Criptografia e Certificação Digital

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Criptografia e Certificação Digital 
Conceitos Básicos sobre Criptografia 
CRIPTOGRAFIA E CERTIFICAÇÃO 
DIGITAL 
CONCEITOS BÁSICOS SOBRE 
CRIPTOGRAFIA 
Autor : Me. Luciano Freire 
Revisor: Doug las Melman 
IN IC IA R 
 
introdução 
Introdução 
A Internet possibilitou uma grande transformação na vida pessoal e nos negócios. Hoje, é possível adquirir produtos 
e recebê-los em casa pelo correio, relacionar-se com pessoas sem nunca ter estado fisicamente com elas, participar 
de reuniões on-line, trabalhar remotamente, fazer um curso universitário etc. Assim, a Internet passa a ter um papel 
vital no ambiente empresarial e pessoal, ao ponto que um problema em um site ou serviço pode gerar grandes 
prejuízos. Entretanto, originariamente, essa não foi projetada para o tráfego de informações críticas, como senhas e 
números de cartões de crédito. Isso gera um grande risco para os usuários. Como alternativa para a proteção dessas 
informações, as técnicas de criptografia e seus algoritmos passam a ser utilizadas para garantir o tráfego seguro das 
informações. O objetivo desta unidade é o de apresentar os conceitos básicos relacionados à criptografia, histórico 
de evolução e os algoritmos de criptografia simétrica. 
Introdução à Criptografia 
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A popularização da Internet, sua importância nas atividades pessoais e profissionais e a popularização dos 
dispositivos móveis (principalmente os celulares) e computadores criaram uma sociedade na qual as pessoas estão 
conectadas à Internet 24 horas por dia. Os dispositivos conectados à rede mundial armazenam diversas informações 
críticas (sigilosas) tanto pessoais quanto profissionais (como senhas bancárias, número de cartões de crédito, senha 
do e-mail corporativo, projetos de novos produtos etc.). Para que a comunicação na Internet aconteça, o computador 
ou o celular deve ser capaz de acessar outros computadores na Internet e também ser acessado por esses. Essa 
comunicação e exposição constante à rede possibilitam o acesso e a captura de informações confidenciais. Falhas 
de segurança em sistemas operacionais podem permitir o acesso não autorizado a computadores e, 
consequentemente, aos arquivos armazenados nesses. Vírus de computador podem destruir ou roubar arquivos ou 
roubar. Além disso, a própria transmissão de informações pela Internet é passível de ser capturada. Conforme as 
informações trafegam de computador a computador, essas podem ser capturadas pelos próprios computadores que 
retransmitem as informações, pois a Internet originalmente não foi projetada para prover a segurança das 
informações trafegada por essa. Nesse contexto, a criptografia é uma ferramenta de segurança que possibilita a 
proteção dos dados armazenados em um computador, mesmo que esse sofra um ataque que possibilite o acesso 
não autorizado de um invasor. A criptografia também possibilita a proteção das informações trafegadas pela rede. 
Essa proteção é feita codificando a informação de tal forma que essa se torne ilegível para aqueles que não 
conhecem a técnica usada e o código empregado na criptografia da informação. 
Conceitos Básicos 
Critptografar é o ato de alterar uma mensagem para esconder o significado dela (CARTILHA DE SEGURANÇA 
PARA INTERNET, 2019, on-line). Baseando-se nessa ideia e na necessidade de prover confidencialidade a 
informações, foram desenvolvidos os algoritmos de criptografia. Um algoritmo criptográfico é uma função matemática 
utilizada para codificar e decodificar um determinado dado (SCHNEIER, 1996). 
 
 
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Figura 1.1 - Processo de codificação de um texto para a sua respectiva forma criptografada, assim como a 
reversão do processo (texto cifrado para texto original) por meio de um algoritmo de criptografia 
Fonte: Adaptada de Schneier (1996, p. 15). 
Os primeiros algoritmos de criptografia desenvolvidos aplicavam uma função matemática, repetidamente, a um 
dado para cifrá-lo (por exemplo, permutação das colunas de um texto). Essa técnica não era muito robusta, pois, a 
partir do momento em que se descobrisse como o algoritmo criptográfico funcionava, era possível decifrar todas as 
mensagens criptografadas por esse. Descobrir como o algoritmo funcionava não era muito difícil, pois esses 
algoritmos, para um mesmo dado de entrada, iriam sempre gerar o mesmo resultado. Para tornar os algoritmos de 
criptografia mais robustos, criou-se o conceito de chave criptográfica. Uma chave criptográfica é um texto que 
funciona como uma senha para o algoritmo criptográfico. Essa chave é introduzida junto com o dado a ser 
criptografado durante a execução do algoritmo criptográfico. Para cada chave diferente utilizada, sob um mesmo 
dado a ser criptografado, o algoritmo criptográfico irá fornecer um resultado diferente. Além disso, no momento de 
decifrar um texto criptografado, é necessário conhecer a chave que foi utilizada para criptografar o dado. Se essa 
não for conhecida ou for usada uma chave diferente da utilizada para criptografar, não será possível decifrar 
corretamente o dado. A chave evolui conforme a evolução dos algoritmos de criptografia. Essa passa de uma 
combinação simples de posição de rotores, usadas em máquinas de rotação – como será visto à frente no texto, para 
chaves de centenas de bits nas implementações computacionais desses algoritmos. O aumento do tamanho da 
chave torna os algoritmos mais seguros contra-ataques de força bruta. Nesses, o hacker precisaria testar todas as 
combinações possíveis de chave para obter a chave correta e decifrar um texto. Se uma chave possui tamanho de n 
bits, existem 2n2n combinações de chaves. Por exemplo, para n=128, existem 3,4∗10283,4∗1028 chaves diferentes. 
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Mesmo para um computador com grande poder de processamento, um ataque de força bruta para universo de 
chaves é impraticável devido a tempo necessário para gerar e testar todas as possíveis chaves. 
 
