022.1 — Criptografia e Infraestrutura de Chaves Públicas (PKI)

Resumo Conciso

• Criptografia: transforma dados legíveis em formato ilegível por meio de algoritmos, garantindo que apenas quem possui a chave correta possa decifrar
• Função hash: converte dados de qualquer tamanho numa sequência de tamanho fixo (hash/resumo); sensível a alterações; unidirecional (não reversível)
• Cifras: algoritmos que convertem texto puro em texto cifrado

Criptografia Simétrica vs Assimétrica

Criptografia Híbrida

• Combina simétrica + assimétrica
• Assimétrica troca a chave simétrica (chave de sessão); simétrica cifra os dados reais
• Usado em SSL/TLS: Diffie-Hellman/ECDH para troca de chave + AES para dados

Sigilo Encaminhado Perfeito (PFS)

• Gera chave efêmera única por sessão; descartada ao fim da sessão
• Mesmo que a chave privada de longo prazo seja comprometida, sessões passadas não podem ser decifradas
• Protocolos: Diffie-Hellman Efêmero (DHE) e Elliptic Curve Diffie-Hellman Efêmero (ECDHE)

E2EE vs Criptografia de Transporte

PKI e Cadeia de Confiança

• PKI: estrutura que gerencia certificados digitais e pares de chaves público-privada
• CA (Autoridade Certificadora): emite, valida e gerencia certificados
• Root CA: topo da hierarquia; autoassinada; pré-instalada em SO e navegadores
• Cadeia de confiança: Root CA → CA Intermediária → Certificado de Entidade Final

Certificados X.509

Processo de Emissão de Certificados

1. Gerar CSR (Certificate Signing Request) com chave pública + informações de identidade
2. Enviar CSR à CA para validação
3. Tipos de validação: DV (domínio), OV (organização), EV (estendida)
4. CA assina digitalmente o certificado com a sua chave privada
5. Certificado emitido é instalado no servidor/dispositivo

Let's Encrypt

• Certificados SSL/TLS gratuitos e automatizados
• Emite certificados DV (Validação de Domínio)
• Validade de 90 dias → renovação automática essencial
• Promoveu ampla adoção do HTTPS na web

Algoritmos Importantes

Computação Quântica e Ameaças

• Computadores quânticos podem fatorar números grandes eficientemente (algoritmo de Shor)
• RSA e ECC ficariam vulneráveis
• Pesquisa em algoritmos resistentes à computação quântica (post-quantum cryptography)

Exercícios Guiados

Exercício Guiado 1: Criptografia Simétrica vs Assimétrica

Enunciado: Explique a diferença entre criptografia simétrica e assimétrica.

Solução: A criptografia simétrica utiliza a mesma chave para encriptação e desencriptação, tornando-a eficiente, mas apresentando o desafio de distribuir a chave de forma segura. A criptografia assimétrica utiliza um par de chaves — uma pública e uma privada — onde a chave pública encripta os dados e apenas a chave privada correspondente pode desencriptá-los. Isso elimina a necessidade de compartilhar uma chave secreta, mas é computacionalmente mais exigente.

Exercício Guiado 2: Sigilo Encaminhado Perfeito (PFS)

Enunciado: Descreva como o Sigilo Encaminhado Perfeito (PFS) aprimora a segurança de protocolos de comunicação, como SSL/TLS.

Solução: O PFS garante que cada sessão de comunicação tenha uma chave de criptografia efêmera e única, que é descartada após o término da sessão. Isso significa que, mesmo que uma chave privada de longo prazo seja comprometida, as comunicações passadas não podem ser descifradas. Em protocolos como SSL/TLS, a PFS utiliza algoritmos como o Diffie-Hellman para gerar essas chaves temporárias, protegendo a confidencialidade dos dados e proporcionando segurança aprimorada para as comunicações na web.

Exercício Guiado 3: Funções Hash e Integridade

Enunciado: Qual é o papel das funções hash na verificação da integridade dos dados? Forneça um exemplo de um cenário em que isso seja crucial.

Solução: As funções hash geram um hash único de tamanho fixo a partir de uma entrada, que muda drasticamente mesmo com uma pequena alteração na entrada. Essa propriedade as torna ideais para verificar a integridade dos dados, pois qualquer modificação nos dados resulta em um hash diferente. Um cenário crucial é a verificação de downloads de software: os mantenedores do Linux e das ferramentas GNU fornecem um hash (como SHA-256) para seus arquivos, permitindo que os utilizadores verifiquem se os arquivos não foram alterados durante a transferência. Se o hash do ficheiro baixado corresponder ao hash fornecido, o arquivo é confirmado como íntegro.

Exercício Guiado 4: Cadeia de Confiança na PKI

Enunciado: Explique o conceito de cadeia de confiança na PKI. Por que a cadeia de confiança é importante para estabelecer comunicações seguras?

Solução: A cadeia de confiança na PKI refere-se à relação hierárquica entre a Root CA, as CAs intermediárias e os certificados de entidades finais. A Root CA, no topo da hierarquia, é confiável por sistemas operacionais e navegadores. Ela emite certificados para CAs intermediárias, que, por sua vez, emitem certificados para entidades finais (sites, servidores). Cada certificado na cadeia é validado pelo certificado acima dele. Se a cadeia for interrompida ou um certificado for comprometido, o sistema sinaliza a comunicação como insegura, protegendo os utilizadores contra ameaças.

Exercício Guiado 5: Papel da PKI nas Comunicações Digitais

Enunciado: Descreva como a Infraestrutura de Chave Pública (PKI) estabelece confiança nas comunicações digitais.

Solução: A PKI estabelece confiança por meio de uma cadeia de confiança envolvendo Autoridades Certificadoras (CAs). As CAs emitem certificados digitais que vinculam a chave pública de uma entidade à sua identidade verificada. As CAs Raiz, confiáveis para navegadores e sistemas operacionais, ancoram a cadeia de confiança, validando certificados emitidos por CAs intermediárias. Essa estrutura hierárquica garante comunicações seguras ao verificar a autenticidade dos certificados digitais.

Exercícios Exploratórios

Exercício Exploratório 1: Criptografia Híbrida no HTTPS

Enunciado: Pesquise e explique como a criptografia híbrida é implementada na navegação web segura por meio do protocolo HTTPS.

Exercício Exploratório 2: Computação Quântica e Criptografia

Enunciado: Investigue o conceito de computação quântica e como ela representa uma ameaça aos sistemas criptográficos atuais, especialmente à criptografia assimétrica como o RSA.

Exercício Exploratório 3: Validação EV vs DV

Enunciado: Pesquise o papel dos certificados de Validação Estendida (EV) na segurança da web e explique como eles diferem dos certificados DV e OV.

Exercício Exploratório 4: Geração de CSR com OpenSSL

Enunciado: Gere um CSR para o domínio www.example.com usando o OpenSSL. Forneça o comando e explique cada parte.

openssl req -new -newkey rsa:2048 -nodes -keyout private.key -out example.csr -subj "/CN=www.example.com"

Exercício Exploratório 5: Cifras Simétricas e AES na Prática

Enunciado: Explique como o AES funciona como cifra simétrica, descrevendo o processo de encriptação e desencriptação com uma chave.

# Encriptaçãoecho -n "SensitiveData" | openssl enc -aes-256-cbc -pbkdf2 -pass pass:MinhaPass123 -base64# Resultado: string base64 com o texto cifrado

# Desencriptaçãoecho "resultado_base64_aqui" | base64 -d | openssl enc -d -aes-256-cbc -pbkdf2 -pass pass:MinhaPass123# Resultado: SensitiveData