Capítulo 1 — Integridade e métodos de pesquisa avançada | Pesquisa doutoral Segurança quântica e pós-quântica

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Mapa da aula

Aula 01 publicada. Mapa, exemplo, EX001.

flowchart TD
  N0["1.1 O objeto de estudo: uma transição, não uma primi"]
  N1["1.2 Uma escada de alegações"]
  N2["1.3 Prazos como pressupostos"]
  N3["1.4 Não causar dano ao observar a criptografia"]
  N4["1.5 Níveis de dados"]
  N5["1.6 Métricas que resistem à manipulação"]
  N6["1.8 Atividade prática — Laboratório 1: a desigualdad"]
  N7["Síntese do capítulo"]
  N0 --> N1 --> N2 --> N3 --> N4 --> N5 --> N6 --> N7
  N7 --> EX["Exemplo resolvido"]
  EX --> Q["Exercício EX001"]

Desenho lógico

flowchart LR
  N0["1.1 O objeto de estudo: uma transição, não uma primi"]
  N1["1.2 Uma escada de alegações"]
  N2["1.3 Prazos como pressupostos"]
  N3["1.4 Não causar dano ao observar a criptografia"]
  N4["1.5 Níveis de dados"]
  N5["1.6 Métricas que resistem à manipulação"]
  N6["1.8 Atividade prática — Laboratório 1: a desigualdad"]
  N7["Síntese do capítulo"]
  N0 --> N1 --> N2 --> N3 --> N4 --> N5 --> N6 --> N7 --> Q["EX001"]

[1.1 O objeto de estudo: uma transição, não uma primi]
    |
    v
[1.2 Uma escada de alegações]
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[1.3 Prazos como pressupostos]
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[1.4 Não causar dano ao observar a criptografia]
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[1.5 Níveis de dados]
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[1.6 Métricas que resistem à manipulação]
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[1.8 Atividade prática — Laboratório 1: a desigualdad]
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[Síntese do capítulo]
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[Exemplo resolvido] --> [Exercício EX001]

Objetivos de aprendizagem e conexão

Depois deste capítulo, você consegue (1) separar os cinco tipos de afirmação que a pesquisa em PQC produz e mantê-los rotulados; (2) explicar por que as alegações sobre prazos quânticos precisam ser enunciadas como pressupostos condicionais, e não como previsões; (3) projetar um estudo de inventário que não possa causar dano aos sistemas que observa; (4) escolher métricas que resistam às formas mais comuns de fazer uma migração parecer concluída; e (5) escrever um protocolo delimitado que um comitê de revisão possa aprovar. O capítulo parte da sua experiência de pesquisa de entrada e prepara o mapeamento da literatura do Capítulo 2.

1.1 O objeto de estudo: uma transição, não uma primitiva

A maior parte da pesquisa em criptografia estuda um objeto parado: um esquema, uma redução, uma implementação. A pesquisa em segurança pós-quântica geralmente estuda algo que se move. As organizações estão substituindo o RSA, o Diffie–Hellman de corpo finito e os algoritmos de curvas elípticas — que o algoritmo de Shor quebraria num computador quântico tolerante a falhas suficientemente grande (Shor 1997) — por algoritmos padronizados para resistência quântica: o ML-KEM na FIPS 203, o ML-DSA na FIPS 204 e o SLH-DSA na FIPS 205, além das assinaturas baseadas em hash com estado LMS e XMSS, perfiladas no NIST SP 800-208. O que você mede é uma fronteira móvel entre o uso vulnerável e o uso resistente à computação quântica, atravessando protocolos, produtos e décadas de dados armazenados.

Isso muda o que conta como rigor. Uma prova de redução pode ser verificada uma vez. Uma alegação como "a HRHN migrou 80% do seu estabelecimento de chaves" depende de como o "uso" foi contado, de quem podia ver quais sistemas, de quando o retrato foi tirado e de se a negociação híbrida realmente aconteceu ou estava apenas configurada. A primeira disciplina deste livro é, portanto, saber qual objeto uma frase descreve: uma primitiva, um protocolo, uma implantação, uma organização ou um ecossistema.