 
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Figura 1.2 - Processo de codificação de um texto para a sua respectiva forma criptografada com a utilização de 
uma chave criptográfica 
Fonte: Adaptada de Schneier (1996, p. 17). 
Para compreender os conceitos relacionados à criptografia, é necessário um entendimento dos principais termos. 
Termo Significado 
Texto claro 
Informação original legível que se 
pretende proteger. 
Texto cifrado / 
codificado / 
criptografado 
Texto ilegível resultante da aplicação de 
um algoritmo de criptografia sobre o 
texto claro. 
Codificar / cifrar / 
criptografar 
Processo de transformação do texto claro 
no texto criptografado. 
Decodificar / decifrar / 
descriptografar 
Processo de transformação do texto 
criptografado de volta ao texto claro 
original. 
Algoritmo de 
criptografia 
Sequência de instruções, codificadas em 
um programa de computador, que 
aplicam um conjunto de técnicas 
matemáticas para transformar o texto 
claro em texto cifrado. O mesmo 
algoritmo é utilizado no processo de 
decifragem. 
Chave criptográfica 
É um texto formado por letras, números e 
símbolos e utilizado como uma senha no 
processo de criptografia. A mesma senha 
é utilizada na cifragem e na decifragem 
do texto. Essa servecomo elemento de 
aleatoriedade no processo de cifragem, 
garantindo que textos claros, cifrados 
com chaves diferentes, terão textos 
cifrados diferentes. O tamanho da chave 
é medido em bits e existe uma relação 
entre o tamanho da chave e a força 
(dificuldade de se obter o texto original a 
partir do texto cifrado) do algoritmo de 
criptografia. De forma geral, quanto 
maior o tamanho da chave, maior a força 
do algoritmo de criptografia. 
Canal de comunicação 
Meio utilizado para troca de informações. 
Por exemplo: o envio de e-mails entre 
dois usuários utiliza a Internet como meio 
de comunicação. 
Remetente / emissor 
Pessoa ou serviço responsável por enviar 
uma informação. 
Destinatário / receptor 
Pessoa ou serviço responsável por 
receber uma informação. 
Quadro 1.1 - Termos comuns relacionados à criptografia 
Fonte: Adaptado de Cert.br (2019, on-line). 
O Quadro 1.1 apresenta um resumo dos principais termos e sinônimos relacionados à criptografia. 
praticar 
Vamos Praticar 
Considerando o conceito de criptografia e da aplicação no contexto à proteção das informações, assinale, dentre 
as alternativas indicadas a seguir, a única que identifica corretamente o termo criptografia: 
a) Técnica que permite a compactação de grande quantidade de dados. 
b) Algoritmo utilizado para a transferência de dados entre dispositivos. 
c) Linguagem de programação utilizada para processamento de arquivos. 
d) Técnica utilizada para codificar mensagens privadas visando inibir o acesso não 
autorizado.Feedback: alternativa correta, O objetivo da criptografia é proteger as informações do acesso de 
terceiros, ou seja, do acesso não autorizado às informações. 
e) Tipo de dado desenvolvido por um programador para representar o domínio de um 
problema.Feedback: alternativa incorreta, pois essa alternativa trata de conceitos relacionados à estrutura 
de dados e não uma definição de criptografia. 
Algoritmos Clássicos 
 
