Tecnologia no Cotidiano

Criptografia Quântica – A Garantia Para O Futuro

Recentemente, o controverso ex-analista da NSA (National Security Agency) Edward Snowden respondeu a uma série de perguntas relacionadas à segurança da informação em um fórum online patrocinado pelo jornal “The Guardian”. Uma das perguntas foi se haveria alguma maneira de se proteger e-mails dos olhos da NSA, pergunta esta respondida prontamente por Snowden: “Criptografia funciona. Sistemas de criptografia fortes e adequadamente implementados são uma das poucas coisas nas quais você pode confiar”.

De fato, quando estes sistemas falham, a causa é tipicamente um erro humano – a instalação de um malware, por exemplo – e não o resultado de uma falha fundamental. Entretanto, há pesquisadores que afirmam que isto não permanecerá verdadeiro se computadores quânticos, máquinas com um poder de processamento infinitamente superior ao da tecnologia atual, se tornarem realidade.

Segundo Vadim Makarov, físico no Instituto de Computação Quântica da Universidade de Waterloo, está razoavelmente claro que os métodos de criptografia que utilizamos hoje se tornarão inseguros no longo prazo. Uma vez que a tecnologia para quebrar métodos de criptografia atualmente em uso esteja disponível no futuro, todos os segredos hoje guardados serão comprometidos retroativamente. Isto não é aceitável para muitos tipos de segredos, tais como médicos, políticos e militares, que têm validade por longos períodos, finaliza ele.

Em consequência desta percepção, já há cientistas desenvolvendo sistemas baseados em criptografia quântica, uma forma de encriptação praticamente impossível de ser quebrada. Neste contexto, há um grupo de pesquisadores no laboratório Nacional de Los Álamos que vem utilizando uma pequena, mas segura, rede baseada em criptografia quântica há mais de 2 anos. Além deles, a empresa suíça ID Quantique já utilizou criptografia quântica para proteger transações ponto-a-ponto realizadas entre instituições financeiras.

Atualmente há consenso por parte dos pesquisadores que existem várias limitações para a utilização desta tecnologia nascente, mas também se percebe que os potenciais benefícios são gigantescos. Segundo o físico Duncan Earl, CIO da Gridcom, uma startup empenhada no desenvolvimento da nova tecnologia, ela é ultra segura e uma garantia de segurança contra evoluções futuras dos computadores. É uma tecnologia à prova do futuro, resume ele.

Um novo modelo de criptografia

As partes críticas de ambos os processos de criptografia, quântica e tradicional, são as chaves utilizadas para cifrar as mensagens. O algoritmo RSA para criptografia baseada em chaves públicas, um dos mais populares atualmente, é baseado parcialmente em uma chave pública que é produto de dois números primos. Esta chave pública é combinada com uma mensagem a fim de criar um texto cifrado, incapaz de ser lido. Uma vez que a mensagem é cifrada e enviada, a única maneira de decifrá-la é por intermédio da aplicação de uma segunda chave, privada.

É praticamente impossível deduzir a chave privada a partir da chave pública, mas dependendo da dificuldade dos cálculos envolvidos e do computador empregado nesta tarefa, isto pode se tornar uma vulnerabilidade no longo prazo.

Só haverá segurança se os cálculos forem um problema significativo, explica o físico Daniel Gottesman do Instituto Perímetro. Isto se torna um problema sério em computadores tradicionais, ao passo que computadores quânticos serão capazes de rodar novos tipos de algoritmos que podem facilmente lidar com números primos maiores. Portanto, se você dispuser de computadores quânticos, o algoritmo RSA poderá deixar de ser tão seguro como o é atualmente.

Já a criptografia quântica adota uma abordagem diferente. Imaginemos 2 pessoas que querem se comunicar de forma segura. Inicialmente elas geram e trocam entre si uma chave secreta compartilhada. Esta chave, que é tão extensa quanto a própria mensagem, diferentemente das chaves relativamente curtas de 128 ou 256 bits utilizadas atualmente, é empregada apenas uma vez.

