1) Fundamentos e objetivos da criptografia

Ao pensar em criptografia, penso nos pilares que guiam a proteção de dados em trânsito e em repouso. A tríade clássica é Confidencialidade, Integridade e Autenticação, com o Não Repúdio frequentemente agregado através de assinaturas digitais. Em síntese:

• Confidencialidade garante que apenas destinatários autorizados leem a informação (ex.: criptografia de conteúdo com chaves secretas).
• Integridade assegura que o conteúdo não foi alterado desde a origem (ex.: uso de funções hash, MACs).
• Autenticação confirma a identidade das partes envolvidas (ex.: assinaturas digitais, certificados).
• Não repúdio assegura que uma ação não possa ser desmentida posteriormente (ex.: assinatura digital víncula autor e mensagem).

Entender onde cada técnica é aplicada ajuda a escolher o conjunto certo de ferramentas para uma aplicação segura. Além disso, vale observar a distinção entre criptografia simétrica e assimétrica e como elas se complementam em cenários reais.

2) Algoritmos-chave: classes, parâmetros e uso recomendado

Essa seção sintetiza as principais famílias de algoritmos, seus propósitos e boas práticas comuns na indústria.

• Criptografia simétrica: opera com uma única chave compartilhada entre remetente e destinatário. Ex.: AES (AES-128/192/256). Recomenda-se o uso de modos autenticadores como GCM ou ChaCha20-Poly1305 para fornecer confidencialidade e integridade em um único passo.
• Criptografia assimétrica: utiliza pares de chaves pública/privada. Ex.: RSA, ECDSA, Ed25519. Em geral, é usada para troca de chaves, autenticação e assinatura digital.
• Funções de hash: geram uma representação fixa de dados, essencial para integridade e assinaturas. Ex.: SHA-256, SHA-3.
• Assinaturas e MACs: garantem autenticidade e integridade. Assinaturas digitais (RSA-PSS, ECDSA, EdDSA) provêm não repúdio; MACs (HMAC) fornecem integridade e autenticação entre partes já confiáveis.

Boas práticas comuns incluem escolher tamanhos adequados de chave (ex.: AES-256, RSA-2048+, ECC P-256 ou Ed25519), usar modos de operação seguros e evitar dependência de apenas um algoritmo para todos os cenários. A compatibilidade entre camadas (criptografia de dados, transporte, e gestão de chaves) é essencial.

# Exemplo simples: cálculo de hash SHA-256 e verificação de integridade
import hashlib

def sha256_digest(data: bytes) -> str:
    return hashlib.sha256(data).hexdigest()

def verify_hash(data: bytes, expected_hex: str) -> bool:
    return sha256_digest(data).lower() == expected_hex.lower()

# Uso
payload = b"conteudo sensivel"
digest = sha256_digest(payload)
print("Digest:", digest)
# Em produção: comparar com o digest esperado de forma constante no tempo

3) Protocolos de troca de chaves e assinaturas digitais

Para estabelecer confidencialidade entre partes sem um canal prévio seguro, utilizamos protocolos de troca de chaves que garantem proteções como forward secrecy e autenticação de ambos os lados:

• Diffie-Hellman (DH) e sua versão elíptica ECDH: permitem que duas partes gerem uma chave compartilhada em um canal inseguro, sem revelar a chave real à observadores.
• Trocas efêmeras (DHE/ECDHE) proporcionam forward secrecy, assegurando que a chave de sessão não é derivada de um evento de komprometimento passado.
• TLS e certificados: o protocolo TLS usa uma combinação de autenticação de servidor (certificado) e negociação de chaves para estabelecer um canal seguro. Assinaturas digitais (RSA/ECDSA/EdDSA) confirmam a identidade de servidores e, em alguns cenários, de clientes.

Compreender esses mecanismos ajuda a projetar aplicações que resistem a ataques de observação e interrupção, mantendo a confidencialidade e a integridade dos dados ao longo de toda a comunicação.

4) Boas práticas de implementação e gestão de chaves

• Geração de chaves deve usar geradores de números aleatórios criptograficamente seguros e fontes de entropia adequadas. Evite RNGs fracos ou mal configurados.
• Armazenamento e proteção utilize cofres de segredos, módulos de segurança (HSM) ou soluções de gestão de chaves para proteger chaves privadas; nunca as grave em código ou repositórios.
• Rotação e revogação implemente políticas de rotação de chaves e mecanismos de revogação de certificados para reduzir o tempo de exposição em caso de comprometimento.
• Implementação consentânea adote práticas de tempo constante para operações sensíveis (p.ex., comparação de hashes) a fim de mitigar vazamentos de tempo; escolha modos de operação seguros e confirme quitação de falhas de padding.
• Auditoria e monitoramento registre eventos de criptografia, atualize bibliotecas e acompanhe vulnerabilidades conhecidas para manter o ecossistema protegido.

Em resumo, criptografia é tanto sobre escolhas de algoritmo quanto sobre disciplina operacional: chaves bem geridas, bibliotecas atualizadas e práticas seguras são parte essencial de qualquer sistema confiável.