A necessidade de se proteger informações contra o acesso não autorizado é antiga. Essa remonta ao início da 
civilização, antes mesmo da existência dos computadores. Nessa época, utilizavam-se técnicas simples de 
criptografia, como substituição ou permutação de caracteres para cifrar a mensagem, para que os generais 
pudessem se comunicar com as tropas no campo de batalha. Essas técnicas, apesar de simples, influenciaram o 
desenvolvimento dos primeiros algoritmos de criptografia, como o ROT13, cuja implementação está disponível em 
sistemas Unix, que aplica técnicas de substituição para codificar um texto. 
Assim, os algoritmos clássicos utilizam técnicas simples para realizar a criptografia. Essas técnicas podem ser 
aplicadas sem a necessidade de recursos computacionais, mas atualmente são facilmente decifráveis devido ao 
advento dos computadores e seu alto poder de processamento. Assim, em poucos segundos ou minutos, é possível 
testar todas as combinações de substituições ou trocas em um texto cifrado e obter o texto original. Tal ação seria 
impraticável se fosse realizada manualmente. 
As seguintes técnicas são utilizadas por esses algoritmos (STALLINGS, 2015): 
a) Substituição: técnica em que cada letra do texto claro é substituída por outra letra, por exemplo do alfabeto, ou 
por um símbolo. 
b) Transposição: técnica em que o texto claro é reorganizado por meio de permutações de partes do texto original. 
O exemplo mais conhecido da técnica de substituição é a cifra de César, que será estudada na próxima seção. 
Em relação à cifra de transposição, um exemplo de aplicação dessa é a escrita do texto claro em uma matriz 
quadrada (4 linhas por 4 colunas) linha por linha e ler a mensagem coluna por coluna permutando a ordem das 
colunas. Por exemplo, considere a seguinte mensagem que se deseja criptografar: “senha do cartão: 5089”. O 
primeiro passo da aplicação da técnica consiste em escrever o texto claro no formato de uma matriz 4x4 sem os 
espaços. 
 1 2 3 4 
1 s e n h 
2 a c a r 
3 t a o : 
4 5 0 8 9 
Quadro 1.2 - Técnica de criptografia por transposição. Os números representam as linhas e colunas da matriz, e o texto 
claro é escrito linha por linha na matriz sem espaços. 
Fonte: Adaptado de Stallings (2015, p. 37). 
Para realizar a criptografia utilizando essa técnica, escolhe-se uma sequência de colunas como 1,3,2,4. No próximo 
passo, o texto cifrado é obtido lendo o texto claro coluna por coluna nessa ordem. Assim, o texto cifrado resultante 
é: sat5nao8eca0hr:9. 
Apesar da utilidade histórica dessas técnicas, hoje a segurança provida por essas é muito pequena. Uma vez 
descoberta a técnica utilizada, é possível tentar reverter o processo para a obtenção do texto claro. No exemplo da 
técnica de transposição, basta escrever o texto cifrado em colunas e tentar as diferentes combinações de colunas 
para recuperar o texto original. Já em relação à técnica de substituição, esses algoritmos são suscetíveis a Ataques 
de Força Bruta, que consistem em tentar substituir uma letra do texto cifrado por outra dentre todas as possíveis 
combinações existentes. Um ataque de força bruta é facilmente realizável utilizando um software para testar todas as 
possíveis combinações e obter o texto original. Isso é feito em segundos se o texto cifrado for uma substituição 
simples entre letras do alfabeto. Apesar da fragilidade, atual, em termos de segurança, essas técnicas serviram de 
base para o desenvolvimento de técnicas matemáticas implementadas nos algoritmos de criptografia atuais. 
Cifra de César 
O exemplo mais antigo da técnica de substituição em algoritmos de criptografia é a cifra de César. Esse nome foi 
dado ao algoritmo em homenagem ao Imperador Romano Júlio César, que utilizava essa técnica para a 
comunicação com suas tropas durante as batalhas (STALLINGS, 2015). A cifra de César é uma técnica de 
substituição simples em que cada letra do alfabeto é substituída pela letra que fica três posições à frente no alfabeto. 
Por exemplo, a letra “a” é substituída pela “d”, a letra “b” é substituída pela letra “e”, e assim sucessivamente. O 
Quadro 1.3 apresenta as possíveis substituições da Cifra de César. 
Letra do Alfabeto: a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z 
Substituída por: d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z a b c 
Quadro 1.3 - Substituição utilizada pela cifra de César 
Fonte: Adaptado de Stallings (2015, p. 25). 
Devido ao deslocamento de três posições à frente do símbolo, a sequência do alfabeto é reiniciada a partir da letra x 
que é substituída por a. 
Considerando a tabela de substituição da cifra de César do Quadro 1.3, por exemplo, o texto claro “senha abfg” é 
cifrado no texto apresentado no Quadro 1.4. 
Texto claro: senhabfg 
Texto cifrado: vhqkdeij 
Quadro 1.4 - Cifragem do texto “senha bfg” utilizando a cifra de César 
Fonte: Adaptado de Stallings (2015, p. 25). 
Existem variações dessa técnica, por exemplo o algoritmo ROT13, que substitui uma letra do alfabeto por outras 13 
posições à frente. 
A cifra de César ou a variação ROT13 são muito frágeis a ataques de força bruta devido às seguintes características 
(STALLINGS, 2015): 
1. O algoritmo de cifragem e decifragem é conhecido. 
2. Existem apenas 25 combinações possíveis de substituição, ou seja, para uma letra do texto claro existem no 
máximo 25 possibilidades de substituição no texto cifrado. 
3. A linguagem do texto claro é facilmente reconhecida. Isso significa que somente a combinação de letras do texto 
claro irá gerar um texto inteligível. 
Máquina de Rotação 
As técnicas de substituição e transposição, como citado, são frágeis a ataques de força bruta. Uma alternativa para 
tornar os algoritmos baseados nessas técnicas mais seguros é a aplicação sucessiva de estágios de criptografia. 
Assim, no caso das técnicas de substituição seriam feitas substituições sucessivas para se obter o texto cifrado. Por 
exemplo, a cifra de César pode ser aplicada a um texto claro, gerando um texto cifrado. Para o texto cifrado, aplica-se novamente a cifra de César, gerando outro texto cifrado. Essa reaplicação do algoritmo pode ser feita diversas 
vezes. 
Além da aplicação sucessiva do algoritmo para um texto cifrado, o ideal seria gerar uma variação da substituição 
para cada nova rodada de aplicação do algoritmo. Por exemplo, considerando a cifra de César, na primeira rodada, o 
texto claro é cifrado conforme definido na cifra (substituição da letra atual pela letra três posições à frente no 
alfabeto). Na segunda rodada, a respectiva letra do texto cifrado é substituída pela letra quatro posições à frente do 
alfabeto; na terceira rodada de aplicação do algoritmo, a letra do texto já cifrado é substituída pela letra que está a 
cinco posições à frente no alfabeto; e assim sucessivamente quantas vezes forem desejadas. 
A aplicação de vários estágios de criptografia foi implementada nas máquinas de rotor utilizadas na Segunda Guerra 
Mundial. Essas máquinas foram alguns dos primeiros hardwares destinados à implementação de técnicas de 
criptografia. A mais famosa dessas foi a máquina Enigma, criada em 1923 (KRISCHER, 2013) e utilizada pela 
Alemanha na Segunda Guerra Mundial, para cifrar as mensagens enviadas às tropas no campo de batalha. 
Uma máquina de rotação é um dispositivo elétrico mecânico que realiza uma série de substituições de letras antes 
da obtenção da respectiva letra cifrada. Isso é realizado para todas as letras durante o processo de cifragem. A cada 
letra codificada, o esquema de substituição é alterado como ocorre quando se aplica a cifra de César com diferentes 
deslocamentos. Esses dispositivos foram desenvolvidos em meados do século XX durante a Segunda Guerra 
Mundial. Eles se assemelham a máquinas de escrever em que se aperta uma tecla e a letra cifrada correspondente é 
apresentada, acendendo uma luz em uma respectiva célula contendo uma letra do alfabeto no painel da máquina. A 
Figura 1.3 apresenta um modelo de máquina Enigma desenvolvida à época. 
 