1.2 Uma escada de alegações

Suba um degrau de cada vez e nunca pule um por escrito:

Observação — "O sensor passivo registrou 41.212 handshakes TLS 1.3 no segmento B entre 1 e 7 de março (sintético); 63% selecionaram o grupo X25519MLKEM768." É uma medição feita por um instrumento nomeado.
Inferência — "A maioria das sessões originadas em navegadores no segmento B está protegida contra a coleta do tipo 'colher agora, decifrar depois' da sua troca de chaves, supondo que o ML-KEM-768 continue seguro ou que o X25519 continue seguro." Note o pressuposto explícito: um híbrido PQ/T (RFC 9794) é projetado para continuar seguro se qualquer um dos componentes se mantiver.
Alegação — "O inventário de duas fontes recupera o estabelecimento de chaves vulnerável à computação quântica no corpus da HRHN com revocação de 0,91 (IC de 95% 0,88–0,94)." Uma alegação tem escopo, incerteza e um método.
Decisão — "O comitê diretor priorizou o concentrador de VPN." Uma decisão é tomada por pessoas e pode estar certa por razões que estão fora das suas evidências.
Exposição — "Os estudos de imagem arquivados, cifrados sob chaves embrulhadas com RSA antes de 2026, continuam decifráveis por um futuro CRQC enquanto existirem cópias do texto cifrado." A exposição é a consequência que realmente importa, e com frequência está fora do que qualquer sensor consegue ver.

A falha de integridade mais comum neste campo é pular degraus: uma varredura de fornecedor (degrau 1) vira "a organização é segura contra a computação quântica" (uma afirmação de exposição) sem nenhuma inferência, alegação ou escopo no meio.

1.3 Prazos como pressupostos

Ninguém consegue observar hoje quando existirá um computador quântico criptograficamente relevante (CRQC). O que se pode observar é uma sequência de estimativas de recursos publicadas. Gidney e Ekerå (2021) estimaram que o RSA-2048 poderia ser fatorado em cerca de oito horas com vinte milhões de qubits ruidosos, sob pressupostos de hardware declarados; Gidney (2025) revisou a estimativa para menos de um milhão de qubits ruidosos funcionando por menos de uma semana, de novo sob pressupostos explícitos sobre taxas de erro, tempo de ciclo e conectividade. São resultados sobre algoritmos e custos adicionais de correção de erros, não previsões do progresso da engenharia.

Mosca (2018) formulou a questão de planejamento como uma desigualdade: se o tempo de vida da confidencialidade dos dados (x) mais o tempo para migrar (y) excede o tempo até um CRQC (z), então os dados cifrados hoje estão em risco. Uma tese de doutorado pode usar esse enquadramento, mas precisa tratar z como um parâmetro varrido ao longo de uma faixa e relatar como as conclusões mudam, nunca como um número único tomado emprestado de uma pesquisa de opinião. O Laboratório 1 torna essa sensibilidade concreta.

As datas de políticas públicas são, mais uma vez, outro tipo de objeto. O NIST IR 8547 (rascunho público inicial) propõe tornar obsoletos os algoritmos de chave pública vulneráveis à computação quântica de 112 bits depois de 2030 e proibi-los depois de 2035, e o comunicado CNSA 2.0 da NSA fixa as suas próprias metas de transição para sistemas de segurança nacional. São decisões de instituições; cite-as como decisões, com a sua situação, e não como evidências sobre hardware quântico.

1.4 Não causar dano ao observar a criptografia

A pesquisa de inventário toca sistemas em operação. A varredura TLS ativa de uma rede interna pode disparar a prevenção de intrusões, esgotar as tabelas de conexões de dispositivos embarcados ou, num hospital, perturbar um dispositivo médico. A captura passiva registra metadados que podem revelar quem falou com quem. A varredura de código pode expor segredos. Um protocolo sólido, portanto, especifica: autorização escrita do dono do sistema; coleta passiva por padrão; sondagem ativa apenas contra uma lista combinada, com limite de taxa e fora do horário clínico; captura limitada aos metadados dos handshakes (sem carga útil da aplicação, sem chaves privadas); exclusão imediata de qualquer credencial descoberta; e uma pessoa nomeada com autoridade para interromper. Experimentos de rebaixamento — forçar um cliente a recuar de grupos híbridos para clássicos — pertencem apenas a uma bancada de testes isolada, porque enfraquecem deliberadamente uma proteção real.

Os princípios do Relatório Menlo (Dittrich e Kenneally 2012) — respeito às pessoas, beneficência, justiça e respeito à lei e ao interesse público — correspondem diretamente a essas escolhas. A beneficência, em particular, significa que a constatação de um dispositivo legado fraco é relatada ao dono antes de ser publicada.

