — Windows 2000+ (exceto Home editions)
• FEK (File Encryption Key) → cifra arquivo com AES → FEK cifrada com chave pública → armazenada no DDF
• Descriptografar: chave privada → DDF → FEK → arquivo
• DRA (Data Recovery Agent): conta de recuperação
• Arquivo auto-descriptografado ao mover para dispositivo não-NTFS ou via SMB

BitLocker / PGP / GPG

• BitLocker: FDE — chave no TPM — chave de recuperação obrigatória no setup
• GPG: Implementação open source do PGP — segue OpenPGP (RFC 4880)
• GPG: AES por padrão | PGP: RSA/DH assimétrica + IDEA simétrica

3.5 — Public Key Infrastructure (PKI)

Certificado Digital (X.509)

• Wrapper para chave pública — assinado pela CA — campos: Version, Serial Number, Signature Algorithm, Issuer, Valid From/To, Subject, Public Key, Extensions

Tipos de Certificados

• Root: Auto-assinado — topo da hierarquia — RSA 2048/4096 bits
• SAN: Múltiplos domínios/IPs em um certificado — método atual (CN depreciado)
• Wildcard: *.dominio.com — um domínio + todos subdomínios
• Code-Signing: Legitima aplicações
• Self-Signed: Sem CA — apenas testes — navegador exibe aviso
• Email: S/MIME | User/Computer: Autenticação em rede

Revogação — CRL e OCSP

• CRL: Lista de revogados — baixada periodicamente — pode estar desatualizada
• OCSP: Substitui CRL — verifica status individual em tempo real
• Revogado = permanente | Certificate Hold (suspenso) = pode ser reabilitado
• Razões: Key Compromise, CA Compromise, Superseded, Cessation of Operation, Certificate Hold

Root of Trust e Key Backup

• Hierárquico: Root CA → CAs intermediárias → leaf/end-entity certs (chain of trust)
• Key Archival: CA armazena backup — risco: CA comprometida expõe tudo
• Key Escrow + M of N: Chave dividida entre agentes — quórum M de N deve autorizar
• KRA (Key Recovery Agent): conta autorizada a acessar chave em escrow