 
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Figura 1.3 - Máquina de rotação Enigma desenvolvida pelos nazistas para a cifragem e decifragem de 
mensagens durante a Segunda Guerra Mundial 
Fonte: Gartanen / Wikimedia Commons. 
Essas máquinas consistiam de um conjunto de cilindros rotativos que operam independentemente. Cada cilindro 
possui 26 pinos de entrada e outros 256 pinos de saída. Cada pino de entrada era conectado a um pino de saída por 
meio de uma fiação elétrica. Cada pino de entrada representava uma letra do alfabeto que era mapeada na 
respectiva letra codifica pela fiação elétrica (STALLINGS, 2015). As máquinas rotoras possuíam diversos cilindros 
para aplicar diversas rodadas de substituição sucessivamente com o objetivo de tornar o texto cifrado mais difícil de 
ser decifrado. A Figura 1.4 ilustra o funcionamento de uma máquina rotor de três cilindros. 
 
 
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Figura 1.4 - Esquema de uma máquina de três rotores 
Fonte: Stallings (2015, p. 38). 
Na Figura 1.4, as ligações entre os pinos de entrada e saída são representadas pelas linhas do diagrama. A 
ilustração apresenta a configuração inicial dos rotores (a) e depois a configuração após o pressionamento de uma 
tecla (b). Cada pino de entrada está associado a uma letra do alfabeto (Ex.: pino 25 está associado à letra A). O 
mesmo ocorre com um pino de saída. Cada rotor aplica uma única substituição de uma letra por outra do alfabeto 
conforme o mapeamento das linhas. 
Para explicar o funcionamento dos cilindros, considere que a tecla A seja pressionada (Figura 1.4). Ao pressionar 
essa tecla há um mapeamento elétrico do primeiro pino para o vigésimo quinto (que nesse diagrama tem o valor 24 
representando uma letra do alfabeto). A linha no interior do cilindro representa esse mapeamento. Se fosse utilizando 
um único cilindro, o equipamento seria tão frágil quanto a cifra de César. Entretanto, o pino do primeiro cilindro é 
mapeado no pino de entrada do segundo cilindro. No caso, o vigésimo quinto pino de saída no cilindro 1 é mapeado 
no vigésimo quinto pino de entrada do cilindro 2, que, por sua vez, está conectado ao décimo oitavo pino de saída 
(número 24). O mesmo ocorre no cilindro 3, que é mapeado no décimo oitavo pino de entrada, que está ligado à 
saída do segundo pino (número 18), gerando como saída a letra “b” para a cifragem da letra “a”. Assim, uma 
máquina de rotação de três cilindros aplica uma técnica de substituição três vezes. 
Outro fator de variabilidade na técnica é a rotação dos cilindros. Ao pressionar uma tecla da máquina, a respectiva 
letra é cifrada, gerando a saída. Ao codificar a primeira letra, o primeiro cilindro gira uma posição. Isso garante que, 
se a mesma letra for pressionada, será codificada de forma diferente da anterior ao passar pelos três cilindros. Após 
26 pressionamentos de teclas, o primeiro cilindro volta à posição inicial. Nesse contexto, temos 26 alfabetos de 
substituição para o primeiro cilindro. Após o primeiro cilindro completar uma volta, o segundo cilindro é girado, 
gerando outro alfabeto de substituição. Quando o segundo cilindro completar uma volta, o terceiro cilindro é girado. O 
funcionamento desse mecanismo é igual aos dos antigos odômetros mecânicos dos carros. Devido à rotação dos 
cilindros, existem 17.576 alfabetos distintos de substituição (26 X 26 X 26). Essa quantidade de alfabetos aumenta 
conforme se adicionam novos cilindros. 
O processo de decifragem de um texto cifrado por uma máquina de rotação é semelhante à cifragem. Primeiro, 
posicionam-se os cilindros na posição inicial quando se iniciou a cifragem do texto. Na sequência, digitam-se as 
letras do texto cifrado para se obter o texto claro. 
A etapa essencial para que a decifragem ocorra corretamente é o posicionamento dos cilindros na posição inicial 
quando se iniciou a cifragem. Esse posicionamento dos cilindros funciona como uma chave de criptografia, que é um 
componente inicial dos algoritmos de criptografia modernos. 
Para ilustrar o funcionamento de uma máquina de rotação, será utilizado um software que simula a máquina Enigma. 
Esse software é gratuito e funciona em sistemas operacionais MS Windows. Após a instalação (descompactar o 
arquivo e executar o arquivo setup.exe), basta clicar no ícone Enigma do menu Iniciar do Windows. Após a 
execução, a tela da figura 1.5 é apresentada. 
 
 
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Figura 1.5 - Captura da tela principal do simulador da máquina Enigma 
Fonte: Elaborada pelo autor. 
Na Figura 1.5, são destacadas três partes do equipamento: o painel, que indica a posição inicial dos cilindros (A); o 
visor, onde são apresentadas as cifragens das letras pressionadas no teclado (B) e o teclado, usado para inserção 
do texto claro ou texto cifrado (C). 
Ao clicar na alavanca preta ao lado da indicação da posição dos cilindros, é apresentado o interior da máquina, 
conforme mostrado na Figura 1.6. 
 