1.5 Níveis de dados

Classifique cada artefato antes que ele exista. Nível 0 (público): código, dados sintéticos, contagens agregadas. Nível 1 (restrito): metadados de handshakes desidentificados, com nomes de host substituídos por pseudônimos estáveis. Nível 2 (confidencial): capturas de pacotes brutas, arquivos de configuração, inventários de certificados que revelam a arquitetura interna. Nível 3 (nunca coletado): chaves privadas, chaves de sessão, carga útil da aplicação, dados de pacientes. Um protocolo que não consegue dizer a que nível pertence um artefato não está pronto para revisão.

No Ciphertrail Study, a exportação pseudonimizada dos handshakes é de nível 1, e as capturas brutas dos segmentos da HRHN ficam no nível 2, nas instalações da HRHN. Qualquer credencial descoberta na varredura de código passa imediatamente ao tratamento de nível 3: é excluída, o seu dono é avisado e o incidente é registrado sem o valor. O nível é escrito no próprio arquivo, além de no protocolo.

1.6 Métricas que resistem à manipulação

"Percentual de sistemas migrados" é a métrica com maior probabilidade de enganar. Ela pode ser elevada redefinindo "sistema", contando algoritmos configurados em vez de negociados ou excluindo os dispositivos que o scanner não alcança. Prefira métricas com um denominador que outra pessoa possa auditar: a revocação dos usos vulneráveis à computação quântica em relação a uma verdade de referência adjudicada; a precisão das constatações relatadas; a participação híbrida negociada, ponderada pela sensibilidade dos dados; a participação desconhecida — a fração de ativos cuja criptografia não pôde ser determinada, relatada separadamente em vez de tratada em silêncio como segura; e o tempo até a substituição de um algoritmo escolhido, que mede a agilidade, e não uma migração única.

1.7 Exemplo resolvido: a primeira revisão de protocolo do Ciphertrail Study

O primeiro rascunho do candidato propõe a varredura ativa de todos os 1.200 serviços da HRHN e relata "% seguro contra a computação quântica". O comitê de revisão (sintético) devolve cinco objeções. (a) A varredura ativa da rede segregada de dispositivos médicos não se justifica quando a captura passiva na fronteira basta; o protocolo revisado restringe as sondagens ativas a 140 serviços de TI e as agenda. (b) "Seguro contra a computação quântica" não está definido; a revisão o substitui por revocação, precisão e participação desconhecida em relação a uma amostra adjudicada. (c) As capturas de pacotes conteriam nomes de host que identificam pacientes; a revisão pseudonimiza no sensor e mantém as capturas brutas no nível 2, nas instalações da HRHN. (d) A data do CRQC é citada de um único blog; a revisão varre z e cita estimativas de recursos primárias. (e) Nenhuma autoridade de interrupção é nomeada; a revisão nomeia o chefe de engenharia clínica da HRHN. Cada objeção forçou uma alegação a descer para um degrau que as evidências realmente conseguiam sustentar.

1.8 Atividade prática — Laboratório 1: a desigualdade de Mosca sob incerteza

Execute o script offline com Python 3. Ele trata z como uma distribuição escolhida apenas para o ensino e pergunta com que frequência x + y > z para quatro classes de registros da HRHN.

# Lab 1 (synthetic): Mosca's inequality x + y > z under uncertainty.
# x = years the data must stay confidential, y = years to migrate,
# z = years until a cryptographically relevant quantum computer (CRQC).
# The z distribution below is an ARBITRARY teaching assumption, not a forecast.
import random
random.seed(7)
def p_exposed(x, y, trials=20000, z_lo=8, z_hi=30):
    hits = 0
    for _ in range(trials):
        z = random.triangular(z_lo, z_hi, 15)  # mode 15 years: illustrative only
        if x + y > z:
            hits += 1
    return hits / trials
for name, x, y in [("appointment logs", 1, 4), ("lab results", 10, 4),
                   ("genomic archive", 50, 4), ("lab results, slow migration", 10, 9)]:
    print(f"{name:30s} x={x:2d} y={y:2d}  P(x+y>z) = {p_exposed(x, y):.3f}")
# Sensitivity: the same record class under a different z assumption
print("lab results, z in [15,40]     ", f"{p_exposed(10, 4, z_lo=15, z_hi=40):.3f}")

Saída esperada (com semente):

appointment logs               x= 1 y= 4  P(x+y>z) = 0.000
lab results                    x=10 y= 4  P(x+y>z) = 0.234
genomic archive                x=50 y= 4  P(x+y>z) = 1.000
lab results, slow migration    x=10 y= 9  P(x+y>z) = 0.631
lab results, z in [15,40]      0.000

Leia a saída como uma afirmação sobre o modelo, e não sobre o mundo. O arquivo genômico fica exposto sob qualquer pressuposto, porque só o seu tempo de vida de confidencialidade já excede qualquer z plausível; a velocidade da migração não consegue salvar dados que já foram colhidos. Os resultados de exames laboratoriais passam de 0,23 para 0,63 quando a migração fica mais lenta, e para 0 sob uma faixa de z mais otimista — e é exatamente por isso que uma tese precisa publicar a sensibilidade, e não uma probabilidade única.

