O que é a criptografia AES? Seu guia essencial

Você já se perguntou como o seu banco on-line fica seguro? O padrão de criptografia avançada (AES) é a resposta. O AES transforma seus dados confidenciais legíveis em um código embaralhado que somente os destinatários autorizados podem desbloquear.

Desenvolvido pelo National Institute of Standards and Technology (NIST), o AES tornou-se essencial para a proteção de dados em todo o mundo. Ele oferece segurança superior sem sacrificar a velocidade.

O AES protege sua vida digital diariamente, desde aplicativos de mensagens até redes sem fio. Esse algoritmo de criptografia protege você de forma eficaz contra ataques criptográficos, mantendo a segurança dos dados em nosso mundo conectado.

Vamos explorar como o AES criptografa os dados e por que isso é importante para você.

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Índice

1. O que é AES?
2. História e desenvolvimento da AES
3. Como funciona a criptografia AES?
4. Tamanhos de chave AES e níveis de segurança
5. Modos de criptografia AES
6. Aplicações da criptografia AES
7. Vantagens e limitações do AES

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O que é AES?

O AES (Advanced Encryption Standard) é um algoritmo de criptografia simétrica que protege os dados convertendo texto simples em texto cifrado usando a mesma chave para criptografia e descriptografia. Ele opera em blocos de dados de tamanho fixo e é amplamente utilizado por sua velocidade, eficiência e forte segurança em comunicações digitais.

O AES foi desenvolvido para substituir o desatualizado Data Encryption Standard (DES) e o Triple DES (3DES), que se tornaram vulneráveis a ataques devido ao comprimento curto da chave. Após uma extensa seleção, o NIST escolheu o algoritmo Rijndael como base para o AES em 2001, estabelecendo-o como o novo padrão federal para proteção de dados.

Noções básicas de criptografia AES

O algoritmo AES criptografa os dados de entrada em blocos de tamanho fixo de 128 bits (16 bytes), independentemente do tamanho da chave. Essa abordagem de bloco significa que o AES processa suas informações em blocos consistentes, aplicando várias rodadas de transformação a cada bloco. A maioria das rodadas envolve substituição, deslocamento de linha, mistura de colunas e adição de chave de rodada; a rodada final omite a etapa de mistura de colunas.

O que diferencia o AES é sua flexibilidade de comprimento de chave. O AES suporta tamanhos de chave de 128, 192 e 256 bitscomumente chamados de AES-128, AES-192 e AES-256. Quanto maior a chave, mais rodadas de transformação são aplicadas: 10 rodadas para chaves de 128 bits, 12 para chaves de 192 bits e 14 para chaves de 256 bits.

A expansão de chaves é fundamental para a segurança do AES. Por meio do algoritmo de programação de chaves, o AES deriva várias chaves de rodada da sua chave de criptografia inicial, aumentando a complexidade do processo de criptografia e descriptografia.

Você encontra o AES diariamente ao usar ferramentas de comunicação seguras, acessar redes sem fio ou armazenar informações em dispositivos externos.

O AES equilibra eficiência computacional com segurança robusta, tornando-o a solução ideal para sistemas modernos de proteção de dados.

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História e desenvolvimento da AES

A história do Advanced Encryption Standard começa no final dos anos 90, quando surgiram vulnerabilidades no antigo Data Encryption Standard. Com o aumento exponencial da capacidade de computação, o comprimento limitado da chave de 56 bits do DES tornou-se suscetível a ataques de força bruta, o que levou a uma ação urgente.

Em 1997, o NIST lançou uma competição global para desenvolver um algoritmo de criptografia sucessor. Esse concurso aberto convidou criptógrafos de todo o mundo a enviar algoritmos candidatos que protegeriam dados confidenciais por décadas.

Os critérios de seleção foram rigorosos: os candidatos precisavam demonstrar segurança contra ataques criptográficos conhecidos e teóricos, ter um desempenho eficiente em várias implementações de hardware e software e permanecer suficientemente compactos para sistemas incorporados e ambientes com recursos limitados.

Cinco finalistas surgiram de um grupo inicial de 15 submissões após intensa análise de criptografia e testes de desempenho. O algoritmo Rijndael, criado pelos criptógrafos belgas Vincent Rijmen e Joan Daemen, acabou prevalecendo devido ao seu equilíbrio entre segurança, desempenho e flexibilidade.