O aspecto quântico do processo reside no modo por intermédio do qual a chave é gerada e intercambiada. No método mais utilizado atualmente, são enviados fótons de luz do transmissor para o receptor da mensagem. Estes fótons podem assumir uma gama variada de estados – diferentes spins e diferentes polarizações – que podem ser usados para representar diferentes bits. Desse modo, um fóton com orientação vertical poderá representar o bit 1, ao passo que o fóton orientado horizontalmente poderá representar o bit 0. Assim, o transmissor prepara cada fóton, colocando-o em um determinado estado, transmitindo-o então para o receptor, que avalia a mensagem recebida, traduzindo-a e comparando os resultados obtidos com o que foi enviado pelo transmissor.

Se alguém tentar espionar a mensagem e interceptar os fótons no caminho, o sistema irá perceber discrepâncias entre o que foi recebido e o que foi transmitido, concluindo, então, que a linha de comunicação é insegura. Mas se não houver discrepâncias, será gerada uma sequência de combinação, formada por bits aleatórios, que será utilizada como uma chave secreta compartilhada para cifrar e decifrar a mensagem.

A segurança do processo está no fato de o mesmo ser baseado em fótons, ao invés do tradicional processamento de cálculos. As leis da física dizem que se eu enviar um facho de luz para um receptor, qualquer tentativa de um intruso no sentido de efetuar uma medição neste facho criará uma perturbação no mesmo, afirma Jeffrey Shapiro, especialista em comunicação do MIT(Massachusetts Institute of Technology). Assim, o processo quântico terá sua segurança baseada nesta lei da Física. Isto é bem diferente de se basear em uma dificuldade computacional, decorrente da atual inexistência de um computador capaz de quebrar o código.

A teoria na prática

Na criptografia quântica atual, os equipamentos utilizados para transmitir e receber os fótons só podem se comunicar por distâncias relativamente curtas, da ordem de dezenas de quilômetros.

Hackers da Universidade de Waterloo, acionados no âmbito desta pesquisa, se aproveitaram desta vulnerabilidade e bloquearam a comunicação de um sistema de criptografia quântica “cegando-o” com um facho forte de luz. Este episódio não foi entendido como suficiente para invalidar a criptografia quântica. Ao invés disto, foi tratado como uma falha de implementação e, neste contexto, a Universidade de Waterloo solicitou aos fabricantes dos equipamentos que a falha fosse corrigida, o que de fato ocorreu.

Paralelamente, a ID Quantique, que já vinha trabalhando com a mesma equipe da Universidade de Waterloo, vem realizando melhorias na tecnologia desde o lançamento de sua primeira versão em 2004. A empresa tem explorado tecnologias que permitam o funcionamento da criptografia quântica através de longas distâncias, mas o foco principal da empresa atualmente é nas comunicações locais, ponto-a-ponto, sobre distâncias curtas. Os nossos clientes atuais são o setor financeiro e o governo, afirma Gregoire Ribordy, CEO da ID Quantique. Estamos oferecendo confidencialidade de dados a longo prazo sobre um link, tais como aqueles que ligam um datacenter a outro ou numa rede de um campus, ou seja, entregamos transações com alto grau de segurança entre prédios, complementa ele.

Uma outra companhia, a Gridcom, planeja utilizar criptografia quântica para assegurar a segurança das comunicações máquina-a-máquina por intermédio da rede elétrica. A empresa, que já anunciou o lançamento de seu primeiro sistema comercial para 2015, irá basear seu produto na propriedade segundo a qual dois fótons ficam interligados de tal maneira que a interferência sobre um deles produzirá uma mudança imediata no par.

Um futuro mais seguro

Os recentes avanços na criptografia quântica provocaram muita especulação sobre seu potencial, havendo até mesmo quem dissesse que se tratava da criação de uma Internet quântica secreta, enquanto outros afirmaram que esta tecnologia não seria aplicável à comunicação de massa.

Especulações à parte, o que temos por certo é que o atual sistema de criptografia estará com sua confiabilidade em risco na medida em que máquinas com maior capacidade de processamento estejam disponíveis, fazendo com que a quebra da criptografia valha a pena à luz do resultado a ser obtido.

Assim, o que podemos esperar é o aperfeiçoamento da criptografia quântica de modo a torna-la viável para o uso em massa ou o surgimento de novos algoritmos, que se contraponham ao constante crescimento da capacidade de processamento das máquinas disponíveis.

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