1. O documento discute a história da criptografia, desde métodos antigos até o desenvolvimento de máquinas mecânicas e eletrônicas no século XX. 2. A máquina Enigma é descrita como um dispositivo criptográfico eletromecânico utilizado na Europa a partir da década de 1920, notadamente pelas forças armadas alemãs. 3. Ao longo da história, o desenvolvimento da criptografia foi acompanhado pela criptoanálise, que busca quebrar códigos e

1. Criptografia
Luiz Rabelo

2. História da criptografia
• A história da criptografia começa há milhares de anos. Até
décadas recentes, ela havia sido a história do que poderia ser
chamado de criptografia clássica — isto é, de métodos de
criptografia que usam caneta e papel, ou talvez auxílios
mecânicos simples. No começo do século XX, a invenção de
complexas máquinas mecânicas e electro-mecânicas, tais
como a máquina com rotores Enigma, providenciou meios
mais sofisticados e eficientes de encriptação; e a posterior
introdução da eletrônica e computação permitiu elaborar
esquemas de ainda maior complexidade, muitos
completamente inadequáveis ao papel e caneta.

3. Enigma
• Enigma é o nome por que é conhecida uma máquina electro-
mecânica de criptografia com rotores, utilizada tanto para
criptografar como para descriptografar mensagens secretas,
usada em várias formas na Europa a partir dos anos 1920. A
sua fama vem de ter sido adaptada pela maior parte das
forças militares alemãs a partir de cerca de 1930. A facilidade
de uso e a suposta indecifrabilidade do código foram as
principais razões para a sua popularidade. O código foi, no
entanto, decifrado, e a informação contida nas mensagens
que ele não protegeu é geralmente tida como responsável
pelo fim da Segunda Guerra Mundial pelo menos um ano
antes do que seria de prever.

4. Enigma - Funcionamento
• Combinação de sistemas mecânicos e elétricos. O mecanismo
consiste num teclado, num conjunto de discos rotativos
chamados rotores, dispostos em fila; e de um mecanismo de
avanço que faz andar alguns rotores uma posição quando uma
tecla é pressionada. O mecanismo varia entre diversas versões
da máquina, mas o mais comum é o rotor colocado à direita
avançar uma posição com cada tecla premida, e
ocasionalmente despoletar o movimento rotativo dos
restantes rotores, à sua esquerda, à semelhança do
mecanismo conta-quilómetros de um automóvel. O
movimento contínuo dos rotores provoca diferentes
combinações na criptografia.

5. Enigma

6. Enigma
1. anel dentado (uma ranhura)
2. ponto de marca do contacto "A"
3. círculo com alfabeto
4. contatos
5. fios eléctricos
6. pinos
7. encaixe do eixo
8. hub
9. roda dentada movível com os dedos
10. ratchet

7. Enigma

8. Enigma

9. História da criptografia
• O desenvolvimento da criptografia foi acompanhado pelo
desenvolvimento da criptoanálise - a "quebra" de códigos e
cifras. A descoberta e aplicação, desde cedo, de análise de
frequência para a leitura de comunicações criptografadas,
muitas vezes, alterou o curso da história. Portanto, o
Telegrama Zimmermann que motivou a entrada dos Estados
Unidos na Primeira Guerra Mundial e o fato de que os Aliados
conseguiram decifrar as cifras da Alemanha Nazista, encurtou
a Segunda Guerra Mundial, em algumas avaliações, em até
dois anos.

10. História da criptografia
• Até a década de 70, criptografia segura foi amplamente
utilizada para a proteção de governos. Dois eventos
trouxeram-a diretamente para o domínio público: a criação de
um padrão de criptografia de chave pública (DES), e a
invenção da criptografia de chave pública.

11. ROT 13
• Procedimento simples mas eficaz para garantir que textos
eletrônicos não sejam lidos por distração ou acidente. ROT-13
vem do inglês, ROTate by 13 places, "ROTacionar 13 posições".
• Como era de se esperar, o ROT-13 é usado principalmente em
grupos de discussão como as dos Yahoo e Google.
• Um detalhe importante: não há qualquer diferença entre o
procedimento para codificar um texto em ROT-13 e o
procedimento para decodificá-lo; simplesmente aplicamos o
mesmo procedimento uma segunda vez.

12. ROT 13

13. Cifra de César
• Uma das mais simples e conhecidas técnicas de criptografia. É
um tipo de cifra de substituição na qual cada letra do texto é
substituída por outra, que se apresenta no alfabeto abaixo
dela um número fixo de vezes. Por exemplo, com uma troca
de três posições, A seria substituído por D, B se tornaria E, e
assim por diante. O nome do método é em homenagem a
Júlio César, que o usou para se comunicar com os seus
generais.