 
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Figura 1.6 - Captura de tela do Interior da máquina Enigma conforme representação do simulador 
Fonte: Elaborada pelo autor. 
Na Figura 1.6, na parte superior, são apresentados os três cilindros; no meio, a estrutura do painel luminoso; e, na 
parte inferior, outros cilindros que podem ser utilizados na substituição dos anteriores. 
Buscando ilustrar o funcionamento da máquina Enigma, será feita a cifragem do texto “ABC” na 01 01 01 dos rotores. 
O resultado é apresentado na Figura 1.7. 
 
 
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Figura 1.7 - Capturas de tela do simulador da máquina Enigma mostrando a cifragem do texto claro ABC para o 
texto cifrado BJE usando o simulador da máquina Enigma 
Fonte: Elaborada pelo autor. 
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Como ilustrado na Figura 1.7, ao pressionar cada letra do texto claro a respectiva letra cifrada é iluminada no painel. 
Assim, para o texto claro ABC o texto cifrado resultante é BJE. Reparem que a cada tecla pressionada o rotor mais à 
direita desloca-se em uma posição. No início, os rotores estão na posição 01 01 01; ao pressionar a primeira letra, o 
rotor mais à esquerda desloca-se em uma posição, gerando a configuração 01 01 02, e assim até o final, cuja 
posição dos rotores é 01 01 04. O processo de decifragem segue o mesmo princípio. Posicionam-se os rotores na 
posição 01 01 01 e insere-se o texto cifrado BJE. O resultado é o texto claro ABC mostrado na Figura 1.8. 
 
 
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Figura 1.8 - Capturas de tela do simulador da máquina Enigma mostrando a decifragem do texto cifrado BJE 
para o texto claro ABC usando o simulador da máquina Enigma 
Fonte: Elaborada pelo autor. 
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A máquina Enigma pode ser considerada um avanço na utilização da criptografia quando comparada às demais 
técnicas clássicas (como a cifra de César), que são facilmente decifráveis. 
praticar 
Vamos Praticar 
A cifra de César, dentre os algoritmos clássicos de criptografia, é considerada uma das mais simples, apesar de 
sua utilidade no momento histórico em que foi utilizada. Nessa técnica, uma letra da mensagem é trocada com 
outra letra três posições à frente no alfabeto usado. Dessa forma, a cifra de César pode ser classificada como uma 
cifra de: 
a) Transposição. 
b) Substituição polialfabética. 
c) Substituição monoalfabética. 
d) Transposição polialfabética. 
e) Transposição e substituição. 
Criptografia Simétrica 
 
As máquinas de rotação apresentaram uma evolução em relação aos algoritmos clássicos de rotação e transposição. 
Entretanto, a partir do advento da computação e sua popularização e crescimento do poder de processamento dos 
computadores, passam a ser desenvolvidos diversos softwares que implementam algoritmos de criptografia. A 
capacidade dos computadores de processar milhões de instruções por segundo possibilita a execução de diversas 
operações matemática em um texto claro para gerar um texto cifrado. Além disso, esse poder de processamento 
permite que ataques de força bruta tenham sucesso na decodificação de mensagens cifradas com um esquema de 
criptografia fraco. Os tipos de ataques e forças e fraquezas dos algoritmos de criptografia seriam abordados 
posteriormente. 
reflita 
Reflita 
Os algoritmos clássicos, apesar de sua utilidade, no período histórico que foram utilizados, provavelmente hoje não 
seriam eficazes. Analisando essa afirmação, quais as limitações dos algoritmos clássicos que os tornariam 
ineficientes hoje? 
Fonte: Elaborado pelo autor. 
O primeiro tipo de algoritmos modernos de criptografia são os algoritmos de criptografia simétrica, desenvolvidos 
no início da década de 1970, mais especificamente em 1971 com a criação do algoritmo LUCIFER, desenvolvido por 
Horst Feistel em um projeto da IBM (STALLINGS, 2015). Esses, além de serem agora implementados por um 
software, utilizam uma chave, chamada de chave privada, para gerar variabilidade no processo de cifragem dos 
dados. A ideia da utilização de uma chave é semelhante à posição inicial dos cilindros em uma máquina de rotação, 
visto que a chave irá influenciar a substituição dos caracteres do texto claro para o cifrado, além de ser necessária 
para decifrar o texto cifrado. 
Formalmente, os algoritmos de criptografia simétrica utilizam uma única chave para criptografar e decifrar os dados, 
como já foi dito anteriormente. São aplicados principalmente para garantir a confidencialidade dos dados, pois 
somente o proprietário da chave será capaz de decifrar a mensagem e obter o texto original (STALLINGS, 2015). A 
chave é semelhante a uma senha e deve ser fornecida para cifrar e decifrar o texto. Por exemplo, esse poderia ser 
aplicado na criptografia de dados de uma base de dados, criptografia de arquivos em um sistema com múltiplos 
usuários garantindo que o dado permanecerá confidencial (CERT.BR, 2019). A Figura 1.9 mostra o funcionamento 
de um algoritmo de chave privada. 
 
 
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Figura 1.9 - Funcionamento de um algoritmo de criptografia simétrico. Utilização da chave privada para cifrar o 
texto e depois no processo de decifragem de texto cifrado 
Fonte: Elaborada pelo autor. 
Um algoritmo de criptografia simétrica pode ser utilizado para cifrar mensagens e dados entre dois usuários em uma 
comunicação via Internet. Entretanto, como a chave privada é usada para cifrar e decifrar a mensagem, essa se 
torna uma fragilidade nesse modelo. Assim, os usuários deverão ter conhecimento desta. Nesse contexto, a chave 
passa a ser uma informação compartilhada e, se for comprometida (por exemplo, um hacker que invade o 
computador do usuário e tem acesso a essa), todas as informações criptografadas poderão ser acessadas. A Figura 
1.10 apresenta o processo de envio de um texto cifrado por e-mail. 
 
