OpenCyber Academy
Curso rápido · Capítulo 1 · Português
Código do curso: OCA-021Capítulo 01: OCA-021-C001

Capítulo 1 — Segurança quântica e pós-quântica: fundamentos e decisões

Ensino gratuito e aberto para quem deseja proteger pessoas e tecnologias. Não é preciso criar uma conta para estudar ou consultar as respostas.

Mapa da aula

Aula 01 publicada. Mapa, exemplo, EX001.

flowchart TD
  N0["1.1 Cadeados e selos"]
  N1["1.2 O que é um computador quântico"]
  N2["1.3 O que quebraria e o que não quebraria"]
  N3["1.4 Dois tipos de risco com momentos diferentes"]
  N4["1.5 As novas normas"]
  N5["1.6 Proteção híbrida"]
  N6["1.7 Decidindo o quanto isso importa: Laboratório M"]
  N7["1.8 Caso resolvido"]
  N0 --> N1 --> N2 --> N3 --> N4 --> N5 --> N6 --> N7
  N7 --> EX["Exemplo resolvido"]
  EX --> Q["Exercício EX001"]

Desenho lógico

flowchart LR
  N0["1.1 Cadeados e selos"]
  N1["1.2 O que é um computador quântico"]
  N2["1.3 O que quebraria e o que não quebraria"]
  N3["1.4 Dois tipos de risco com momentos diferentes"]
  N4["1.5 As novas normas"]
  N5["1.6 Proteção híbrida"]
  N6["1.7 Decidindo o quanto isso importa: Laboratório M"]
  N7["1.8 Caso resolvido"]
  N0 --> N1 --> N2 --> N3 --> N4 --> N5 --> N6 --> N7 --> Q["EX001"]

[1.1 Cadeados e selos]
    |
    v
[1.2 O que é um computador quântico]
    |
    v
[1.3 O que quebraria e o que não quebraria]
    |
    v
[1.4 Dois tipos de risco com momentos diferentes]
    |
    v
[1.5 As novas normas]
    |
    v
[1.6 Proteção híbrida]
    |
    v
[1.7 Decidindo o quanto isso importa: Laboratório M]
    |
    v
[1.8 Caso resolvido]
    |
    v
[Exemplo resolvido] --> [Exercício EX001]

Objetivos de aprendizagem

Você vai (1) explicar em palavras simples o que fazem a cifragem e as assinaturas digitais; (2) descrever o que é um computador quântico e o que ele poderia quebrar; (3) explicar "colher agora, decifrar depois" e "forjar depois"; (4) nomear as novas normas pós-quânticas; (5) explicar a proteção híbrida; e (6) tomar uma primeira decisão sensata para uma pequena organização.

1.1 Cadeados e selos

Quando você visita uma loja virtual, o seu navegador e a loja combinam uma chave secreta que ninguém mais conhece e depois a usam para embaralhar (cifrar) tudo o que você envia. É como duas pessoas combinarem o segredo de um cofre enquanto estranhos escutam — e ainda assim mantê-lo secreto. O método que lhes permite fazer isso se chama criptografia de chave pública. A mesma família de métodos também produz assinaturas digitais: selos que provam que uma mensagem, um site ou uma atualização de software veio realmente de quem diz ter vindo. Os métodos de chave pública atuais têm nomes como RSA e curvas elípticas. Uma família diferente, a cifragem simétrica, como o AES, faz o grosso do embaralhamento depois que a chave foi combinada.

1.2 O que é um computador quântico

Os computadores comuns usam bits que valem 0 ou 1. Os computadores quânticos usam qubits, que seguem as regras da física quântica e podem ser combinados de formas que fazem certos cálculos funcionarem de maneira muito diferente. Eles não são simplesmente computadores mais rápidos; para a maioria das tarefas — planilhas, sites, jogos — não trazem benefício algum. Mas, para alguns problemas matemáticos especiais, poderiam ser dramaticamente mais rápidos. Um desses problemas é exatamente aquele em que o RSA e as curvas elípticas se apoiam. Em 1994, Peter Shor descreveu um método quântico (publicado numa revista em 1997) que os quebraria num computador quântico confiável e grande o bastante. Essa máquina ainda não existe, e os especialistas discordam sobre quando, ou se, ela vai existir.

