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Engenharia · Capítulo 3 · Português

Capítulo 3 — Física para computação

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Capítulo 3 — Física para computação

Mapa da aula

Aula 03 publicada. Mapa, exemplo, EX007.

flowchart TD
  N0["3.1 Informação é física"]
  N1["3.2 Energia, tempo e emissões"]
  N2["Síntese"]
  N0 --> N1 --> N2
  N2 --> EX["Exemplo resolvido"]
  EX --> Q["Exercício EX007"]

Desenho lógico

flowchart LR
  N0["3.1 Informação é física"]
  N1["3.2 Energia, tempo e emissões"]
  N2["Síntese"]
  N0 --> N1 --> N2 --> Q["EX007"]

[3.1 Informação é física]
    |
    v
[3.2 Energia, tempo e emissões]
    |
    v
[Síntese]
    |
    v
[Exemplo resolvido] --> [Exercício EX007]

Objetivos de aprendizagem

Você vai (1) relacionar fenômenos físicos a riscos de segurança do hardware; (2) explicar por que emanações e consumo de energia podem vazar informação; (3) ligar limites físicos a escolhas de arquitetura.

3.1 Informação é física

O módulo de física de Sofia cobre eletricidade, sinais e calor. Daniel o liga à segurança: computadores são dispositivos físicos, então a computação produz efeitos mensuráveis, como variação de consumo de energia, emissão eletromagnética, diferenças de tempo e calor. Anderson (2020) descreve como esses side channels já vazaram chaves e dados. Para um arquiteto, a lição não é construir bancadas de medição, e sim reconhecer onde o acesso físico ou a proximidade criam risco, como em leitores de cartões de passagem montados em ônibus públicos, onde um atacante pode tocar, abrir ou acoplar instrumentos ao dispositivo por horas sem ser notado pela equipe.

3.2 Energia, tempo e emissões

O consumo de energia varia conforme as operações que um chip executa. Se o consumo de um dispositivo depende de dados secretos, um atacante que o mede às vezes consegue recuperar o segredo; isso se chama análise de consumo de energia (power analysis). O tempo funciona de forma parecida no software, e é por isso que comparações em tempo constante são usadas para segredos. Emissões eletromagnéticas de cabos e telas também podem carregar sinais. Sofia aprende que se defender disso é principalmente tarefa dos projetistas de hardware e de secure elements certificados, e que a responsabilidade do arquiteto é escolher componentes avaliados contra esses ataques para os lugares onde os atacantes têm acesso físico.

3.3 Limites físicos na arquitetura

A física também impõe limites que os arquitetos precisam respeitar. A propagação de sinais e a latência de rede fazem com que o validador de passagens de um bonde nem sempre consiga alcançar o servidor central a tempo, então ele precisa tomar algumas decisões offline com chaves e listas de bloqueio armazenadas localmente. Baterias e calor limitam quanto trabalho criptográfico um dispositivo portátil de fiscalização consegue fazer. A resistência física a adulteração custa dinheiro e espaço. Sofia escreve uma nota curta para Daniel explicando que os validadores de passagens devem usar secure elements para as chaves e devem ser projetados para funcionar offline com segurança, porque é a física, e não a preferência, que impõe esse projeto.

Exemplo resolvido

Sofia lista três side channels físicos, mapeia-os para os leitores de passagens embarcados da Corvia e defende secure elements e uma operação offline segura.

Caso sintético. Os locais dos dispositivos e as notas de projeto são sintéticos; Anderson (2020) é real.

Erros e limites

O risco de side channel depende do acesso e da habilidade do atacante; nem todo dispositivo precisa da mesma proteção. Os limites físicos mudam à medida que o hardware evolui.

Exercícios

Síntese

A física molda tanto as ameaças aos dispositivos quanto as restrições aos desenhos de arquitetura segura.

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