 
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Figura 1.10 - Troca de mensagens entre um dos usuários (emissor e receptor). O texto cifrado é enviado por e-
mail e a chave compartilhada por um meio de comunicação seguro. 
Fonte: Elaborada pelo autor. 
Na Figura 1.10, o emissor gera uma mensagem cifrada, utilizando um algoritmo de criptografia simétrico. Essa 
mensagem é enviada por e-mail para um destinatário (receptor). Para decifrar a mensagem, é necessária a chave 
pública usada para cifrar originalmente a mensagem. Essa precisa ser mantida em segredo, caso contrário, se for 
capturada por um terceiro, todo o sigilo da mensagem cifrada será perdido. Por isso, o emissor contata o receptor por 
um canal seguro. No caso, a comunicação da chave privada foi feita por uma ligação telefônica. A partir do momento 
em que o receptor tem conhecimento da chave privada, esse consegue decifrar a mensagem. 
Exemplos de implementações desse tipo de algoritmo:DES (Data Encryption Standard), AES e IDEA – essas 
implementações serão estudadas no final dessa unidade, os quais implementam técnicas de transposição, 
permutação e utilizam uma chave privada para a geração do texto criptografado. 
Vantagens dos Algoritmos de Criptografia Simétrica 
Os algoritmos de criptografia simétrica possuem uma série de vantagens que popularizaram a sua utilização 
(AMARO, 2019): 
1. Performance. Os algoritmos de criptografia simétrica são capazes de cifrar uma grande quantidade de informações 
em pouco tempo. 
2. Pode-se utilizar chaves relativamente simples e, mesmo assim, ter um mecanismo de criptografia robusto. 
3. Facilmente utilizáveis na proteção de dados armazenados em dispositivos (computadores, celulares), arquivos e 
banco de dados. 
Desvantagens dos Algoritmos de Criptografia Simétrica 
Apesar das vantagens dos algoritmos de criptografia simétrica citadas, esses apresentam algumas desvantagens 
relacionadas à chave privada, a qual é o ponto mais crítico do algoritmo. Segundo Schneier (1996), os algoritmos de 
criptografia simétricos possuem as seguintes desvantagens: 
1. A chave privada precisa ser distribuída em segredo. Meios de transmissão públicos como Internet não são ideais 
para a divulgação das chaves. Assim, tanto o emissor quanto o receptor devem buscar uma forma segura de envio 
das chaves. 
2. Como essa chave é usada para cifrar e decifrar uma mensagem, se um atacante tiver acesso a ela, todas as 
mensagens cifradas com essa estarão comprometidas. Se os usuários não perceberem o comprometimento da 
chave privada, as mensagens futuras também serão comprometidas. 
3. Devido à necessidade de se manter a chave privada secreta, o ideal é que a comunicação entre pares de 
emissores e receptores utilize uma chave diferente para cada. Nesse contexto, o número de chaves usadas cresce 
rapidamente. Estima-se que, para uma comunicação entre n usuários, serão necessárias n(n-1)/2 chaves privadas. 
Assim, para uma comunicação entre 10 usuários, serão necessárias 45 chaves. Para 100 usuários, 4.950 chaves 
privadas. Nesse tipo de algoritmo, o ideal é manter o número de usuários pequeno, mas nem sempre isso é possível. 
praticar 
Vamos Praticar 
A criptografia de chave simétrica é utilizada para a cifragem de informações armazenadas em computadores, 
celulares com o acesso não autorizado. Assinale a alternativa correta, a seguir, em relação aos conceitos da 
criptografia simétrica. 
a) Utiliza a mesma chave na criptografia de mensagens enviadas entre um emissor e receptor pela 
Internet.Feedback: alternativa correta, pois, na criptografia simétrica, o remetente deve compartilhar a chave 
privada com o destinatário para ele poder decifrar a mensagem. 
b) A chave pública é utilizada para cifrar e decifrar uma mensagem.Feedback: alternativa incorreta, 
pois os algoritmos assimétricos possuem apenas uma chave, chamada de chave privada, para cifrar e 
decifrar as informações. 
c) A cifragem simétrica é utilizada frequentemente na cifragem/decifragem das comunicações pela 
Internet.Feedback: alternativa incorreta, pois os algoritmos simétricos utilizam uma mesma chave para cifrar 
e decifrar as mensagens, e essa chave teria de ser compartilhada com todos os usuários participantes da 
comunicação, o que aumenta o risco de acesso não autorizado da chave comprometimento das mensagens. 
d) Utiliza um par de chaves para cifrar e decifrar mensagens.Feedback: alternativa incorreta, pois os 
algoritmos simétricos utilizam uma única chave para cifrar e decifrar as mensagens. 
e) Utiliza técnicas diferentes para cifrar e decifrar as mensagens.Feedback: alternativa incorreta, pois o 
processo para decifrar a mensagem é o mesmo da cifragem, apenas executado na ordem inversa. 
Técnicas de Criptografia 
Simétrica 
 