1.3 O que quebraria e o que não quebraria

Se fosse construído um computador quântico grande e confiável, ele conseguiria descobrir as chaves secretas por trás da criptografia RSA e de curvas elípticas. Isso permitiria a um atacante ler o tráfego protegido por esses métodos e forjar assinaturas. A cifragem simétrica, como o AES-256, e as impressões digitais (hashes), como o SHA-256, continuariam fortes. Então o problema é específico: as partes de "combinar um segredo" e de "assinar" dos sistemas atuais precisam ser substituídas; a cifragem do grosso dos dados, não.

Para a Bluebird Bakery Online, isso significa que os pagamentos com cartão, as conexões da loja online e os logins no portal dos funcionários poderiam ser afetados um dia, porque dependem da combinação de chaves e de assinaturas. Os próprios arquivos, uma vez cifrados com AES, continuariam seguros. É por isso que as ações posteriores da padaria se concentram nos planos dos provedores para a combinação de chaves e as assinaturas, e não nos seus arquivos armazenados.

1.4 Dois tipos de risco com momentos diferentes

Colher agora, decifrar depois: alguém grava hoje tráfego embaralhado, guarda-o e o destrava anos depois, quando existir um computador quântico. Isso só importa para informações que precisam permanecer privadas por muitos anos — dados médicos, contratos, documentos de identidade, folha de pagamento. Forjar depois: quando existir um computador quântico, alguém poderia falsificar selos digitais — por exemplo, uma atualização de software falsa. Isso importa sobretudo para o que precisa ser confiável por muito tempo.

Na padaria, os arquivos da folha de pagamento e as contas dos clientes são as informações mais expostas ao primeiro risco, porque precisam permanecer privadas por muitos anos. O segundo risco importa para coisas como as atualizações de software dos caixas ou do controlador do forno, que dependem de assinaturas para provar que são genuínas. As confirmações de pedido são úteis apenas por meses, então nenhum dos dois riscos importa muito para elas.

1.5 As novas normas

Em agosto de 2024, o National Institute of Standards and Technology (NIST) dos EUA publicou três novas normas projetadas para resistir a computadores quânticos: a FIPS 203 (ML-KEM, para combinar chaves secretas), a FIPS 204 (ML-DSA, para assinaturas) e a FIPS 205 (SLH-DSA, também para assinaturas). Elas se chamam criptografia pós-quântica: software comum projetado para resistir a ataques quânticos futuros. O NIST também publicou um plano em rascunho, o IR 8547, propondo que os métodos antigos sejam eliminados gradualmente após 2030 e interrompidos após 2035; como é um rascunho, essas datas podem mudar.

1.6 Proteção híbrida

Durante a transição, muitos sistemas usam ao mesmo tempo um método antigo e um novo, de modo que um atacante teria de quebrar os dois. Isso se chama proteção híbrida (a RFC 9794 define os termos). Os navegadores modernos e muitos sites já usam um método híbrido chamado X25519MLKEM768 (RFC 10024) para combinar chaves. Se você usa um navegador atualizado, algumas das suas conexões provavelmente já estão protegidas dessa forma.

1.7 Decidindo o quanto isso importa: Laboratório M

Uma regra simples de Michele Mosca (2018) ajuda a decidir com o que se preocupar. Some quantos anos uma informação precisa permanecer privada (x) a quantos anos leva para mudar os sistemas (y). Se esse total for maior que o número de anos até que exista um computador quântico capaz (z), a informação já está em risco. Ninguém conhece z, então experimente vários palpites.

# Lab M (ch 1): Mosca's inequality x + y > z for synthetic Bluebird Bakery Online data, sweeping z.
assets = [  # (name, shelf-life x in years, migration time y in years) - synthetic
    ("customer accounts", 10, 2), ("supplier contracts", 7, 1), ("order confirmations", 0.5, 1), ("staff payroll files", 12, 2)]
for z in (10, 15, 20):  # years until a cryptographically relevant quantum computer: an assumption, not a forecast
    late = [n for n, x, y in assets if x + y > z]
    print(f"z={z:>2}: at risk now -> {', '.join(late) if late else 'none'}")

Saída esperada:

z=10: at risk now -> customer accounts, staff payroll files
z=15: at risk now -> none
z=20: at risk now -> none

Com um palpite de dez anos, as contas dos clientes e os arquivos da folha de pagamento estariam em risco; com quinze ou vinte, nada na padaria estaria. A conclusão sensata não é o pânico, e sim: manter o software e os serviços atualizados, para que a padaria se beneficie das novas proteções à medida que os provedores as adotam, e perguntar aos provedores que guardam dados de vida longa quais são os seus planos.

