Criptografia Pós-Quântica: Guia Completo para Preparação

Introdução

A criptografia que protege nossas comunicações, transações bancarias e segredos governamentais estásob ameaça existencial. Computadores quânticos, quando suficientemente poderosos, serao capazes de quebrar RSA, ECC e outros algoritmos que formam a espinha dorsal da segurança digital moderna.

Nao e questão de "se", mas "quando". E a ameaça jáe real hoje: adversarios sofisticados podem estar capturando comunicações criptografadas agora para descriptografar no futuro - a estrategia conhecida como "Harvest Now, Decrypt Later".

A resposta é aCriptografia Pós-Quântica (PQC): novos algoritmos baseados em problemas matematicos que resistem a ataques quânticos. Em 2024, o NIST finalizou os primeiros padrões, iniciando a maior transição criptográfica da história.

Este guia explica a ameaça quântica, os novos algoritmos, e como preparar sua organização para a era pós-quântica.

A Ameaça Quântica

Por que Computadores Quanticos sãoDiferentes

Computadores clássicos processam informação em bits (0 ou 1). Computadores quânticos usam qubits que podem estar em superposição (0 e 1 simultaneamente) e podem ser entrelaçados (correlacionados de formas impossíveis classicamente).

Isso permite que algoritmos quânticos resolvam certos problemas exponencialmente mais rapido que computadores clássicos.

Algoritmo de Shor

O algoritmo de Shor, desenvolvido em 1994, pode fatorar numeros inteiros e calcular logaritmos discretos em tempo polinomial. Isso significa que RSA e ECC podem ser quebrados em tempo viavel com um computador quântico suficientemente grande.

IMPACTO DA COMPUTACAO QUANTICA

ALGORITMOS VULNERAVEIS (DEVEM SER SUBSTITUIDOS):

  RSA (todas as variantes)
  - Usado em: TLS, PKI, assinaturas, key exchange
  - Quebrado por: Shor (fatoração)

  ECC (ECDSA, ECDH, EdDSA)
  - Usado em: TLS, Bitcoin, assinaturas de codigo
  - Quebrado por: Shor (logaritmo discreto)

  DSA, DH (Diffie-Hellman)
  - Usado em: Key exchange legacy, SSH
  - Quebrado por: Shor

ALGORITMOS ENFRAQUECIDOS (DOBRAR TAMANHO DE CHAVE):

  AES-128 -> precisa AES-256
  SHA-256 -> precisa SHA-384 ou SHA-512
  (Grover's Algorithm reduz segurança pela metade)

ALGORITMOS SEGUROS (AJUSTE MINIMO):

  AES-256 - OK com margem de segurança
  SHA-384/512 - OK com margem
  HMAC - OK com hash adequado
                    

Timeline: Quando?

Computadores quânticos atuais (2026) tem centenas a milhares de qubits "ruidosos". Para quebrar RSA-2048, estima-se que seriam necessarios milhoes de qubits logicos (com correção de erro).

Harvest Now, Decrypt Later

A Ameaça Ja e Real

Mesmo que computadores quânticos capazes ainda nãoexistam, adversarios podem estar capturando trafego criptografado hoje para descriptografar no futuro. Dados com valor de longo prazo estão em risco imediato:

HARVEST NOW, DECRYPT LATER

HOJE (2026)                         FUTURO (2035?)

Adversario captura                  Adversario decrypta
trafego TLS de:           ->        e obtem:

- Comunicações                      - Segredos de estado
  governamentais                    - Inteligencia
- Dados de saude                    - Registros medicos
- Propriedade                       - Trade secrets
  intelectual                       - Estratégias
- Transações                        - Chaves de longo
  financeiras                         prazo
- Credenciais

QUEM ESTA FAZENDO ISSO?
- Estados-nação com capacidade de interceptação em escala
- Adversarios planejando para o longo prazo
- Storage e barato - capturar tudo custa pouco

IMPLICACAO:
Dados sensíveis de longo prazo jádeveriam estar protegidos
com PQC hibrido
                    

Calculo de Urgencia

Para determinar quando comecar a migração, considere:

• X = Anos ate CRQC (estimativa: 5-15 anos)
• Y = Anos que dados precisam ficar secretos (0-50+ anos)
• Z = Anos para completar migração (2-10 anos)

Se Y + Z > X, você precisa comecar agora.