A criptografia clássica processa cada letra do texto claro para produzir o texto cifrado. Esse método se torna menos 
eficaz quando implementado em um software. Os computadores conseguem processar grandes quantidades de 
dados com rapidez. Dessa forma, os algoritmos modernos de criptografia trabalham com blocos de informações para 
gerarem o texto cifrado. 
Os algoritmos de criptografia simétrica utilizam duas técnicas para cifragem do texto claro em texto cifrado. São elas 
(STALLINGS, 2015): 
A. Cifra de fluxo: executa a cifragem de um fluxo de dados digital um bit ou byte por vez. 
B. Cifra de bloco: executa a cifragem de um bloco de texto claro por vez para produzir um bloco de texto cifrado do 
mesmo tamanho. Normalmente, são utilizados blocos de 64 ou 128 bits do texto claro. 
Uma cifra de bloco garante que o bloco de texto claro convertido em texto cifrado é único, ou seja, existe um 
mapeamento reversível um para um entre o bloco de texto claro e o bloco de texto cifrado. Um exemplo de 
implementação da cifra de bloco é a Cifra de Feistel. 
Algoritmos de Criptografia Assimétrica 
A partir das técnicas de criptografia assimétrica foram desenvolvidos algoritmos, e suas respectivas implementações, 
visando possibilitar a utilização da criptografia simétrica em sistemas computacionais. Os algoritmos estudados nesta 
unidade são o Data Encryption Standard (DES), Advanced Encryption Standard (AES) e International Data 
Encryption Algorithm (IDEA). Todos implementam um algoritmo de cifragem baseado em blocos. 
Data Encryption Standard (DES) 
O algoritmo de criptografia DES foi desenvolvido pela IBM, na década de 1970, com o objetivo de ser implementado 
em um chip de computador. Esse algoritmo foi baseado em outro algoritmo chamado LUCIFER, também 
desenvolvido pela IBM, que implementava a cifra de Feistel. A IBM submeteu o DES como uma proposta de padrão 
para o National Bureau of Standard (NBS), nos Estados Unidos. Como o DES foi o melhor algoritmo proposto, dentre 
os que estavam concorrendo com ele para serem o padrão, ele foi escolhido em 1977 (STALLINGS, 2015). 
A Figura 1.11 apresenta a estrutura geral de funcionamento do DES. Esse realiza a cifragem de blocos de 64 bits 
utilizando uma chave privada de 48 bits. 
 
 
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Figura 1.11 - Esquema de funcionamento do DES 
Fonte: STALLINGS (2015, p. 55). 
O lado esquerdo da Figura 1.11 apresenta a criptografia do texto claro, enquanto o lado direito mostra como a chave 
é usada. Em relação ao texto claro, o processo é executado em 3 fases: 
1. O texto claro é permutado gerando a entrada permutada. 
2. O texto claro passa por 16 rodadas onde ocorrem substituições e permutações do texto. Resumidamente, o bloco 
de 64 bit é dividido em dois blocos 32 bits. Na primeira rodada, os blocos são invertidos de posição. O segundo bloco 
de 32 bits ocupará a posição do primeiro. O segundo será aplicado a uma função de criptografia utilizando a chave 
privada (e subsequentes variações dessa nas demais rodadas). Isso gera um bloco de 64 bits, que, na próxima 
rodada, é dividido em dois de 32 bits e novamente são aplicadas as operações. 
3. Na última etapa, a pré-saída passa novamente por uma permutação, que é o inverso da primeira. Após isso, 
obtém-se o texto cifrado. 
Em relação à chave privada (lado direito da imagem), a chave inicialmente passa por uma permutação. A partir 
dessa, são geradas subchaves para cada rodada do algoritmo e utilizadas na cifragem do bloco de texto claro, 
utilizando a função definida pelo DES. As subchaves são obtidas fazendo um deslocamento circular à esquerda e 
uma permutação. O DES utiliza tabelas de permutação e de substituição (S-Box) pré-definidas. 
A decifragem do texto cifrado é feita utilizando o algoritmo com a aplicação da ordem inversa de chaves sobre o texto 
cifrado. 
O DES utiliza uma chave privada de 56 bits. Como avanço do poder de processamento dos computadores, é 
possível realizar ataques de força bruta visando descobrir a chave. Tal fato ocorreu em 1998, quando a Electronic 
Frontier Foundation (EFF) construiu uma máquina que foi capaz de quebrar a criptografia do DES em 10 horas 
(STALLINGS, 2015). 
Advanced Encryption Standard (AES) 
O DES possui duas fragilidades que levaram à adoção de outro algoritmo como padrão criptográfico, a ser utilizado 
pelo governo americano, a partir de 2001 (STALLINGS, 2015). O DES possui uma chave de 56 bits, que é suscetível 
a ataques de força bruta. Além disso, o algoritmo foi projetado para ser executado por um hardware dedicado, o que 
torna a sua performance lenta quando implementado via software. Assim, o NIST (National Institute of Standards and 
Technology) solicitou propostas para um novo padrão de criptografia chamado Advanced Encryption Standard (AES), 
que substituiria o DES e sua variação 3DES. O algoritmo Rijndael foi o escolhido. Esse foi desenvolvido pelos 
criptógrafos belgas: Joan Daemen e Vincent Rijmen. Esse algoritmo trabalha com tamanhos de chave de 128, 192 e 
256 bits, enquanto que o tamanho do bloco é limitado a 128 bits. O algoritmo que se tornou o AES foi projeto para 
atender aos seguintes critérios: resistente contra todos os ataques existentes, simplicidade de projeto e velocidade 
de compactação de código (STALLINGS, 2015). A Figura 1.12 ilustra o funcionamento do AES. 
 
