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O que é um algoritmo criptográfico?

Um algoritmo criptográfico é um método matemático utilizado para transformar ou verificar dados, permitindo que apenas as partes autorizadas leiam a informação e que terceiros confirmem a integridade e a origem através de provas criptográficas.

Na prática, os algoritmos criptográficos asseguram três funções centrais: confidencialidade por meio de cifragem, integridade através de hashing e autenticação e não-repúdio por via da criptografia de chave pública e assinaturas digitais. A criptografia moderna não depende do segredo do algoritmo, mas sim de algoritmos públicos e revistos por pares, cuja segurança assenta em problemas matemáticos complexos e numa gestão correta das chaves.

Como funcionam os algoritmos criptográficos

Os sistemas criptográficos combinam diferentes classes de algoritmos, cada uma com uma função específica. Nenhum algoritmo, isoladamente, garante segurança total.

A cifragem simétrica utiliza uma única chave secreta partilhada para cifrar e decifrar dados. Por ser eficiente em termos computacionais, é usada para proteger grandes volumes de dados, como armazenamento cifrado ou sessões de comunicação seguras após a troca de chave.

A criptografia de chave pública recorre a um par de chaves matematicamente relacionadas: uma chave pública, que pode ser partilhada, e uma chave privada, que deve permanecer secreta. Este modelo possibilita a autenticação de identidade, a troca segura de chaves e assinaturas digitais em ambientes abertos e sem confiança, como as blockchains.

Algoritmos de hashing em criptografia

Um algoritmo de hash converte dados de entrada de qualquer dimensão numa saída de comprimento fixo, conhecida como hash ou resumo. O hashing serve para verificação, não para confidencialidade.

O hashing não é cifragem e foi concebido para ser computacionalmente inviável de inverter. As funções de hash criptográfico apresentam também o efeito avalanche: uma alteração mínima na entrada origina uma saída completamente diferente, permitindo detetar modificações nos dados de forma fiável.

As blockchains dependem fortemente do hashing. O Bitcoin utiliza SHA-256 para construção de blocos e combina-o com RIPEMD-160 para gerar endereços. O Ethereum recorre a Keccak-256 para hashing de transações, validação de blocos e execução de contratos inteligentes. Os hashes protegem cabeçalhos de bloco, identificadores de transação e árvores de Merkle, permitindo verificação eficiente sem expor os dados subjacentes.

Assinaturas digitais e algoritmos criptográficos

As assinaturas digitais comprovam, de forma criptográfica, que uma mensagem ou transação foi criada pelo titular de uma chave privada específica e que os dados não foram alterados desde a assinatura.

O processo de assinatura combina hashing e criptografia de chave pública. Primeiro, os dados são sujeitos a hash, produzindo um resumo de comprimento fixo. Depois, o resumo é assinado com a chave privada. A verificação recorre à chave pública correspondente para confirmar que a assinatura é válida para aquele resumo.

Bitcoin e Ethereum utilizam o Elliptic Curve Digital Signature Algorithm para autenticação de transações. Ao nível do consenso, os validadores do Ethereum usam assinaturas BLS, que permitem agregar várias assinaturas numa só prova, reduzindo os dados necessários em cadeia.

Algoritmos criptográficos em sistemas blockchain

Os algoritmos criptográficos sustentam praticamente todas as operações numa blockchain: geração de endereços, validação de transações, verificação de blocos e verificações de consistência entre cadeias.

Os endereços resultam de chaves públicas geradas por criptografia de chave pública. A validade das transações depende de assinaturas digitais que comprovam o controlo da respetiva chave privada, verificadas de forma independente pelos nós antes de integrarem transações em blocos.

As carteiras geram chaves privadas com aleatoriedade de elevada entropia e, muitas vezes, codificam cópias de segurança sob a forma de frases mnemónicas. Os algoritmos de hashing protegem registos de contratos inteligentes, referências de blocos e estruturas de verificação em nós distribuídos.

Cada blockchain adota padrões criptográficos próprios. O Ethereum utiliza hashing Keccak-256 e assinaturas ECDSA, enquanto a Solana recorre a assinaturas Ed25519 otimizadas para validação rápida.

Algoritmos criptográficos na Gate

Na Gate, os algoritmos criptográficos asseguram a segurança da plataforma em todas as camadas de comunicação, autenticação e interação com blockchain.

Os pedidos API podem usar chaves API combinadas com assinaturas baseadas em HMAC para verificar a integridade e autenticidade dos pedidos. A Transport Layer Security cifra os dados trocados entre dispositivos dos utilizadores e os servidores da Gate, protegendo credenciais e instruções de negociação durante a transmissão.

Nos levantamentos em blockchain, mecanismos de assinatura criptográfica autorizam transações segundo as regras de cada rede. Os nós da rede validam estas assinaturas antes de confirmar as transações em cadeia. Controlos adicionais, como autenticação multifator e sistemas de gestão de risco, diminuem a probabilidade de atividade não autorizada nas contas.