Algoritmos Padronizados pelo NIST

Em agosto de 2024, o NIST finalizou os primeiros padrões de criptografia pós-quântica apos um processo de seleção que comecou em 2016.

Padroes Finalizados

PADROES NIST PQC (2024)

ML-KEM (FIPS 203) - baseado em CRYSTALS-Kyber
  Uso: Key Encapsulation Mechanism (troca de chaves)
  Substitui: RSA-KEM, ECDH
  Base: Problemas de lattice (Module Learning with Errors)
  Niveis: ML-KEM-512, ML-KEM-768, ML-KEM-1024
  Performance: Muito rapido, chaves maiores que ECC
  Aplicações: TLS, VPN, troca de chaves em geral

ML-DSA (FIPS 204) - baseado em CRYSTALS-Dilithium
  Uso: Assinaturas digitais
  Substitui: RSA signatures, ECDSA, EdDSA
  Base: Problemas de lattice (Module LWE + SIS)
  Niveis: ML-DSA-44, ML-DSA-65, ML-DSA-87
  Performance: Rapido, assinaturas ~2.5KB
  Aplicações: PKI, code signing, documentos

SLH-DSA (FIPS 205) - baseado em SPHINCS+
  Uso: Assinaturas digitais (alternativa conservadora)
  Base: Hash-based signatures (stateless)
  Vantagem: Segurança baseada apenas em hash functions
  Desvantagem: Assinaturas grandes (~8-50KB)
  Aplicações: Raizes de PKI, firmware signing

(Em padronização) FN-DSA - baseado em Falcon
  Uso: Assinaturas digitais compactas
  Vantagem: Assinaturas menores que Dilithium
  Desafio: Implementação mais complexa
                    

Comparação de Tamanhos

O que sera Afetado

Protocolos e Sistemas

TLS/HTTPS

• Key exchange (ECDHE) -> ML-KEM
• Certificados (RSA/ECDSA) -> ML-DSA ou SLH-DSA
• Chrome e outros browsers játestam PQC hibrido

PKI e Certificados

• Certificados de CA raiz precisam migrar
• Certificados end-entity precisam migrar
• HSMs precisam suportar novos algoritmos

VPN

• IPsec IKE -> PQC key exchange
• WireGuard, OpenVPN -> Atualizações necessarias

Email e Assinaturas

• S/MIME -> Novos algoritmos
• PGP/GPG -> Suporte a PQC em desenvolvimento
• Assinaturas de documentos -> ML-DSA

Code Signing e Firmware

• Assinaturas de software -> ML-DSA ou SLH-DSA
• Secure boot -> Atualização de firmware
• Atualizações OTA -> Novo esquema de assinatura

Blockchain e Cripto

• Bitcoin, Ethereum usam ECDSA -> Vulneravel
• Carteiras antigas expostas quando CRQC existir
• Hard forks ou migrações necessarias

Estratégia de Preparação

Fase 1: Inventário Criptográfico

Você nãopode migrar o que nãoconhece. Mapeie todos os usos de criptografia:

O que inventariar:

INFRAESTRUTURA
- Certificados TLS (todos os dominios, internos e externos)
- VPNs (site-to-site, client)
- SSH keys
- HSMs e suas capacidades

APLICACOES
- APIs usando HTTPS
- Integrações com terceiros
- Aplicações legadas com crypto hardcoded
- Mobile apps com crypto embarcado

DADOS
- Dados criptografados em repouso (qual algoritmo?)
- Key management systems
- Backups criptografados

