Capítulo 7 — Redes e protocolos
Mapa da aula
Aula 07 publicada. Mapa, exemplo, EX013.
flowchart TD
N0["7.1 Camadas e canais seguros"]
N1["7.2 O handshake TLS 1.3"]
N2["7.3 Tamanho e middleboxes"]
N3["7.5 Atividade prática"]
N4["Síntese"]
N0 --> N1 --> N2 --> N3 --> N4
N4 --> EX["Exemplo resolvido"]
EX --> Q["Exercício EX013"]
Desenho lógico
flowchart LR
N0["7.1 Camadas e canais seguros"]
N1["7.2 O handshake TLS 1.3"]
N2["7.3 Tamanho e middleboxes"]
N3["7.5 Atividade prática"]
N4["Síntese"]
N0 --> N1 --> N2 --> N3 --> N4 --> Q["EX013"]
[7.1 Camadas e canais seguros]
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[7.2 O handshake TLS 1.3]
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[7.3 Tamanho e middleboxes]
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[7.5 Atividade prática]
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[Síntese]
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[Exemplo resolvido] --> [Exercício EX013]
Objetivos de aprendizagem
Você vai (1) descrever as camadas do TCP/IP e onde operam o TLS, o IPsec e o SSH; (2) acompanhar um handshake TLS 1.3 e identificar a troca de chaves e a autenticação; (3) explicar por que as chaves e assinaturas pós-quânticas pressionam o tamanho das mensagens; e (4) nomear os documentos da IETF que definem a troca de chaves híbrida.
7.1 Camadas e canais seguros
Os dados atravessam as redes em camadas: enlace, internet (IP), transporte (TCP, UDP, QUIC) e aplicação. Os canais seguros inserem a criptografia em pontos diferentes. O TLS protege fluxos de aplicação como o HTTPS; o IPsec com IKEv2 protege pacotes IP entre locais, como nas VPNs das agências da HCU; o SSH protege as sessões dos administradores. Cada um tem duas tarefas criptográficas: o estabelecimento de chaves, que acorda um segredo de sessão novo, e a autenticação, que prova quem é o par, geralmente com certificados e assinaturas.
As duas tarefas enfrentam ameaças quânticas diferentes. O estabelecimento de chaves importa para o "colete agora, decifre depois", porque o tráfego gravado pode ser aberto quando o segredo de sessão for recuperado. A autenticação importa apenas no momento da conexão, já que uma assinatura falsificada depois não consegue mudar um handshake passado.
7.2 O handshake TLS 1.3
No TLS 1.3 (RFC 8446), o cliente envia um ClientHello listando os grupos suportados e um compartilhamento de chave; o servidor responde com um ServerHello contendo o seu compartilhamento de chave e, depois, mensagens cifradas que levam a sua cadeia de certificados e uma assinatura CertificateVerify. O estabelecimento de chaves e a autenticação são separados: um grupo híbrido como o X25519MLKEM768, especificado para o TLS no RFC 10024, substitui apenas a parte da troca de chaves. O seu compartilhamento de chave do cliente tem 1.216 bytes e o do servidor, 1.120 bytes, contra 32 bytes do X25519 sozinho. A cadeia de certificados permanece inalterada até que sejam implantados certificados pós-quânticos.
7.3 Tamanho e middleboxes
Mensagens maiores importam. Um ClientHello acima de cerca de 1.500 bytes pode ocupar dois segmentos TCP; alguns firewalls e dispositivos de inspeção antigos tratam mal essas mensagens ou identificadores de grupo desconhecidos. As assinaturas pós-quânticas são ainda maiores: uma assinatura ML-DSA-44 tem 2.420 bytes (FIPS 204), contra cerca de 72 do ECDSA P-256. O Capítulo 30 mede o que isso causa às cadeias de certificados.
Antes de culpar o novo algoritmo por uma falha, verifique para onde foram os bytes. Uma captura de pacotes em laboratório mostra se uma mensagem foi dividida, descartada ou rejeitada, e por qual dispositivo.
7.4 Exemplo resolvido
A equipe de rede da HCU vê um aumento de conexões que falham depois de ativar um grupo híbrido num gateway web de teste. Uma captura de pacotes no laboratório mostra que o ClientHello agora ocupa dois segmentos, e um proxy de inspeção legado numa agência derruba a conexão. A correção não é desativar a troca de chaves pós-quântica em todo lugar, mas atualizar ou contornar esse proxy, registrando o problema no log da migração. O diagnóstico exigiu conhecer as duas camadas: o tamanho veio da criptografia, a falha veio do tratamento no transporte.
7.5 Atividade prática
Usando um navegador de laboratório e o seu próprio servidor de teste, ou traces de handshake publicados, identifique a lista de grupos suportados num ClientHello e o grupo selecionado no ServerHello. Registre quais mensagens são cifradas no TLS 1.3. Não capture o tráfego de outras pessoas.
A maior parte do handshake depois do ServerHello é cifrada no TLS 1.3, inclusive o certificado, então um observador passivo vê menos do que nas versões mais antigas. Compare uma conexão que oferece um grupo híbrido com uma que oferece apenas grupos clássicos e anote a diferença no tamanho do ClientHello. Os traces publicados são uma alternativa segura se você não tiver um servidor de teste próprio. Anote a ferramenta que usou e a sua versão, para que outro estudante possa repetir a observação.
7.6 Erros comuns e limites
- Acreditar que a troca de chaves híbrida também torna a autenticação pós-quântica.
- Culpar o algoritmo por falhas causadas por middleboxes.
- Capturar tráfego em redes que você não está autorizado a monitorar.
A troca de chaves híbrida protege os segredos de sessão contra a decifração posterior, mas o certificado e a sua assinatura continuam clássicos até que os certificados mudem, o que é uma migração separada e mais lenta. As falhas por middleboxes são comuns nas primeiras implantações, e diagnosticá-las exige evidências da rede, e não suposições sobre o algoritmo. Capturar tráfego sem autorização é ilegal em muitos lugares e quebra a confiança de que o trabalho de segurança depende, por melhor que seja a intenção.
Exercícios
- EX013 — Separe as tarefas. Para o TLS 1.3, o IKEv2 e o SSH, nomeie o mecanismo de estabelecimento de chaves e o de autenticação numa implantação clássica típica. Rubrica: 3 = seis entradas corretas.
- EX014 — Orçamento de tamanho. Quantos bytes a mais um cliente envia no seu compartilhamento de chave com o X25519MLKEM768 do que com o X25519 sozinho? Rubrica: 3 = 1.184 bytes, com os tamanhos citados.
Síntese
Os protocolos seguros separam o estabelecimento de chaves da autenticação. A troca de chaves híbrida pós-quântica muda o primeiro, aumenta os handshakes e pode expor middleboxes antigos; a autenticação muda depois, com os certificados pós-quânticos.
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