Desde os tempos antigos, as pessoas confiam na criptografia, a arte de escrever e resolver mensagens codificadas, para manter seus segredos seguros. No século V, as mensagens codificadas foram inscritas em couro ou papel e entregues por um mensageiro humano. Hoje, as cifras ajudam a proteger nossos dados digitais à medida que passam pela Internet. Amanhã, o campo poderá dar mais um salto; com computadores quânticos no horizonte, os criptógrafos estão aproveitando o poder da física para produzir as cifras mais seguras até o momento.
Métodos históricos de manutenção de segredo
A palavra "criptografia" deriva das palavras gregas "kryptos", que significam 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 um idioma que o adversário não consegue ler.
Para criptografar uma mensagem, o remetente deve manipular o conteúdo usando algum método sistemático, conhecido como algoritmo. A mensagem original, chamada texto sem formatação, pode ser embaralhada para que suas letras sejam alinhadas em uma ordem ininteligível ou cada letra possa ser substituída por outra. A tagarelice resultante é conhecida como texto cifrado, de acordo com o Crash Course Computer Science.
Nos tempos da Grécia, as forças armadas espartanas criptografavam as mensagens usando um dispositivo chamado de scytale, que consistia em uma tira fina de couro enrolada em torno de um cajado de madeira, de acordo com o Center for Cryptologic History. Desenrolada, a tira parecia conter uma série de caracteres aleatórios, mas se envolvia um cajado de um certo tamanho, as letras se alinhavam em palavras. Essa técnica de baralhar as 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 ocultos os registros de suas ligações, informou o The Atlantic. Para usar a substituição, o remetente troca cada letra de uma mensagem por outra; por exemplo, um "A" pode se tornar um "Z" e assim por diante. Para descriptografar tal mensagem, o remetente e o destinatário precisam concordar com as cartas que serão trocadas, assim como os soldados espartanos precisavam possuir o mesmo tamanho de história de ficção.
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 sua chave requer grande conhecimento e habilidade.
A cifra de substituição foi decifrada no primeiro milênio d.C. - até que o matemático árabe al-Kindi percebeu sua fraqueza, segundo Simon Singh, autor de "The Code Book" (Random House, 2011). Observando que certas letras são usadas com mais frequência do que outras, al-Kindi conseguiu reverter as substituições analisando quais letras surgiam com mais frequência em um texto cifrado. Os estudiosos árabes se tornaram os principais criptoanalistas do mundo, forçando os criptografadores a adaptar seus métodos.
À medida que os métodos de criptografia avançavam, os criptoanalistas avançavam para desafiá-los. Entre as escaramuças mais famosas nessa batalha em andamento, estava o esforço dos Aliados para quebrar a máquina alemã Enigma durante a Segunda Guerra Mundial. A máquina Enigma criptografou as mensagens usando um algoritmo de substituição cuja chave complexa era alterada diariamente; por sua vez, o criptoanalista Alan Turing desenvolveu um dispositivo chamado "a bomba" para rastrear as configurações variáveis 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 roubadas por um adversário. Os cientistas da computação geralmente se referem às duas partes como "Alice e Bob", entidades ficcionais introduzidas pela primeira vez em um artigo de 1978 que descreve um método de criptografia digital. Alice e Bob são constantemente incomodados por um intrometido bisbilhoteiro 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 o Bitcoin. O Blockchain, a tecnologia por trás do Bitcoin, conecta centenas de milhares de computadores por meio 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 mundo, como eles compartilham uma chave secreta sem que Eve a pegue? A criptografia de chave pública surgiu como uma solução, de acordo com a Khan Academy. O esquema tira proveito das funções de mão única - 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 luta para decifrar suas pistas esparsas.
Uma forma amplamente usada de criptografia de chave pública, chamada criptografia RSA, explora a natureza complicada da fatoração primária - encontrando dois números primos que se multiplicam para fornecer uma solução específica. A multiplicação de dois números primos não leva tempo, 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 esses dígitos da maneira mais difícil.
Dando um salto quântico
Em busca de uma cifra inquebrável, os criptografadores 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, 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 descolada 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 chaves nas propriedades das partículas, geralmente fótons. Um bisbilhoteiro nefasto deve medir as partículas para roubar a chave, mas qualquer tentativa de fazê-lo altera o comportamento dos fótons, alertando Alice e Bob sobre a violação de segurança. Esse sistema de alarme integrado torna a distribuição quântica de chaves "comprovadamente segura", informou a Wired.
As chaves quânticas podem ser trocadas por longas distâncias através de fibras ópticas, mas uma rota alternativa de distribuição despertou o interesse dos físicos na década de 1990. Proposta por Artur Ekert, a técnica permite que dois fótons se comuniquem por longas distâncias, graças a um fenômeno chamado "entrelaçamento quântico".
"Os objetos quânticos têm essa propriedade incrível, onde, se você os separar, mesmo a centenas de quilômetros, eles podem se sentir", disse Ekert, agora professor de Oxford e diretor do Centro de Tecnologias Quânticas da Universidade Nacional de Cingapura. Partículas emaranhadas se comportam como uma unidade, permitindo que Alice e Bob criem uma chave compartilhada fazendo medições em cada extremidade. Se um bisbilhoteiro tentar interceptar a chave, as partículas reagem e as medições mudam.
A criptografia quântica é mais do que uma noção abstrata; em 2004, os 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 emaranhados na Terra a partir do satélite Micius, mantendo sua conexão em um recorde de 1.47 quilômetros (747 milhas), de acordo com a New Scientist. Muitas empresas estão agora travadas na 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 os que sustentam as criptomoedas, não serão mais seguros", disse Ekert à Live Science. "Não sabemos exatamente quando exatamente serão construídos - é melhor começarmos a fazer algo agora".
