Criptografia: de arma de guerra a pilar da sociedade moderna

A estratégia permitiu que vitórias impossíveis pudessem acontecer ao longo da história. São vários os casos de pequenos exércitos vencerem batalhas contra exércitos com contingente muito maior. Deste modo, a estratégia passou a ser decisiva nas guerras e vital para o militarismo.

Provavelmente, os primeiros combates entres seres humanos contaram apenas com força, e pouca inteligência. Entretanto, com a evolução da sociedade humana e, consequentemente, com as guerras o homem descobriu que muitas vezes a estratégia militar pode ser mais importante que a força bruta.

Possuir bons estrategistas, era a garantia de existência de tribos, cidades, principados e civilizações e, ao mesmo tempo, a garantia de expansão e conquistas. A estratégia está diretamente ligada a um importante componente: a informação. Além de saber ou poder prever com antecedência os passos do inimigo, a troca de informação é vital para coordenar exércitos. Em uma época em que a comunicação era limitada, esta não era uma tarefa simples, e muitas vezes requeria muita criatividade.

Em geral as informações entre generais era realizada por meio de mensageiros, que tinham boa probabilidade de serem capturados. Uma solução para evitar que o inimigo soubesse a estratégia contida na mensagem era impedir que o próprio mensageiro soubesse o seu conteúdo.

Essa era uma forma de garantir que nem sob tortura pudesse revelar o conteúdo da mensagem. Segundo relatos, na antiga Esparta, os generais bolaram uma forma criativa para contornar este problema: a cítala ou bastão de Licurgo. A técnica consistia de dois bastões com o mesmo diâmetro e uma tira de couro ou papiro.

Para ocultar a mensagem, a tira era enrolada na forma de espiral no bastão e a mensagem escrita longitudinalmente. Para ler a mensagem, bastaria enrolar a tira no bastão de mesmo diâmetro. Este foi um dos primeiros sistemas de criptografia.

A criptografia (palavra derivada do grego kryptos, escondido e graphein – escrita) é o estudo de técnicas para ocultar informação. Embora o exemplo ilustrado aqui seja de Esparta, a criptografia se desenvolveu independentemente em diversas civilizações. O relato mais antigo de que se tem conhecimento é do Egito, há cerca de 4.000 anos. e posteriormente na Mesopotâmia, Grécia e Roma.

Desde então ela tem sido decisiva nas batalhas e guerras ao longo da história e, deste modo, definindo a sorte de reinos e até mesmo civilizações. Além do uso militar, a criptografia foi utilizada para a comunicação entre governantes, em sociedades secretas e até mesmo religiosas. A criptografia antiga geralmente consistia na substituição de alfabetos e/ou palavras.

Esses métodos simples de criptografia foram utilizados com sucesso durante séculos. Posteriormente, com a descoberta da estatística no mundo árabe, surge a cripto-análise, o estudo de técnicas para decodificar mensagens criptografadas. Basicamente, a cripto-análise consiste na análise de frequência em que os símbolos ou combinações de símbolos aparecem em um texto cifrado.

A primeira vítima famosa da cripto-análise foi a rainha Maria Stuart, da Escócia. Suas mensagens foram decifradas utilizando essa técnica e serviram como provas de sua conspiração contra a coroa inglesa. Por consequência, Stuart foi decapitada no século XIV.

O surgimento da cripto-análise inaugurou uma nova era da criptografia. A disputa entre as técnicas de cifragem e decodificação promoveu o desenvolvimento de técnicas mais sofisticadas em ambas as linhas. Muitos matemáticos e cientistas ilustres se envolveram tanto na criptografia quanto na criptoanálise.

Charles Babbage (1791-1871), criador do precursor do computador, tinha, além do interesse por criar máquinas para cálculo numérico, fascínio pela cripto-análise. Ele foi responsável por quebrar a cifra de Vigenère (1523-1596), reconhecida como invencível em sua época. A criptografia e a cripto-análise são dois lados de uma batalha, que é travada ao longo dos séculos. Por um lado, são idealizados métodos de criptografia cada vez mais fortes e, por outro, cripto-analistas se esforçam para quebrá-los.

A necessidade do sigilo na comunicação e consequentemente do uso da criptografia, atinge seu ápice no começo do século XX. Com o advento do rádio e com surgimento das telecomunicações, a criptografia passa a ter um papel fundamental. Uma vez que não há fronteiras ou controle das ondas de rádio, torna-se crucial o desenvolvimento de técnicas que garantam que as mensagens interceptadas não possam ser lidas.

