A criptografia é uma técnica fundamental para garantir a segurança da informação na Era Digital. Ela consiste em transformar informações em um formato ilegível para quem não tem a chave de decodificação, dessa forma, apenas o destinatário correto pode ler a mensagem original. A criptografia é utilizada em uma variedade de contextos, como comunicações online, armazenamento de dados pessoais e transações financeiras. Considerada uma importante área de pesquisa, é vista como a próxima fronteira da segurança da informação. É importante entender a evolução dessa tecnologia, pois seu impacto será significativo na proteção de ameaças hackers. 

A tecnologia quântica é uma das áreas mais promissoras da ciência e da tecnologia atualmente. Ela está revolucionando muitas áreas, incluindo a computação e a criptografia. Os computadores quânticos são capazes de processar informações de forma exponencialmente mais rápida do que os computadores tradicionais, o que representa um grande avanço na resolução de problemas complexos. No entanto, essa mesma capacidade de processamento também pode ser utilizada para quebrar os algoritmos de criptografia tradicionais, que se baseiam na dificuldade computacional de certas operações matemáticas. 

A criptografia tradicional utiliza algoritmos que são resistentes a ataques de computadores clássicos, mas não são necessariamente resistentes a ataques de computadores quânticos. 

Hoje, a maioria dos métodos de criptografia utilizados são baseados em algoritmos que podem ser facilmente quebrados por computadores quânticos, que processam simultaneamente uma grande quantidade de informações, o que os torna muito mais poderosos que os computadores em geral. 

Diante desse cenário, a criptografia pós-quântica surge como uma alternativa para proteger a segurança da informação. Ela se baseia em algoritmos que são resistentes tanto aos ataques de computadores clássicos quanto aos ataques de computadores quânticos, garantindo uma proteção mais robusta para as informações. 

Fundamentos da criptografia pós-quântica 

A computação quântica é uma forma de computação que se baseia nas propriedades quânticas da matéria, como superposição e emaranhamento, para realizar cálculos de maneira exponencialmente mais rápida do que os computadores clássicos. 

Alguns dos conceitos básicos da computação quântica incluem: 

• Qubit: Um qubit, ou bit quântico, é a unidade básica de informação em um sistema quântico de computação. Enquanto um bit clássico pode representar um estado de informação como 0 ou 1, um qubit pode estar em uma superposição desses dois estados simultaneamente. Isso significa que um qubit pode existir em um estado de 0 e 1 ao mesmo tempo, graças ao fenômeno da sobreposição quântica.

Além disso, os qubits também podem estar entrelaçados, o que significa que o estado de um qubit está intrinsecamente relacionado ao estado de outro, mesmo que estejam separados por uma grande distância. Essa propriedade de entrelaçamento é usada na computação quântica para realizar cálculos paralelos e obter ganhos de velocidade significativos em relação aos computadores clássicos.

• Superposição: A superposição quântica permite que um qubit exista em múltiplos estados simultaneamente. Isso significa que um qubit pode representar 0 e 1 ao mesmo tempo, em diferentes proporções. A informação transmitida por meio de qubits na criptografia quântica aproveita essa propriedade para criar chaves de criptografia únicas.

• Emaranhamento: O emaranhamento quântico é uma propriedade na qual dois ou mais qubits tornam-se intrinsecamente correlacionados, independentemente da distância entre eles. As mudanças em um qubit emaranhado afetarão instantaneamente o estado dos outros qubits emaranhados, mesmo que estejam separados por grandes distâncias. Essa propriedade é usada na criptografia quântica para detectar interferência ou espionagem.

• Portas quânticas: são os equivalentes quânticos das portas lógicas dos computadores clássicos. Elas são utilizadas para manipular os qubits e realizar cálculos.

• Algoritmos quânticos: são algoritmos projetados para serem executados em computadores quânticos. Eles são capazes de resolver certos problemas de maneira exponencialmente mais rápida do que os algoritmos clássicos, como a fatoração de números inteiros e a busca em bancos de dados não ordenados.

Esses conceitos básicos de computação quântica são fundamentais para entender como os computadores quânticos operam e como eles podem afetar a segurança da informação. A criptografia pós-quântica oferece um nível avançado de segurança, baseado nos princípios únicos da mecânica quântica. Embora ainda esteja em desenvolvimento e enfrentando desafios técnicos, tem o potencial de fornecer uma proteção robusta contra ataques cibernéticos avançados.

Avanços nos Testes de Computação Quântica: A Evolução da Escala de Qubits

 A quebra de criptografia de chave pública é um dos desafios que a computação quântica poderia enfrentar no futuro. Atualmente, os sistemas criptográficos mais utilizados, como o RSA e o ECC (Elliptic Curve Cryptography), dependem da dificuldade computacional de resolver problemas matemáticos complexos para garantir a segurança das comunicações.