Como escolher algoritmos criptográficos

A seleção de algoritmos criptográficos depende do objetivo de segurança, do ambiente do sistema e das restrições de desempenho.

1. Clarificar o objetivo: confidencialidade requer cifragem simétrica, autenticação e não-repúdio exigem criptografia de chave pública e assinaturas digitais, verificação de integridade depende de hashing.

2. Adequar algoritmos ao contexto: cifragem simétrica para grandes volumes de dados, sistemas de chave pública para redes abertas, hashes apenas para verificação.

3. Utilizar padrões consolidados: privilegiar algoritmos com bibliotecas maduras e adoção alargada, como ECDSA ou Ed25519.

4. Seguir normas auditadas: respeitar padrões públicos, como os publicados pelo NIST, incluindo atualizações de normalização pós-quântica anunciadas em 2023.

5. Implementação segura: usar bibliotecas estabelecidas, realizar auditorias e evitar implementações criptográficas personalizadas.

Riscos e limitações dos algoritmos criptográficos

A segurança criptográfica depende da implementação correta, da gestão rigorosa das chaves e da escolha adequada dos algoritmos.

Aleatoriedade insuficiente na geração de chaves pode originar chaves previsíveis. Algoritmos obsoletos como MD5 e SHA-1 já não cumprem os requisitos de segurança atuais. Erros de implementação podem expor sistemas a ataques de canal lateral ou falhas na validação de assinaturas.

A computação quântica representa um risco a longo prazo para sistemas baseados em RSA e em curvas elípticas. Este risco impulsionou a investigação em criptografia pós-quântica, desenvolvida para resistir a ataques quânticos.

Provas de conhecimento zero e algoritmos criptográficos

Provas de conhecimento zero permitem que uma parte prove a veracidade de uma afirmação sem revelar os dados subjacentes.

Estes sistemas baseiam-se em primitivas criptográficas avançadas, como compromissos de hash, operações com curvas elípticas e compromissos polinomiais. Permitem verificações preservando a privacidade em aplicações como transações confidenciais e validações de identidade em cadeia.

Tendências futuras em algoritmos criptográficos

Os principais desenvolvimentos incluem criptografia pós-quântica, agregação de assinaturas e arquiteturas de assinatura distribuída.

O NIST anunciou em 2023 uma primeira seleção de normas de criptografia pós-quântica, incluindo Kyber e Dilithium. Testes industriais e adoção faseada deverão continuar até 2025 e anos seguintes.

Carteiras multiassinatura e computação multipartidária distribuem a autoridade de assinatura por várias chaves, reduzindo o risco de ponto único de falha. Esquemas de agregação de assinaturas como BLS melhoram a escalabilidade ao reduzir a sobrecarga de validação em cadeia.

Resumo: pontos-chave dos algoritmos criptográficos

Os algoritmos criptográficos são fundamentais para a segurança de blockchain e Web3. A cifragem simétrica garante confidencialidade, a criptografia de chave pública e as assinaturas digitais asseguram autenticação e prova de controlo, e o hashing protege a integridade dos dados. Uma segurança eficaz exige seleção adequada de algoritmos, aleatoriedade de elevada qualidade e implementação segura.

Em plataformas como a Gate, a criptografia protege a comunicação, as operações de conta e as interações com blockchain. Os avanços em criptografia pós-quântica e assinatura distribuída visam reforçar a resiliência a longo prazo.

Perguntas Frequentes

O que é um algoritmo criptográfico? Porque é que a blockchain precisa dele?

Um algoritmo criptográfico é um método matemático para proteger dados e verificar autenticidade. Blockchains dependem de algoritmos criptográficos para validar transações, gerir identidades e garantir integridade sem confiança centralizada.

Assinaturas digitais são o mesmo que cifragem?

Não. As assinaturas digitais autenticam dados e comprovam integridade, mas não cifram o conteúdo. A cifragem protege a confidencialidade; as assinaturas comprovam origem e controlo.

O que acontece se um algoritmo criptográfico se tornar inseguro?

Se um algoritmo for considerado inseguro, os sistemas migram para alternativas mais robustas. Este processo já ocorreu, como a transição do SHA-1, e faz parte da manutenção contínua da segurança em blockchain.

A criptografia elimina todo o risco de segurança?

Não. A criptografia reduz o risco, mas não o elimina. Má gestão de chaves, aleatoriedade insuficiente e erros de implementação podem comprometer algoritmos robustos.

Porque é que ainda se usam palavras-passe juntamente com criptografia?

As palavras-passe controlam o acesso à conta, enquanto mecanismos criptográficos garantem verificação e validade de transações. Ambas as camadas têm funções distintas e são essenciais para uma segurança completa.