1.9 Erros comuns e limites

Tratar uma estimativa de recursos como uma data. As estimativas limitam o custo sob pressupostos; não agendam a engenharia.
Contar configuração como negociação. Um servidor que oferece um grupo híbrido não protege nada se nenhum cliente o selecionar.
Denominadores silenciosos. Os ativos que o scanner não vê precisam aparecer como "desconhecidos", e não desaparecer.
Observação que causa dano. Varreduras ativas e testes de rebaixamento em produção podem causar interrupções e enfraquecer a proteção.
A distribuição do Laboratório 1 é arbitrária. O seu valor está no método de análise de sensibilidade, não nas probabilidades.
Transformar uma tabela de sensibilidade numa única probabilidade de manchete.

Exercícios — capítulo 1

Cada exercício é pontuado de 0 a 3: 0 ausente ou inseguro; 1 parcialmente correto, com uma lacuna importante; 2 correto, com pequenas lacunas; 3 completo, delimitado e justificado.

EX001 — Rotular a escada. Objetivo: separar os tipos de afirmação. Insumo: cinco frases do exemplo resolvido. Restrição: usar apenas os cinco rótulos. Passos: rotular cada uma e depois reescrever qualquer frase que pule degraus. Evidência: uma tabela rotulada. Rubrica: 3 = todos os rótulos corretos e as duas reescritas delimitadas.
EX002 — Definir o objeto. Objetivo: nomear o objeto de uma alegação. Insumo: "O nosso hospital está 80% pronto para a PQC." Passos: listar quatro objetos que a frase poderia descrever e a métrica de que cada um precisaria. Evidência: uma tabela de quatro linhas. Rubrica: 3 = objetos distintos, métricas auditáveis.
EX003 — Varrer z. Objetivo: análise de sensibilidade. Insumo: Laboratório 1. Passos: mudar a moda de z para 10 e para 25; relatar as quatro classes de registros. Evidência: uma tabela e duas frases de interpretação. Rubrica: 3 = execuções corretas e uma interpretação que não trate z como previsão.
EX004 — Revisão de danos. Objetivo: identificar os danos da observação. Insumo: um plano de executar sondagens TLS ativas contra todos os dispositivos médicos todas as noites. Passos: listar três danos e um desenho mais seguro para cada um. Evidência: tabela de danos. Rubrica: 3 = danos realistas, alternativas que preservam a pergunta de pesquisa.
EX005 — Classificar os artefatos. Objetivo: classificação de dados. Insumo: captura de pacotes, CSV pseudonimizado de handshakes, inventário de certificados, notebook de análise, uma chave privada descoberta. Passos: atribuir os níveis 0–3 e o tratamento de cada um. Evidência: uma tabela. Rubrica: 3 = a chave privada é excluída e relatada, não guardada.
EX006 — Métrica não manipulável. Objetivo: desenho de métrica. Insumo: "% de sistemas migrados". Passos: descrever duas formas de manipulá-la e propor uma substituta com denominador auditável. Evidência: definição da métrica. Rubrica: 3 = a substituta inclui a participação desconhecida.
EX007 — Protocolo delimitado. Objetivo: escrever um protocolo revisável. Passos: uma página cobrindo autorização, modo de coleta, níveis, autoridade de interrupção, divulgação e métricas para o Ciphertrail Study. Evidência: o protocolo. Rubrica: 3 = todos os elementos presentes e coerentes com 1.4–1.6.

Síntese do capítulo

A pesquisa em PQC mede uma transição cuja grandeza mais importante — quando existirá um CRQC — não pode ser observada. O rigor vem, portanto, de alegações rotuladas, de prazos tratados como pressupostos varridos, de uma observação que não pode causar dano ao observado, de dados classificados em níveis e de métricas cujos denominadores um leitor adversarial consiga auditar.