Uma das principais aplicações da computação quântica é o algoritmo de Shor, que tem o potencial de fatorar números inteiros grandes em um tempo muito mais curto em comparação com os algoritmos clássicos. A fatoração de números primos grandes é um desafio computacionalmente intensivo e a base para muitos algoritmos criptográficos.

No entanto, para quebrar a criptografia de chave pública mais atual, como a usada nas comunicações seguras pela Internet, seria necessário um computador quântico com um número significativo de qubits. Estima-se que, para atingir esse objetivo, um sistema com pelo menos 4.000 qubits perfeitos seria necessário.

Os qubits perfeitos referem-se a qubits que possuem alta qualidade e estabilidade, com taxas muito baixas de erro e decoerência. Além disso, também seria necessário um controle preciso e uma alta conectividade entre os qubits para executar operações complexas em paralelo.

No entanto, é importante notar que a computação quântica está em constante evolução e ainda enfrenta desafios significativos, como a correção de erros quânticos e a escalabilidade. Além disso, os avanços na criptografia pós-quântica, que se concentram em algoritmos resistentes à computação quântica, também estão em andamento para garantir a segurança futura das comunicações.

Em suma, embora a quebra da criptografia de chave pública mais atual exija um computador quântico com pelo menos 4.000 qubits perfeitos, é importante lembrar que a computação quântica ainda está em um estágio de desenvolvimento e há muitos desafios a serem superados antes que isso se torne uma realidade prática.

Diferenças entre criptografia tradicional e pós-quântica 

A principal diferença entre a criptografia tradicional e a pós-quântica está na maneira como os algoritmos são construídos e na sua resistência a ataques de computadores quânticos. 

A criptografia tradicional utiliza algoritmos que são resistentes a ataques de computadores clássicos, mas não são necessariamente resistentes a ataques de computadores quânticos. Isso se deve ao fato de que os computadores quânticos podem realizar cálculos de forma exponencialmente mais rápida do que os computadores clássicos.  

Já a criptografia pós-quântica utiliza algoritmos que são resistentes tanto aos ataques de computadores clássicos quanto aos ataques de computadores quânticos, garantindo uma proteção mais robusta para as informações. Esses algoritmos utilizam técnicas matemáticas diferentes das utilizadas na criptografia tradicional, como reticulados, códigos e isogenias elípticas, e estão sendo incorporados por diversos pesquisadores e instituições ao redor do mundo. 

Outra diferença importante é que a criptografia pós-quântica requer um maior uso de recursos computacionais. Os algoritmos pós-quânticos são mais complexos e desenvolvidos com mais processos para serem executados. Além disso, a implementação da criptografia pós-quântica pode exigir mudanças significativas na infraestrutura de hardware e software utilizada para a segurança da informação, o que pode aumentar o custo de implementação. 

Em resumo, enquanto a criptografia tradicional é adequada para proteger as informações contra os ataques de computadores clássicos, a criptografia pós-quântica é necessária para proteger as informações contra os ataques de computadores quânticos e representa uma evolução importante na área de segurança da informação. 

Principais tipos de criptografia pós-quântica 

A criptografia pós-quântica refere-se a um conjunto de algoritmos e protocolos criptográficos que são projetados para serem resistentes a ataques de computadores quânticos. Existem várias abordagens para a criptografia pós-quântica, cada uma com seus próprios algoritmos e fundamentos matemáticos. Abaixo estão alguns dos principais tipos de criptografia pós-quântica: 

• Criptografia baseada em reticulados: essa técnica utiliza problemas matemáticos relacionados a reticulados, que são estruturas código-fonte formadas por pontos em um espaço. Esses problemas são difíceis de serem resolvidos por computadores clássicos e quânticos, e são usados para a geração de chaves e para criptografia de dados. A criptografia baseada em reticulados é uma das técnicas mais estudadas e promissoras na área de criptografia pós-quântica.
• Criptografia baseada em códigos: essa técnica utiliza códigos corretores de erro, que são comumente usados em sistemas de comunicação para corrigir erros de transmissão. Esses códigos são capazes de fornecer segurança contra os ataques de computadores quânticos e são usados para a geração de chaves e para criptografia de dados. A criptografia baseada em códigos é menos estudada que a criptografia baseada em reticulados, mas tem se mostrado promissora em alguns estudos.
• Criptografia baseada em isogenias elípticas: essa técnica utiliza isogenias elípticas, que são funções matemáticas que conectam duas curvas elípticas. Essas funções são difíceis de serem cortadas por computadores quânticos e são utilizadas para a geração de chaves e para criptografia de dados. A criptografia baseada em isogenias elípticas é uma das técnicas mais recentes na área de criptografia pós-quântica e ainda está em fase de estudos e aprimoramentos.

