Cifra de bloco versus cifra de fluxo: Diferenças essenciais

Pense na criptografia como o envio de uma mensagem secreta em uma garrafa. Você tem duas maneiras de protegê-la: selar a mensagem inteira de uma só vez (como uma cifra de bloco) ou codificá-la letra por letra (como uma cifra de fluxo). Ambos os métodos protegem seus dados, mas funcionam de maneiras fundamentalmente diferentes.

Atualmente, compreender a diferença entre cifras de bloco e cifras de fluxo não é apenas para especialistas em tecnologia. Esses mecanismos de segurança formam a espinha dorsal da proteção de sites, serviços bancários on-line e comunicações privadas. À medida que as ameaças cibernéticas se tornam mais sofisticadas, saber como seus dados são criptografados ajuda você a fazer escolhas de segurança mais inteligentes para a sua empresa.

Vamos explorar o que diferencia esses dois métodos de criptografia e por que eles são importantes para a segurança do seu site.

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Índice

1. Entendendo os conceitos básicos da criptografia simétrica
2. O que é uma cifra de bloco?
3. Algoritmos comuns de cifra de bloco
4. Modos de operação da cifra de bloco
5. O que é uma cifra de fluxo?
6. Algoritmos comuns de cifra de fluxo
7. Cifra de bloco versus cifra de fluxo: Principais diferenças
8. Como as cifras de bloco e de fluxo são usadas no mundo real
9. Tendências de criptografia e desenvolvimentos futuros

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Entendendo os conceitos básicos da criptografia simétrica

Criptografia simétrica transforma informações legíveis(dados de texto simples) em código embaralhado(texto cifrado) usando uma chave de criptografia secreta. A beleza desse sistema está em sua simplicidade. A mesma chave desbloqueia o que ela bloqueia, tornando a criptografia e a descriptografia relativamente simples.

Quando você envia informações confidenciais on-line, o navegador converte automaticamente os números do cartão de crédito, as senhas e os detalhes pessoais em palavras sem sentido que somente o servidor receptor pode decifrar. Essa transformação protege seus dados de olhares curiosos durante a jornada pela Internet.

A história das cifras remonta a milhares de anos, mas a criptografia simétrica moderna tomou forma em meados do século XX com o desenvolvimento dos sistemas de computação. O Data Encryption Standard (DES) surgiu como um dos primeiros algoritmos amplamente adotados na década de 1970, preparando o terreno para métodos mais avançados.

As cifras simétricas atuais se dividem em duas categorias principais: cifra de bloco e cifra de fluxo. Cada uma delas serve a propósitos específicos no ecossistema de segurança. As cifras de bloco tratam os dados em blocos, enquanto as cifras de fluxo processam as informações continuamente. Essa diferença fundamental afeta tudo, desde a velocidade até os aplicativos de segurança.

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O que é uma cifra de bloco?

Uma cifra de bloco é um método de criptografia que divide a mensagem de texto simples em blocos fixos de dados, em vez de processar caracteres individuais. Essa abordagem transforma segmentos inteiros de informações simultaneamente usando operações matemáticas complexas.

Quando uma cifra de bloco criptografa seus dados, ela divide o texto simples em blocos de tamanho fixo de 64, 128 ou 256 bits. Cada segmento passa pelo mesmo processo de transformação usando uma chave criptográfica. Se a parte final dos dados de entrada não preencher um bloco completo, o sistema adiciona preenchimento (bits extras) para criar um tamanho uniforme antes do início do processo de criptografia.

Vamos visualizar como funciona uma cifra de bloco: Imagine que você separe as correspondências em caixas de correio de tamanhos iguais. Cada mensagem deve caber perfeitamente em seu espaço designado, mesmo que isso signifique adicionar papel em branco para preencher notas menores. Depois de classificadas, cada caixa de correio é bloqueada com a mesma chave, transformando o conteúdo em várias rodadas de codificação matemática.

As cifras de bloco são baseadas em dois princípios fundamentais: confusão e difusão. A confusão obscurece a relação entre a chave e os blocos de texto cifrado, dificultando a adivinhação da chave mesmo com muitos exemplos. A difusão garante que a alteração de apenas um bit do texto simples altere o texto cifrado resultante, criando um efeito de avalanche que reforça a segurança.