O NIST padronizou oficialmente o Rijndael como AES em novembro de 2001 sob o FIPS PUB 197. Ao contrário de seu antecessor, que enfrentava crescentes preocupações com a segurança, o AES introduziu tamanhos de chave variáveis e uma estrutura matematicamente elegante, resistente a atalhos analíticos.

A transição do DES para o AES marcou uma mudança em direção ao desenvolvimento de padrões de segurança abertos e colaborativos. Desde a sua adoção, o AES resistiu ao intenso escrutínio da comunidade criptográfica e se tornou a espinha dorsal das comunicações seguras em todos os setores.

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Como funciona a criptografia AES?

O AES se baseia em uma sequência de operações matemáticas. Vamos decompor esse complexo processo de criptografia em etapas compreensíveis.

Antes de iniciar a criptografia, o AES executa a expansão da chave. Por meio do algoritmo de programação de chaves, sua chave de criptografia original cria uma série de chaves de rodada, uma para cada rodada, mais uma adicional.

Por exemplo, uma chave de 128 bits gera onze chaves de rodada de 128 bits, garantindo que cada rodada de criptografia use material de chave exclusivo. Esse processo de expansão de chave acrescenta uma complexidade significativa, tornando praticamente impossível para os invasores trabalharem de trás para frente a partir de dados criptografados.

A criptografia real ocorre em rodadas, com o número dependendo do tamanho da chave:

• Chave de 128 bits: 10 rodadas
• Chave de 192 bits: 12 rodadas
• Comprimento da chave de 256 bits: 14 rodadas

O processo começa com uma operação inicial de AddRoundKey, em que cada byte é submetido à XOR com a chave da primeira rodada. Em seguida, vêm as rodadas principais, cada uma realizando quatro transformações:

1. SubBytes: Cada byte é substituído por outro de acordo com uma tabela de pesquisa (S-box), semelhante à forma como uma cifra de substituição simples pode substituir cada letra por outra letra predeterminada.
2. ShiftRows: Os bytes em cada linha se deslocam ciclicamente para a esquerda; a primeira linha permanece no mesmo lugar, a segunda se desloca uma posição e assim por diante.
3. MixColumns: Cada coluna é submetida a uma transformação matemática que mistura seus quatro bytes.
4. AddRoundKey: O byte correspondente da chave dessa rodada é combinado com o estado atual.

Imagine que você envie a mensagem “TRANSFERIR 1000” por meio do AES. Depois de apenas uma rodada, ela pode se tornar um jargão irreconhecível como “F83#ZQ@*7BL !2K”.

A rodada final omite a etapa MixColumns, mas inclui as outras três transformações, produzindo os dados totalmente criptografados.

O processo de descriptografia inverte essas etapas, aplicando operações inversas na ordem oposta. Ao usar o AES-256, o texto cifrado resultante não tem nenhuma relação reconhecível com a mensagem original.

Pense em todo o processo como um cofre especializado com várias câmaras giratórias. Sua mensagem original passa por cada câmara (rodada), ficando cada vez mais embaralhada. Cada câmara requer uma chave específica (chave redonda) para funcionar.

Para recuperar a mensagem, você deve ter a mesma chave para desbloquear e reverter o efeito de cada câmara em ordem inversa precisa. Sem a chave completa, o cofre permanece impenetrável, mantendo seus dados confidenciais seguros.

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Tamanhos de chave AES e níveis de segurança

Ao implementar a criptografia AES, você pode escolher entre três opções de tamanho de chave, cada uma oferecendo diferentes níveis de segurança e características de desempenho.

O AES suporta tamanhos de chave de 128, 192 e 256 bits, criando três variantes distintas do algoritmo:

• O AES-128 processa os dados por meio de 10 rodadas de transformação. Com chaves de 128 bits, essa variante cria 2^128 (aproximadamente 340 undecilhões) combinações de chaves possíveis. Apesar de ser a implementação AES de “nível básico”, essa versão permanece altamente segura contra ataques convencionais de força bruta. As aplicações mais práticas incluem redes sem fio e proteção de comunicações cotidianas.
• O AES-192 aumenta a segurança usando 12 rodadas e uma chave de criptografia de 192 bits. Essa opção de nível intermediário oferece um número significativamente maior de combinações de chaves (2^192), tornando os ataques teóricos exponencialmente mais difíceis. Os órgãos governamentais e as organizações que lidam com registros financeiros valiosos geralmente escolhem essa variante por seu equilíbrio entre segurança e desempenho.
• O AES-256 oferece a mais alta segurança teórica, com 14 rodadas de transformação e um comprimento de chave de 256 bits. Com 2^256 combinações possíveis, essa variante atende aos requisitos de proteção de informações ultrassecretas quando usada com modos de criptografia aprovados. As organizações que gerenciam dados altamente confidenciais, como comunicações de inteligência, infraestrutura crítica ou propriedade intelectual valiosa, implementam o AES-256.

Variante AES	Comprimento da chave	Número de rodadas	Combinações teóricas	Nível de segurança	Aplicativos comuns
AES-128	128 bits	10	2^128	Forte	Segurança sem fio, aplicativos para consumidores
AES-192	192 bits	12	2^192	Muito forte	Instituições financeiras, governo
AES-256	256 bits	14	2^256	Máximo	Militar, infraestrutura de gerenciamento de chaves

Embora, teoricamente, chaves maiores ofereçam maior proteção, elas exigem mais recursos computacionais. As demandas extras de processamento tornam-se relevantes em sistemas incorporados com recursos limitados ou em aplicativos em que a alta taxa de transferência é fundamental.

Lembre-se: sua segurança depende não apenas do tamanho da chave, mas também de práticas adequadas de gerenciamento de chaves. Até mesmo o AES-256 se torna vulnerável se você armazenar a chave de criptografia de forma insegura ou usar senhas fracas para gerá-la.

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Modos de criptografia AES

Os modos de criptografia determinam como o AES lida com vários blocos e adiciona propriedades de segurança exclusivas para proteger dados confidenciais. Pense no modo como a estratégia que governa a forma como cada bloco se relaciona com os outros, transformando blocos individuais seguros em uma mensagem coesa e protegida.

ECB (Livro de códigos eletrônico)

No modo Electronic Codebook, cada bloco de dados de texto simples é criptografado de forma independente usando a mesma chave. Imagine traduzir um livro em que cada palavra é convertida individualmente sem contexto.

Embora simples, o ECB tem uma falha crítica: blocos de texto simples idênticos produzem blocos de texto cifrado idênticos. Essa preservação de padrão pode revelar informações sobre sua estrutura de dados, como na famosaimagem do “pinguim do ECB”. Você ainda pode ver o contorno do pinguim na versão criptografada.

CBC (Cipher Block Chaining)

O modo CBC vincula inteligentemente os blocos por meio da XOR (combinação de dois valores binários usando a operação XOR, que produz um somente quando os bits são diferentes) de cada bloco de texto simples com o bloco de texto cifrado anterior antes da criptografia.

O primeiro bloco inicia a cadeia com um “vetor de inicialização” (IV). Esse mecanismo de encadeamento garante que blocos de texto simples idênticos sejam criptografados de forma diferente, ocultando padrões nos dados criptografados.

O CBC oferece forte confidencialidade de dados para criptografia de arquivos e aplicativos de armazenamento seguro de dados. Ele foi amplamente usado no TLS 1.0-1.2, embora os protocolos mais recentes favoreçam modos autenticados como o GCM.

CTR (contador)

O modo contador faz com que o AES se comporte como uma cifra de fluxo, criptografando valores de contador em vez de blocos de texto simples. Os contadores criptografados são então combinados com os dados de texto simples por meio de operações XOR.

O CTR permite a criptografia/descriptografia paralela e elimina os requisitos de preenchimento. É ideal para criptografia e descriptografia de dados de streaming de alta taxa de transferência e aplicativos em tempo real, como criptografia de voz em comunicações seguras.

GCM (Modo Galois/Contador)

O GCM combina o modo CTR com a autenticação. Além de manter seus dados em segredo, ele verifica se ninguém adulterou sua mensagem criptografada.

O GCM protege os dados transmitidos em redes sem fio, redes privadas virtuais e conexões HTTPS . Sua capacidade de processar dados em paralelo e, ao mesmo tempo, fornecer verificações de autenticidade o torna perfeito para proteger redes sem fio e comunicações em nuvem.