1.8 Caso resolvido

Priya pergunta: "Devo comprar uma caixa de segurança 'à prova de quântico' que vi anunciada?" Resposta: "Não. Não existe isso de 'à prova de quântico', e a proteção que importa para nós vem do software que os nossos provedores executam. As novas normas já estão aparecendo nos navegadores e nos serviços web. A nossa tarefa é manter os dispositivos atualizados, usar provedores de boa reputação e perguntar aos que guardam os dados dos clientes e da folha de pagamento quais são os seus planos pós-quânticos."

Repare no que a resposta evita: ela não promete que a padaria está segura e não sugere gastar dinheiro agora. Ela nomeia os dois tipos de dados que mais importam e as pessoas que os controlam. Uma boa primeira decisão para uma pequena organização costuma ser fazer as perguntas certas aos provedores, e não comprar equipamentos.

1.9 Atividades práticas

  1. Escreva uma explicação de três frases sobre o risco quântico para um amigo que não é da área técnica. 2. Encontre uma notícia sobre computadores quânticos e sublinhe qualquer afirmação que pareça exagerada. 3. Refaça o Laboratório M de cabeça com z = 8: quais itens estariam em risco?

Na primeira atividade, teste a sua explicação com o amigo e anote qualquer palavra que ele não tenha entendido. Na segunda, compare as afirmações da notícia com o que você aprendeu aqui: ela diz que toda a cifragem quebra ou dá uma data firme? Na terceira, verifique cada item somando os seus dois números e comparando o total com 8.

1.10 Erros comuns

Cada erro tem uma correção curta. Diga quais métodos estão em risco: a combinação de chaves e as assinaturas, não a cifragem do grosso dos dados. Dê faixas para os prazos e diga que são palpites. Pergunte o que um produto realmente faz, em vez de confiar num rótulo. E, quando mencionar as datas de 2030 e 2035, diga que elas vêm de um rascunho.

Exercícios

Síntese

Os computadores quânticos, se construídos em escala, quebrariam os métodos atuais de combinar chaves e de assinar, mas não a cifragem do grosso dos dados. As novas normas do NIST e a proteção híbrida já estão sendo adotadas. Para a maioria das organizações, a decisão sensata é calma: proteger primeiro as informações de vida longa, manter os sistemas atualizados e perguntar aos provedores sobre os seus planos.

Respostas comentadas

EX001. A cifragem embaralha as informações para que só quem tem a chave consiga lê-las. Uma assinatura digital é um selo que prova quem criou uma mensagem ou atualização e que ela não foi alterada.

EX002. Os computadores quânticos só ajudam em alguns problemas matemáticos especiais; somar colunas numa planilha não é um deles.

EX003. RSA e curvas elípticas. O AES-256 e o SHA-256 continuam fortes.

EX004. Alguém grava agora o tráfego embaralhado e o guarda até que um futuro computador quântico consiga destravá-lo; isso importa para informações que precisam permanecer privadas por muitos anos.

EX005. Quando existir um computador quântico, um atacante poderia falsificar a assinatura de uma atualização de software para que um dispositivo instale software malicioso.

EX006. Os arquivos da folha de pagamento: precisam permanecer privados por muitos anos. As confirmações de pedido e o cardápio do dia, não.

EX007. FIPS 203 (ML-KEM) para combinar chaves secretas; FIPS 204 (ML-DSA) e FIPS 205 (SLH-DSA) para assinaturas.

EX008. Não: é um rascunho que propõe eliminar gradualmente os métodos antigos após 2030 e interrompê-los após 2035; as datas podem mudar.

EX009. A proteção híbrida usa um método antigo e um novo ao mesmo tempo, de modo que um atacante teria de quebrar os dois.

EX010. 7 + 1 = 8, então há risco para palpites de z abaixo de 8 anos.

EX011. Esse computador quântico ainda não existe, e mesmo um futuro só quebraria alguns métodos (combinação de chaves e assinaturas), não toda a cifragem.

EX012. Manter os dispositivos e as contas atualizados; perguntar aos provedores que guardam dados de vida longa (folha de pagamento, e-mail) quais são os seus planos pós-quânticos.

EX013. "À prova de quântico" não tem um significado acordado, nada é garantido contra todos os ataques futuros, e o termo é muitas vezes marketing.