IDENTIDADE
- PKI interna (CAs, certificados de usuário)
- Assinaturas de codigo
- Tokens/JWT com assinaturas RSA/ECDSA

IoT e EMBEDDED
- Firmware updates (assinatura)
- Secure boot
- Dispositivos com ciclo de vida longo
                    

Fase 2: Classificação de Risco

Priorize baseado em:

• Tempo de sensibilidade dos dados - Dados que precisam ficar secretos por 10+ anos sãoprioridade
• Exposição a interceptação - Internet-facing vs interno
• Criticidade do sistema - Impacto de comprometimento
• Dificuldade de migração - Sistemas legados, hardware, IoT

Fase 3: Crypto Agility

Antes de migrar para algoritmos específicos, prepare sistemas para trocar algoritmos facilmente.

Fase 4: Migração Hibrida

Migração inicial deve ser hibrida - combinando algoritmo clássico + PQC:

• Proteção contra ataques quânticos E clássicos
• Fallback se problemas forem descobertos em PQC
• Interoperabilidade durante transição

Fase 5: Migração Completa

Quando algoritmos PQC estiverem maduros e testados, migrar para PQC puro.

Crypto Agility

Crypto agility é acapacidade de trocar algoritmos criptográficos sem reescrever sistemas. E essencial nãoso para PQC, mas para qualquer vulnerabilidade futura.

Principios

Exemplo em Codigo

# Ruim: Algoritmo hardcoded
from cryptography.hazmat.primitives.asymmetric import rsa
key = rsa.generate_private_key(...)

# Bom: Abstração que permite troca
class KeyGenerator:
    def __init__(self, algorithm="RSA"):
        self.algorithm = algorithm

    def generate(self):
        if self.algorithm == "RSA":
            return self._generate_rsa()
        elif self.algorithm == "ML-KEM":
            return self._generate_ml_kem()
        # Facil adicionar novos algoritmos

# Melhor ainda: Configuração externa
key_gen = KeyGenerator(config.get("key_algorithm"))
                    

Timeline e Recomendações

ROADMAP DE MIGRACAO PQC

2024-2025: PREPARACAO
- Inventário criptográfico completo
- Avaliação de crypto agility
- Identificar sistemas de longo prazo
- Comecar pilotos com TLS hibrido
- Atualizar procurement para exigir PQC readiness

2025-2027: MIGRACAO INICIAL
- TLS hibrido em sistemas criticos
- Atualizar PKI para suportar PQC
- VPN com PQC para dados sensíveis
- Testar ML-KEM e ML-DSA em produção
- Migrar dados de longo prazo para proteção hibrida

2027-2030: MIGRACAO AMPLA
- PQC hibrido como padrao
- Deprecar sistemas sem suporte PQC
- Substituir hardware legacy (HSMs, etc.)
- Completar migração de PKI

2030+: PQC PURO
- Remover algoritmos clássicos onde possivel
- PQC como unico algoritmo para novos sistemas
- Continuar suporte hibrido para legados
                    

Acoes Imediatas

Perguntas Frequentes

Conclusão

A transição para criptografia pós-quântica é amaior migração criptográfica da história da computação. Enquanto a ameaça de computadores quânticos capazes de quebrar RSA pode parecer distante, a estrategia "harvest now, decrypt later" significa que dados sensíveis de longo prazo jáestão em risco hoje.

Com os padrões NIST finalizados em 2024, o caminho estádefinido. Organizações precisam comecar agora: inventariar seus usos de criptografia, avaliar crypto agility, e iniciar pilotos com algoritmos hibridos. A migração levará anos - nãoha tempo a perder.

A boa noticia e que os novos algoritmos sãoperformaticos e jáestão sendo implementados em bibliotecas e produtos. A ma noticia e que sistemas legados, hardware antigo, e protocolos desatualizados criarao desafios significativos. Quanto antes comecar, mais suave sera a transição.

Inteligência Brasil

Consultoria especializada em Segurança da Informação e Criptografia.