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Aplicações da criptografia AES

A criptografia AES protege sua vida digital em vários aplicativos. Veja como esse algoritmo protege seus dados em situações cotidianas:

• Segurança Wi-Fi (WPA2/WPA3): Sua rede doméstica usa AES para evitar que hackers interceptem seu tráfego de Internet. Os roteadores Wi-Fi 7 de marcas como Asus e TP-Link usam WPA3, que incorpora a criptografia AES para conexões mais rápidas e seguras.
• Navegação segura na Web (HTTPS/SSL/TLS): Quando você verifica seu Gmail ou faz compras na Amazon, o AES criptografa sua conexão para proteger os dados transmitidos entre o navegador e o site. Atualmente, mais de 95% de todo o tráfego da Web é criptografado usando HTTPS, e o Chrome marca sites que não são HTTPS como “Não seguros”.
• Redes privadas virtuais: Alguns provedores de VPN agora combinam o AES-256 com métodos híbridos de troca de chaves resistentes ao quantum, preparando-se para o futuro das ameaças pós-quânticas.
• Criptografia de arquivos e discos: O BitLocker e o VeraCrypt protegem seus dispositivos de armazenamento externo e unidades de laptop. Os chips M4 da Apple apresentam aceleração de hardware AES, criptografando o armazenamento com perda mínima de desempenho.
• Transações financeiras: PayPal, Visa e seus aplicativos bancários usam o AES para proteger as transações. A rede SWIFT concluiu a atualização do AES-256 em 2024 para transferências internacionais.
• Comunicações governamentais: A NSA aprova o AES (usando modos específicos como GCM) para proteger informações confidenciais até o nível TOP SECRET.
• Armazenamento na nuvem: O Dropbox e o OneDrive usam AES para armazenamento seguro de dados, protegendo seus arquivos antes que eles cheguem à nuvem.
• Aplicativos de mensagens: O Signal e o WhatsApp empregam AES para garantir que somente os destinatários pretendidos possam ler suas conversas.

A adoção generalizada do AES é uma prova de sua eficácia em equilibrar proteção forte com desempenho prático.

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Vantagens e limitações do AES

Compreender os pontos fortes e fracos do AES ajuda você a implementá-lo de forma eficaz. Verifique as vantagens e limitações abaixo:

Vantagens

• Segurança robusta: O AES resistiu a décadas de análise criptográfica e permanece imune a ataques criptográficos práticos. Mesmo os supercomputadores mais potentes precisariam de bilhões de anos para forçar uma chave AES-256 implementada corretamente.
• Eficiência: Os processadores modernos incluem instruções AES dedicadas, o que torna a criptografia e a descriptografia extremamente rápidas. As instruções AES-NI da Intel aceleram significativamente a criptografia, tornando o AES altamente eficiente mesmo em sistemas com recursos limitados.
• Tamanhos de chave flexíveis: À medida que as necessidades de segurança das organizações evoluem, elas podem selecionar os comprimentos de chave apropriados sem alterar os algoritmos. Essa escalabilidade garante que o AES ofereça suporte a tamanhos de chave adequados para tudo, desde aplicativos leves de IoT até documentos confidenciais do governo.
• Ampla adoção: O AES é um padrão global adotado em todos os setores, desde saúde e finanças até governo e infraestrutura de nuvem.

Limitações

• Vulnerabilidades de implementação: Embora o algoritmo seja seguro, implementações ruins podem introduzir pontos fracos. Ataques de canal lateral direcionados a tempo, consumo de energia ou emissões eletromagnéticas conseguiram extrair chaves de sistemas mal projetados.
• Ameaças da computação quântica: Computadores quânticos teóricos poderiam reduzir a segurança do AES-128 por meio do algoritmo de Grover. Embora o AES-256 permaneça resistente ao quantum, as organizações que planejam décadas consideram alternativas pós-quânticas.
• Desafios do gerenciamento de chaves: A segurança do AES depende totalmente do gerenciamento adequado de chaves. Sem práticas sólidas de gerenciamento de chaves, até mesmo a criptografia mais robusta fica vulnerável a roubo, perda ou manuseio incorreto da chave secreta.

Ao reconhecer essas desvantagens, você pode tomar decisões informadas sobre a implementação do AES para obter a melhor proteção de dados para seus requisitos de segurança específicos.

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