Para blocos de dados incompletos, vários esquemas de preenchimento garantem um tamanho de bloco fixo adequado. Um deles é adicionar zeros ou outros padrões previsíveis até que cada segmento atinja o tamanho necessário. Embora isso acrescente uma pequena sobrecarga, permite o processamento uniforme que torna as cifras de bloco tão eficientes para proteger as comunicações pela Internet e o armazenamento de dados confidenciais.

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Algoritmos comuns de cifra de bloco

A criptografia se baseia em vários algoritmos testados em batalha que protegem nossa vida digital. Vamos explorar os algoritmos de criptografia mais populares.

• Padrão de criptografia avançada (AES): A joia da coroa dos algoritmos de cifra de bloco, adotado pelo governo dos EUA em 2001, esse método de criptografia avançado processa blocos de dados de 128 bits com comprimentos de chave de 128, 192 ou 256 bits. O AES combina segurança excepcional com velocidade impressionante, o que o torna a opção ideal para tudo, desde comunicações militares até conexões HTTPS cotidianas.
• Padrão de criptografia de dados (DES): Desenvolvido na década de 1970, ele já dominou o cenário de segurança com sua chave de 56 bits e design de cifra de bloco de 64 bits. Apesar de sua importância histórica, o poder da computação moderna tornou o DES vulnerável a ataques de força bruta. Com isso, surgiu o Triple DES (3DES), que aplica o algoritmo DES três vezes a cada bloco de dados para uma proteção mais forte, embora seja significativamente mais lento do que as opções mais recentes.
• Blowfish e Twofish: O Blowfish foi projetado como uma alternativa rápida ao DES, oferecendo comprimentos de chave variáveis de até 448 bits. Ele ainda é usado em ferramentas como VeraCrypt e bcrypt para hashing de senhas e aparece em implementações SSH mais antigas, como o OpenSSH. Seu sucessor, o Twofish, apresenta um tamanho de bloco de 128 bits e foi finalista na competição AES devido ao seu design de segurança robusto. Você encontrará o Twofish em ferramentas de criptografia como o VeraCrypt, sistemas antigos que usam o TrueCrypt e alguns plug-ins do OpenVPN.

Quando você visita sites seguros, sua conexão usa protocolos TLS (Transport Layer Security) que dependem muito de cifras de bloco. O AES aparece com destaque na maioria dos conjuntos de cifras usados para conexões HTTPS, garantindo que suas transações bancárias, entradas de senha e mensagens privadas permaneçam protegidas contra interceptação.

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Modos de operação da cifra de bloco

Os modos de cifra de bloco determinam como o algoritmo de criptografia processa vários blocos de dados em sequência. Esses modos de operação afetam a segurança, a eficiência e o tratamento de erros, tornando sua seleção tão crucial quanto o próprio algoritmo subjacente.

A abordagem mais simples, o Electronic Codebook(modo ECB), criptografa cada bloco independentemente usando a mesma chave. Embora simples, esse método cria uma vulnerabilidade significativa: blocos de texto simples idênticos sempre geram os mesmos blocos de texto cifrado, o que pode revelar padrões em seus dados. Imagine uma imagem bitmap criptografada com o modo ECB – você ainda pode reconhecer o contorno da imagem original na versão criptografada!

O modo Cipher Block Chaining (CBC) aborda esse ponto fraco usando um vetor de inicialização (IV) e conectando os blocos anteriores aos atuais. Antes da criptografia, cada bloco de texto simples é combinado com o texto cifrado do bloco anterior por meio de uma operação XOR.

Isso cria uma cadeia em que a alteração de apenas um bloco afeta todos os blocos subsequentes, mascarando padrões e reforçando a segurança. Os sites e aplicativos mais seguros usam CBC por sua segurança e desempenho equilibrados.

Outros modos essenciais incluem:

• Cipher Feedback(CFB): Transforma uma cifra de bloco em uma cifra de fluxo auto-sincronizável, permitindo a criptografia em tempo real sem esperar por blocos completos
• Feedback de saída(OFB): Usa a cifra de bloco para gerar um fluxo de chaves independente do texto simples ou do texto cifrado, tornando-o resistente a erros de transmissão
• Contador (CTR): Cria um fluxo de valores de contador criptografados que se combinam com dados de texto simples para produzir texto cifrado, oferecendo excelente paralelização para necessidades de alto desempenho

Cada modo apresenta diferentes compensações entre segurança, velocidade e resistência a erros. Por exemplo, o modo CBC não pode se recuperar de pacotes perdidos sem ressincronização, enquanto o modo CTR permite acesso aleatório a qualquer bloco criptografado sem processar o arquivo inteiro.