 
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Figura 1.12 - Esquema de funcionamento do AES 
Fonte: Stallings (2015, p. 105). 
O processo de decifragem (decriptação) do texto cifrado não é feito da mesma forma que a cifragem. O AES possui 
um módulo específico para decifrar os dados. 
International Data Encryption Algorithm (IDEA) 
O IDEA surgiu em 1992 a partir da evolução de um algoritmo de criptografia chamado PES (Proposed Encryption 
Standard). Os criadores do PES, IPES (Improved Proposed Encryption Standard), evolução do PES e de seu 
sucessor IDEA foram Xuejia Lai and James Massey (SCHNEIER, 1996). 
O IDEA utiliza a cifragem em blocos, onde cada bloco possui o tamanho de 64 bits. A chave privada possui um 
tamanho de 128 bits e utiliza o mesmo algoritmo para cifrar e decifrar o texto. Esse usa uma combinação das 
operações XOR (Ou-Exclusivo), Adição de módulo 216 e multiplicação por módulo 216+1, ao invés da cifragem de 
Feistel para gerar o texto cifrado. 
O IDEA, resumidamente, funciona da seguinte maneira (SCHNEIER, 1996): 
1. Na cifragem, o texto claro é dividido em blocos de 64 bits. 
2. Cada bloco é dividido em quatro sub-blocos de 16 bits: B1, B2, B3 e B4. 
3. Os quatro sub-blocos são a entrada da primeira rodada do algoritmo (oito rodadas no total). 
4. Em cada rodada, os quatro sub-blocos são submetidos à operação lógica XOR, somados e multiplicados entre si e 
com seis sub-blocos de 16 bits oriundos da chave (K1, K2, K3, K4, K5 e K6). 
5. Entre cada rodada, o segundo e o terceiro sub-blocos são trocados de posição. 
A Figura 1.13 ilustra o funcionamento do IDEA. 
 
 
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Figura 1.13 - Esquema de funcionamento do IDEA 
Fonte: Ludwig (2019, on-line). 
O IDEA é duas vezes mais rápido que o DES e, devido ao tamanho da chave, é considerado imune a ataques de 
força bruta. Desde a sua criação, não foram descobertas falhas que possibilitassem a quebra do algoritmo 
(SCHNEIER, 1996). 
praticar 
Vamos Praticar 
O algoritmo AES representa uma evolução quando comparado aos algoritmos DES devido à vulnerabilidade desse 
em relação à chave. Assim, para se garantir a segurança, deve-se utilizar o algoritmo AES com uma chave de: 
a) 56 bits e blocos de dados de 256 bits. 
b) 256 bits e blocos de dados de 128 bits.Feedback: alternativa correta, pois a chave do AES pode ter 
até 256 bits enquanto o bloco de dados está limitado a 128 bits. 
c) 128 bits e blocos de dados de 256 bits. 
d) 256 bits e blocos de dados de 256 bits. 
e) 192 bits e blocos de dados de 128 bits. 
indicações 
Material Complementar 
 
 
LIVRO 
A história da quebra dos códigos secretos 
Al Cimino 
Editora: M. Books 
ISBN: 978-85-768-0304-1 
Comentário: O livro faz um relato histórico sobre como a criptografia tem sido utilizada para possibilitar a 
comunicação sigilosa em questões políticas. Além disso, detalha a utilização e quebra dos códigos da máquina 
Enigma por Alan Turing e as respectivas implicações para o desfecho da Segunda Guerra Mundial. 
 
FILME 
O jogo da imitação 
Ano: 2014 
Comentário: O filme conta a história do trabalho da Alan Turing, um dos principais nomes responsáveis pelo 
desenvolvimento da ciência da computação, e seu trabalho na agência britânica de inteligência, visando à 
decodificação dos códigos nazistas na Segunda Guerra Mundial. O filme ilustra o funcionamento da máquina Enigma 
(mais famosa máquina de rotação) e mostra o processo de construção de uma máquina capaz de decifrar as 
mensagens. 
 
T RAI L ER 
 
conclusão 
Conclusão 
As técnicas e os algoritmos de criptografia fazem parte da história da humanidade e estão presente no dia a dia das 
pessoas graças à popularização da informática. Os algoritmos clássicos, devido à capacidade de processamento 
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atual dos computadores, são facilmente comprometidos pois permitem ataques de força bruta que testam todas as 
possíveis combinações de permutações e substituições e, assim, obtêm o texto claro. Nesse contexto, a 
implementação de softwares que realizam a criptografia simétrica possibilitou esquemas de criptografia mais 
robustos, como o IDEA e o AES, cuja existência de uma chave privada inviabiliza tais ataques. 
referências 
Referências Bibliográficas 
AMARO, G. Criptografia simétrica e criptografia de chaves públicas: vantagens e desvantagens. Faculdade de 
Educação Superior do Paraná. Disponível em: http://publica.fesppr.br/index.php/rnti/issue/download/4/33. Acesso em: 
21 dez. 2019. 
CERT.BR. Cartilha de Segurança para Internet. Centro de Estudos, Resposta e Tratamento de Incidentes de 
Segurança no Brasil (CERT.br). Disponível em: https://cartilha.cert.br/. Acesso em: 19 dez. 2019. 
KRISCHER, T. C. Um estudo da máquina Enigma. 2013. 98 f. Trabalho de Conclusão (Graduação em Ciência da 
Computação) – Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2013. Disponível 
em: https://www.lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/66106/000870987.pdf. Acesso em: 25 dez. 2019. 
LUDWIG, G. A. International Data Encryption Algorithm (IDEA), Universidade Federal do Rio Grande do Sul. 
Disponível em: file:///C:/Users/Claudine/Downloads/IDEA.pdf. Acesso em: 22 dez. 2019. 
SCHNEIER, B. Applied cryptography. Hoboken, Nova Jersey: John Wiley & Sons, 1996. 
STALLINGS, W. Criptografia e segurança de redes: princípios e práticas [Recurso eletrônico, Biblioteca Virtual]. 6. 
ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2015. 
UFRGS – Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Alan Turing – Legados para a computação e para a 
humanidade. Disponível em: http://www.ufrgs.br/alanturingbrasil2012/area2.html. Acesso em: 21 dez. 2019. 
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http://publica.fesppr.br/index.php/rnti/issue/download/4/33
https://cartilha.cert.br/https://www.lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/66106/000870987.pdf
file:///C:/Users/Claudine/Downloads/IDEA.pdf
http://www.ufrgs.br/alanturingbrasil2012/area2.html
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