14. Cifra de César

15. Chave pública
• A criptografia de chave pública ou criptografia assimétrica é
um método de criptografia que utiliza um par de chaves: uma
chave pública e uma chave privada. A chave pública é
distribuída livremente para todos os correspondentes via e-
mail ou outras formas, enquanto a chave privada deve ser
conhecida apenas pelo seu dono.
• Num algoritmo de criptografia assimétrica, uma mensagem
cifrada com a chave pública pode somente ser decifrada pela
sua chave privada correspondente.

16. Chave pública
• Os algoritmos de chave pública podem ser utilizados para
autenticidade e confidencialidade:
• Confidencialidade: A chave pública é usada para cifrar
mensagens, com isso apenas o dono da chave privada pode
decifrá-la.
• Autenticidade: A chave privada é usada para cifrar
mensagens, com isso garante-se que apenas o dono da chave
privada poderia ter cifrado a mensagem que foi decifrada com
a 'chave pública', e que a mensagem não foi forjada.

17. Chave pública
1º passo: o envio da chave pública

18. Chave pública
2º passo: o envio da mensagem cifrada, aberta com a chave privada

19. Chave pública
Cada usuário possui um par de chaves (S, P) sendo S a sua chave particular,
secreta, e P a sua chave pública. As chaves S e P são relacionadas
matematicamente de tal forma que:
• Se x denota um texto legível, e S() denota a aplicação da chave S,
transforma x em S(x) =y então P(y) =x onde P() denota a aplicação da
chave P, ou seja, S é a chave inversa da chave P onde, P(S(x)) =x;
• O cálculo do par de chaves (S, P) é computacionalmente fácil.
• É computacionalmente difícil calcular S a partir do conhecimento de P.
• Os cálculos de P() e S() são computacionalmente fáceis para quem
conhece as chaves.
• É computacionalmente difícil calcular S() sem conhecer a chave S.
Estas possibilidades levam ao seguinte cenário:
• Cada usuário calcula o seu par de chaves (S, P) no seu computador.
• A chave S é guardada de forma segura no seu computador.
• A chave P é distribuída a todos de forma pública.

20. Criptoanálise
• A criptoanálise é a arte de tentar descobrir o texto cifrado
e/ou a lógica utilizada em sua encriptação (chave). As pessoas
que participam desse esforço são denominadas
criptoanalistas. Da fusão da criptografia com a criptoanálise,
forma-se a criptologia.
• A criptoanálise representa o esforço de descodificar ou
decifrar mensagens sem que se tenha o conhecimento prévio
da chave secreta que as gerou. As diversas técnicas de
criptoanálise são os caminhos que os analistas podem seguir
para conseguir descobrir ou quebrar a codificação das
mensagens que estiverem cifradas, e não apenas a simples
decifração de uma mensagem.

21. Criptoanálise
• Atualmente, a criptoanálise é utilizada a fim de se consultar as
tentativas de quebra de segurança de outros tipos de
algoritmos e de protocolos criptográficos. Em geral, a quebra
ou então, a publicação de uma criptografia é um ato ilegal,
previsto em lei. Entretanto, a criptoanálise exclui geralmente
os ataques que não alvejam primeiramente fraquezas na
criptografia real. Os métodos, tais como o suborno, coerção
física, furto de dados, keylogging, embora esses tipos de
ataque advém pela necessidade da segurança computacional,
estão gradativamente tornando-se menos eficazes em relação
a criptoanálise tradicional.

22. Criptoanálise
• Embora o termo criptoanálise seja relativamente recente (foi
inventada por William Friedman, em 1920), métodos para quebrar
códigos e cifras são muito mais velhos. A primeira explicação
gravada, conhecida da criptoanálise, foi realizada pelo árabe Abu
Yusuf Yaqub ibn Ishaq al-Sabbah Al-Kindi em Um Guia em Decifração
de Mensagens Criptografadas.
• A análise de frequência é a ferramenta básica para quebrar cifras
clássicas. Em línguas naturais, determinadas letras do alfabeto
aparecem mais frequentemente do que outras; em inglês, “e” é a
letra mais comum em toda a amostra dada do texto. Similarmente, o
dígrafo “th” é o par mais provável de letras, e assim por diante. A
análise de frequência confia numa cifra que não esconde esses
padrões de frequência. Por exemplo, numa cifra simples de
substituição (em que cada letra é substituída simplesmente por
outra), a letra mais frequente numa mensagem cifrada de um texto
em português seria a que representa a letra “a”.