Agora, vamos voltar nossa atenção para as cifras de fluxo.

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O que é uma cifra de fluxo?

Uma cifra de fluxo processa informações em um fluxo contínuo, criptografando dados bit a bit ou byte a byte. Essa abordagem cria um fluxo contínuo de criptografia que se adapta a dados de qualquer tamanho sem precisar de pedaços fixos ou preenchimento.

Toda cifra de fluxo contém um gerador de números aleatórios que cria um fluxo de chaves pseudo-aleatório. Esse keystream se combina com a mensagem de texto simples, produzindo a saída criptografada. Como resultado, cada bit de dados é transformado independentemente, o que permite a criptografia em tempo real sem a necessidade de aguardar o acúmulo de blocos.

Pense em seus dados como um rio que flui por uma série de portas. À medida que cada gota d’água (bit) chega a um portão, ela se combina com um valor gerado aleatoriamente, mudando sua natureza antes de continuar o fluxo. Cada bit se transforma de forma independente, criando um fluxo criptografado que pode se adaptar a qualquer volume ou velocidade de dados recebidos.

O processo de criptografia depende inteiramente da geração de bits de fluxo de chaves imprevisíveis. Se o keystream se tornar previsível ou se repetir, todo o sistema de segurança entra em colapso. Isso faz com que as cifras de fluxo sejam sensíveis aos detalhes de implementação – usar o mesmo keystream duas vezes pode permitir que os invasores recuperem suas mensagens originais por meio de análise matemática.

Existem dois tipos principais na família de cifras de fluxo:

• As cifras de fluxo síncrono geram fluxos de chaves independentemente do conteúdo da mensagem, exigindo sincronização perfeita entre o remetente e o receptor.
• As cifras de fluxo autossincronizadas derivam seu fluxo de chaves parcialmente de bits de texto cifrado anteriores, permitindo a recuperação automática de erros de transmissão ou perda de dados.

Com o mínimo de sobrecarga computacional e requisitos de memória, eles se destacam em ambientes em que os recursos são limitados ou os dados chegam em rajadas imprevisíveis. Sua abordagem bit a bit os torna naturalmente adequados para aplicativos em que o tamanho dos dados não é conhecido antecipadamente.

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Algoritmos comuns de cifra de fluxo

A seguir, você encontrará uma lista de algoritmos criptográficos amplamente conhecidos usados para criptografia bit a bit, juntamente com seus principais recursos e aplicações práticas:

• RC4 – uma das cifras de fluxo mais reconhecidas, o RC4 gera um fluxo de chaves usando uma chave criptográfica secreta e o combina com o texto simples por meio da operação XOR. Embora seja rápido e simples, ele tem implicações de segurança significativas e é preterido em conexões TLS devido a pontos fracos conhecidos.
• Salsa20 – Criada por Daniel J. Bernstein, essa cifra transforma blocos de entrada em bits pseudoaleatórios para a geração do fluxo de chaves, oferecendo maior segurança em relação a projetos mais antigos.
• ChaCha20 – Uma variante do Salsa20 com aprimoramentos adicionais de segurança, o ChaCha20 é adotado pelo Google para conexões TLS no Chrome. Ele oferece criptografia rápida e segura para comunicações móveis e sistemas com requisitos limitados de recursos.
• Grain-128 – Desenvolvida no âmbito do projeto eSTREAM, essa cifra é otimizada para a implementação de hardware/software em dispositivos de IoT e sistemas incorporados em que a capacidade de processamento e a memória são limitadas.
• A5/1 e A5/3 – Usados na tecnologia GSM para criptografar chamadas de voz em tempo real. O A5/1 está desatualizado com vulnerabilidades conhecidas, enquanto o A5/3 oferece proteção aprimorada para redes sem fio.

