Criptografia baseada no caos pode evitar Apocalipse Quntico

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Informtica

Com informações da Universidade Ritsumeikan – 11/02/2022

Criptografia baseada no caos pode evitar Apocalipse Qu

Uma cifra de fluxo baseada no caos consegue resistir a ataques de computadores qunticos de grande escala.
[Imagem: Ritsumeikan University]

Apocalipse Quntico

Embora todos gostemos de acreditar que os sistemas de criptografia esto sempre fazendo bem o seu trabalho e nos mantendo seguros, a rpida ascenso dos computadores qunticos ameaa abalar todo o campo da segurana criptogrfica, essencialmente deixando-a intil.

A grande preocupao com o chamado “Apocalipse Quntico”: Vrios governos j admitiram que esto arquivando documentos criptografados hoje para descriptograf-los assim que os computadores qunticos estiverem disponveis.

E, como em vrias partes do mundo j se tornou corriqueiro que os governos espionem seus prprios cidados, pode no haver nenhuma garantia de sigilo ou privacidade em um horizonte de tempo que se acredita ser cada vez menor.

Cientes dessa ameaa iminente, os pesquisadores da rea de criptografia esto trabalhando em novos mtodos de embaralhamento de dados que possam resistir aos ataques dos computadores qunticos.

A novidade mais recente veio pelas mos de Koshiro Onuki e colegas da Universidade Ritsumeikan, no Japo, que foram buscar uma soluo na teoria do caos.

Criptografia baseada no caos

Em matemtica, o caos uma propriedade de certos sistemas dinmicos que os torna extremamente sensveis s condies iniciais.

Embora tecnicamente determinsticos (no aleatrios), esses sistemas evoluem de maneira to complexa que praticamente impossvel prever seu estado de longo prazo com informaes incompletas, porque mesmo pequenos erros de arredondamento nas condies iniciais produzem resultados divergentes.

justamente essa caracterstica nica dos sistemas caticos que Onuki e seus colegas demonstraram poder ser aproveitada para produzir sistemas criptogrficos altamente seguros.

A equipe desenvolveu uma cifra de fluxo sem precedentes, que consiste em trs primitivas criptogrficas baseadas em modelos matemticos independentes de caos.

Criptografia baseada no caos pode evitar Apocalipse Qu

Esquema de funcionamento da criptografia ps-quntica.
[Imagem: Ritsumeikan University]

Criptografia prova de computadores qunticos

A primeira primitiva um gerador de nmeros pseudoaleatrios baseado em um mapa de Lorenz aumentado. Os nmeros pseudoaleatrios produzidos usando essa abordagem so usados para criar fluxos de chaves para criptografar/descriptografar mensagens, que entram em cena na segunda e talvez ainda mais notvel primitiva: Um mtodo inovador para troca de chaves secretas.

Esta nova estratgia de troca de chaves secretas especificando o mapa de Lorenz baseada na sincronizao de dois osciladores Lorenz caticos, que podem ser inicializados de forma independente e aleatria pelos dois usurios que querem se comunicar, sem que nenhum deles saiba o estado do oscilador do outro. Para ocultar os estados internos desses osciladores, os usurios (o emissor e o receptor) mascaram o valor de uma das variveis do seu oscilador multiplicando-o por um nmero aleatrio gerado localmente. O valor mascarado do emissor ento enviado ao receptor e vice-versa. Aps um curto perodo de tempo, quando essas trocas de vai-e-vem fazem com que ambos os osciladores sincronizem quase perfeitamente no mesmo estado, apesar da randomizao das variveis, os usurios podem mascarar e trocar chaves secretas e, em seguida, desmascar-las localmente com clculos simples.

Finalmente, a terceira primitiva uma funo resumo (hash) baseada em um mapa logstico (uma equao catica de movimento), que permite ao emissor enviar um valor resumo e, por sua vez, permite ao receptor garantir que a chave secreta recebida est correta, ou seja, os osciladores caticos foram sincronizados corretamente.

Os pesquisadores demonstraram que uma cifra de fluxo montada usando essas trs primitivas extremamente segura e resistente a ataques estatsticos e espionagem, pois matematicamente impossvel sincronizar seu prprio oscilador com os do remetente ou do receptor.

Segurana ps-quntica

Esta uma conquista sem precedentes. “A maioria dos sistemas criptogrficos baseados no caos pode ser quebrada por ataques usando computadores clssicos em um tempo curto na prtica. Em contraste, nossos mtodos, especialmente o de troca de chaves secretas, parecem ser robustos contra esses ataques e, mais importante, ainda difceis de quebrar mesmo usando computadores qunticos,” disse o professor Takaya Miyano, coordenador da equipe.

E no vai ser preciso ter um computador quntico para implementar esse novo sistema criptogrfico: A equipe implementou-o em um Raspberry Pi 4 usando Python 3.8.

“Os custos de implementao e funcionamento do nosso sistema criptogrfico so notavelmente baixos em comparao com os da criptografia quntica. Assim, nosso trabalho fornece uma abordagem criptogrfica que garante a privacidade das comunicaes dirias entre pessoas de todo o mundo na era ps-quntica,” disse Miyano.

Bibliografia:

Artigo: Secret-Key Exchange Through Synchronization of Randomized Chaotic Oscillators Aided by Logistic Hash Function
Autores: Koshiro Onuki, Kenichiro Cho, Yoshihiko Horio, Takaya Miyano
Revista: IEEE Transactions on Circuits and Systems
DOI: 10.1109/TCSI.2022.3140762

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