23. Criptoanálise
• A análise de frequência confia tanto no conhecimento
linguístico, como o faz nas estatísticas, mas, como as cifras se
tornaram mais complexas, a matemática aproximou-se
gradualmente da criptoanálise. Essa mudança era
particularmente evidente durante a Segunda Guerra Mundial,
quando os esforços para quebrar cifras de linha central
requereram níveis novos de sofisticação matemática.

24. Criptoanálise
• A criptoanálise bem sucedida influenciou sem dúvida a
história; a habilidade de ler os segredos presumidos e as
plantas de outros, pode ser uma vantagem decisiva. Por
exemplo, na 1º Guerra Mundial, quebrar o telegrama de
Zimmermann era fundamental para trazer os Estados Unidos
para guerra. Na segunda guerra mundial, a criptoanálise das
cifras alemães - incluindo a máquina Enigma – foi conhecido
como o ponto decisivo para chegar ao fim da guerra.

25. Criptoanálise
Os ataques criptanalíticos variam de potência e o quanto eles
podem ameaçar os criptosistemas de mundo-real (real-world).
Uma fraqueza de certificação é um ataque teórico que seja
improvável de ser aplicado em qualquer situação de mundo-real
(real-world); a maioria dos resultados encontrados nas
pesquisas criptanalíticas modernas são destes tipos.
Essencialmente, a importância de um ataque é dependente das
respostas das três perguntas seguintes:
• Que conhecimento e potencial são necessários como pré-
requisito?
• Quanta informação secreta adicional é deduzida?
• O que é a complexidade computacional?

26. Criptoanálise
Os resultados da criptoanálise podem também variar na utilidade. Por
exemplo, o criptógrafo Lars Knudsen (1998) classificou vários tipos de
ataque em cifras do bloco de acordo com a quantidade e a qualidade
da informação secreta que foi descoberta:
• Ruptura total - o atacante deduz a chave secreta.
• Dedução global - o atacante descobre um algoritmo funcionalmente
equivalente para a criptografia e descriptografia, mas sem aprender
a chave.
• Dedução (local) do exemplo - o atacante descobre os plaintexts
adicionais (ou as mensagens cifradas) não conhecidos previamente.
• Dedução da informação - o atacante ganha alguma informação de
Shannon sobre os plaintexts (ou as mensagens cifradas) não
conhecidos previamente.
• Algoritmo distinguindo - o atacante pode distinguir a cifra de uma
permutação aleatória.

27. Força bruta
• Wikipedia: Em ciência da computação, força bruta (ou busca
exaustiva) é uma algoritmo trivial mas de uso muito geral que
consiste em enumerar todos os possíveis candidatos de uma
solução e verificar se cada um satisfaz o problema.
• Por exemplo, um algoritmo para encontrar os divisores de um
número natural n é enumerar todos os inteiros de 1 a n, e
verificar para cada um se ele dividido por n resulta em resto 0.

28. Força bruta
• Isto é uma estimativa de tempo requerido para um exaustivo
ataque de senha (força bruta), sendo que a senha é uma
seqüencia aleatória de letras minúsculas latinas.
• Vamos supor que um usuário possa controlar 10 senhas por
segundo e que uma organização com um orçamento de $1
bilhão (mil milhões) de dólares possa controlar 1 bilhão de
senhas por segundo. Também supomos que o processador em
uso duplica seu desempenho a cada dois anos, assim, cada
letra latina que acrescentarmos será adicionada 9 anos de um
exaustivo ataque de senha.

29. Força bruta
Tamanho da senha Ataque de um usuário comum Ataque da organização
1 letra minúscula latina 2 segundos 1 segundo
2 1 minuto 1s
3 30 min 1s
4 12 horas 1s
5 14 dias 1s
6 1 ano 1s
7 10 anos 1s
8 19 anos 20s
9 26 anos 9 min
10 37 anos 4 horas
11 46 anos 4 dias
12 55 anos 4 meses
13 64 anos 4 anos
14 73 anos 13 anos
15 82 anos 22 anos
16 91 anos 31 anos
17 100 anos 40 anos

30. Dicionário

31. Dicionário
• Consiste em tentar descobrir uma senha utilizando todas as
possíveis combinações de um dicionário. Este tipo de ataque é
mais eficiente que um ataque de força bruta, pois o conjunto
de todas as combinações com as palavras do dicionário usado
é muito menor que todas as combinações existentes, como no
caso de força bruta.
• O fato deste conjunto ser menor, tem um motivo: o usuário
sabe quais as palavras, letras, números que ele utilizou na
confecção da senha.

32. Rainbow tables

33. Comparativos de ataques

34. Prática
• Criptool