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Cifra de bloco versus cifra de fluxo: Principais diferenças

A seguir, você verá um resumo rápido de como as cifras de bloco e as cifras de fluxo diferem, tanto na estrutura quanto na aplicação:

Recurso	Cifra de bloco	Cifra de fluxo
Processamento	Blocos de tamanho fixo (por exemplo, 128 bits)	Criptografia bit a bit
Uso principal	Mesma chave simétrica para o bloco	Mesma chave simétrica para bit/byte
Velocidade	Mais lento, com mais despesas gerais	Mais rápido e melhor para dados em tempo real
Necessidades de recursos	Requisitos de recursos mais altos	Menor área de cobertura
Propagação de erros	Afeta todo o bloco	Pode afetar apenas os bits próximos
Casos de uso típicos	TLS/SSL, segurança na Web, aplicativos bancários	Comunicações móveis, tecnologia GSM
Modos de operação	Precisa de modos como ECB, CBC, CTR	Geralmente incorporado
Você precisa de acolchoamento?	Sim	Não

Embora as cifras de bloco e de fluxo dependam da criptografia simétrica, a escolha depende do contexto. Para dados estruturados, como e-mails, transferências de arquivos ou sites seguros, é preferível usar cifras de bloco com modos de operação adequados. Para ambientes de baixa latência, como VoIP ou aplicativos de bate-papo, uma cifra de fluxo pode ter um desempenho melhor.

Ainda assim, as implicações de segurança variam de acordo com a implementação. As cifras de bloco modernas com o modo CTR ou OFB podem atingir um desempenho semelhante ao de um fluxo, substituindo com frequência as cifras de fluxo tradicionais em novos projetos.

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Como as cifras de bloco e de fluxo são usadas no mundo real

• Conexões SSL/TLS: O TLS moderno usa cifras de bloco (como AES) e cifras de fluxo, dependendo do caso de uso. O AES-256 é comumente usado para criptografar a maior parte do tráfego da Web, garantindo conexões HTTPS seguras.
• Redes sem fio e móveis: As cifras de fluxo são frequentemente usadas em comunicações sem fio e aplicativos móveis para criptografia em tempo real. Protocolos como o WPA3 usam cifras de bloco com modos especiais, enquanto os padrões mais antigos, como o WEP, usavam o RC4, agora obsoleto devido a falhas de segurança.
• Segurança no comércio eletrônico: A criptografia simétrica protege os dados do cartão de crédito e as informações pessoais durante as compras on-line. As cifras de bloco como AES são preferidas por sua força e compatibilidade.
• Conformidade com o PCI DSS: Os sistemas de pagamento devem atender a requisitos rigorosos. Os principais gateways contam com o AES-256 para atender aos padrões do PCI DSS e proteger os dados financeiros durante as transações.
• Exemplos práticos: Aplicativos como WhatsApp e Signal usam cifras de fluxo para mensagens seguras. As CDNs as utilizam para a entrega de vídeos criptografados. Os sistemas bancários e os bancos de dados de saúde usam cifras de bloco para proteger dados confidenciais armazenados.

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Tendências de criptografia e desenvolvimentos futuros

À medida que a tecnologia de criptografia evolui, novos desafios estão moldando o futuro da proteção de dados. A criptografia pós-quântica está ganhando força, com pesquisadores desenvolvendo cifras de bloco e de fluxo projetadas para resistir a ataques de computadores quânticos. Enquanto isso, o aumento da IoT está impulsionando a demanda por criptografia leve, otimizada para dispositivos com recursos limitados, geralmente usando designs de cifras de fluxo simplificados.

No espaço da computação em nuvem, estão surgindo sistemas de criptografia híbrida. Eles escolhem adaptativamente entre cifras de bloco ou de fluxo com base nos dados e no contexto, oferecendo proteção flexível para dados em movimento. Os proprietários de sites também devem observar tendências como APIs de criptografia baseadas em navegador, criptografia de conhecimento zero e criptografia homomórfica, que permitem que os dados sejam processados sem expor seu conteúdo.

Por fim, os modos de criptografia autenticada estão se tornando padrão, combinando confidencialidade com integridade de dados. Com a computação quântica no horizonte, órgãos como o NIST já estão avaliando os padrões de criptografia de próxima geração para se manterem à frente de ameaças futuras.

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Agora que você já viu como as cifras de bloco e de fluxo funcionam para proteger os dados, é hora de aplicar essa proteção ao seu próprio site. A SSL Dragon oferece certificados SSL confiáveis que usam os mesmos algoritmos criptográficos fortes, como o AES-256, encontrados em plataformas bancárias e de comércio eletrônico seguras.

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