Cada uma dessas técnicas apresenta vantagens e segurança, e a escolha da melhor técnica dependerá das necessidades específicas de cada aplicação. É importante ressaltar que a pesquisa nesta área ainda está em andamento, e a segurança e eficiência dos algoritmos estão sujeitas a aprimoramentos contínuos à medida que a tecnologia pós-quântica evolui. 

Aplicações de criptografia pós-quântica 

A criptografia pós-quântica tem o potencial de transformar a segurança da informação em diversas áreas, uma vez que oferece proteção contra os ataques quânticos, que são capazes de quebrar a criptografia tradicional. A seguir, apresentamos alguns exemplos de práticas de criptografia pós-quântica em diferentes áreas: 

• Finanças: A criptografia pós-quântica pode ser utilizada para proteger transações financeiras online, incluindo transferências bancárias, pagamentos com cartão de crédito e transações em bolsas de valores. Isso é especialmente importante para empresas e instituições financeiras que precisam proteger informações sensíveis e sigilosas.
• Saúde: A criptografia pós-quântica pode ser utilizada para proteger informações pessoais, como registros médicos eletrônicos, diagnósticos e resultados de testes. Isso pode ajudar a garantir a privacidade dos pacientes e proteger informações de processos, como históricos médicos e resultados de testes de DNA.
• Defesa: A criptografia pós-quântica pode ser utilizada para proteger informações eficazes em sistemas militares, incluindo comunicações, planejamento estratégico e operações de campo. Isso é especialmente importante em situações de guerra ou conflito, onde as informações sensíveis podem ser utilizadas para obter vantagem tática.
• Internet das Coisas: A criptografia pós-quântica pode ser utilizada para proteger dispositivos de Internet das Coisas (IoT) contra os ataques quânticos. Com o crescimento da IoT e o aumento do número de dispositivos conectados à Internet, a segurança da informação torna-se ainda mais crítica.
• Governo: A criptografia pós-quântica pode ser utilizada em seguro para proteger informações eficazes, como dados de inteligência, planos de segurança nacional e comunicações diplomáticas. Isso pode ajudar a proteger a soberania nacional e a segurança do Estado.

A criptografia pós-quântica pode ser aplicada em uma ampla variedade de áreas, desde finanças e saúde até defesa e governo. Embora ainda esteja em desenvolvimento, a criptografia pós-quântica oferece um nível elevado de proteção contra os ataques quânticos, o que a torna uma solução promissora para a segurança da informação no futuro. 

Considerações Finais

Embora a criptografia pós-quântica ainda esteja em desenvolvimento, já existem alguns protótipos e projetos em andamento. No entanto, é muito cedo para saber qual desses métodos será mais eficaz e amplamente utilizado. Além disso, vale a pena notar que a computação quântica ainda está em sua infância e pode levar décadas até que se torne uma ameaça real à segurança da informação. No entanto, é importante que as organizações e indivíduos comecem a se preparar para a eventualidade de computadores quânticos se tornarem uma ameaça real. Isso inclui estudar a criptografia pós-quântica e considerar a possibilidade de implementar esses métodos de criptografia em sistemas críticos. 

Atualmente as máquinas quânticas só conseguem executar tarefas simples, mas estão evoluindo rapidamente; porém em pouco tempo deverá superar a capacidade dos computadores convencionais, possibilitando a quebra de qualquer criptografia de dados. Os computadores quânticos prometem impulsionar avanços impressionantes em vários campos, da ciência dos materiais à pesquisa farmacêutica. É por isso que empresas de tecnologia e segurança estão buscando formas de desenvolver o sistema rapidamente, atuando com novas formas de criptografia capazes de resistir a futuros ataques quânticos. 

As perspectivas futuras para a criptografia pós-quântica são promissoras, com a possibilidade de aprimoramentos e novas soluções sendo aprimoradas. No entanto, ainda há desafios a serem superados, como a complexidade dos algoritmos e a necessidade de atualização da infraestrutura de TI existente. 

Logo, a criptografia pós-quântica é uma abordagem promissora para garantir a segurança da informação no futuro e sua adoção deve ser considerada por empresas e organizações que desejam proteger suas informações e sigilosas contra os ataques quânticos.  

Referências 

https://mittechreview.com.br/o-que-e-criptografia-pos-quantica/ 

https://canaltech.com.br/seguranca/o-que-e-criptografia-pos-quantica-171830/ 

https://www.entrust.com/pt/resources/certificate-solutions/learn/post-quantum-cryptography 

https://brazilquantum.medium.com/introdu%C3%A7%C3%A3o-%C3%A0-criptografia-p%C3%B3s-qu%C3%A2ntica-e7c50095ebfe 

https://www.cisoadvisor.com.br/os-primeiros-4-algoritmos-criptograficos-pos-quanticos/ 

https://assets.jornalempresasenegocios.com.br/uploads/2023/01/pagina_06_ed_4770.pdf 

https://acaditi.com.br/entenda-a-importancia-da-criptografia-para-a-seguranca-dos-seus-dados-na-internet/