Com a Segunda Guerra Mundial consolidou-se a importância da informação e da criptografia. O volume de troca de mensagens e a necessidade da criptografia fez com que surgissem as primeiras máquinas de codificação. O exército alemão dispunha de uma máquina, conhecida como Enigma, cujo número de combinações gerada era da ordem de 15×10^18, o que a tornava praticamente impossível de ser quebrada.

As cifras da Enigma foram quebradas por outra máquina, a Enigma Bomb, desenvolvida por Alan Turing (o ator Benedict de Cumberbacht, no filme “O jogo da imitação”, de 2014, concorreu ao Oscar de melhor ator interpretando Turing). Neste momento da história, a criptografia se torna responsável pelo advento dos computadores. Com a quebra da Enigma os aliados ganham vantagem estratégica e vencem a Segunda Guerra.

E desse modo, Alan Turing se torna responsável por duas grandes contribuições para a história: a vitória dos aliados na Segunda Grande Guerra e a invenção do computador. Curiosamente, muitos anos após a Segunda Guerra, a criptografia, ainda era considerada arma de guerra e, portanto, item de segurança nacional.

De fato, muitos detalhes sobre a criptografia e cripto-análise utilizados durante essa guerra, bem como os principais atores que participaram desses trabalhos foram omitidos, com a desculpa de serem segredos de estado durante décadas.

Após a Segunda Guerra e com o advento dos computadores, a criptografia passa a exercer um novo e importante papel na sociedade moderna: garantir a segurança das informações. Todas as vezes que um computador é acessado e uma senha utilizada, ou quando um pagamento é feito pela internet, ou então uma conta bancária é acessada ou mesmo quando uma mensagem é postada no Facebook, a criptografia está sendo utilizada.

Assim como nas mensagens de rádio da Segunda Guerra, as mensagens que transitam pela internet são facilmente interceptadas. A solução é criptografá-las de modo que quem as interceptar e não tiver a senha de acesso, verá apenas a uma sequências de caracteres initeligíveis à disposição. Desta forma, a criptografia é uma das ferramentas mais importantes para garantir a economia da sociedade moderna.

Basta imaginar que se a balança criptografia e cripto-análise pender para o lado da cripto-análise, não haveria mais algoritmos seguros. Todo o mercado financeiro iria sucumbir, já que não poderiam mais ser feitas transações pela rede. O que implicaria na falência do mundo como conhecemos hoje. Banalidades como as postagens do Facebook e compras pela internet deixariam de existir, da mesma forma como a bolsa de valores, transações bancárias e o mercado financeiro.

Garantir computadores seguros é vital para a existência da sociedade contemporânea. E por esta razão a pesquisa em criptografia é muito importante. A Computação e Matemática são as duas principais áreas do conhecimento por trás dos avanços da criptografia.

Dia após dia, os avanços científico e tecnológico promovem o surgimento de novos métodos tanto em criptografia quanto em cripto-análise. Enquanto os algoritmos tradicionais são quebrados ou ficam mais fracos frente ao aumento do poder computacional, surge a necessidade de criar novos métodos criptográficos, visando a garantir a segurança tanto dos computadores, quanto da comunicação eletrônica.

Embora muitos avanços tenham sido realizados na criptografia desde a Segunda Guerra, alguns desafios importantes na ciência básica podem definir o futuro da criptografia e guiar seus próximos algoritmos. Entre eles estão o problema P versus NP, a hipótese de Riemann (1826-1866) e os testes de aleatoriedade.

Embora, esses problemas sejam grandes desafios da matemática, que perduram há muitos anos sem solução, as descobertas relacionadas a eles poderiam direcionar o rumo dos futuros métodos da criptografia e proporcionar computadores mais seguros.

Além da pesquisa clássica em criptografia, nas últimas décadas surgiram novas alternativas para a área. As duas principais vertentes são a criptografia baseada na teoria do caos e a criptografia quântica. A teoria do caos é relativamente recente, pelo menos em termos matemáticos. Ela tem origem com os trabalhos de Poincaré (1854-1912) no final do século XIX e foi introduzida da forma atual na década de 60, notoriamente, pelos trabalhos de Lorenz (1903-1989). A teoria do caos, traz a ciência não-linear para a criptografia e a expectativa é que permita o desenvolvimento de métodos mais robustos e poderosos.

Já a criptografia quântica, se baseia em descobertas recentes da Física quântica e possui duas vertentes: computação quântica e átomos gêmeos. A computação quântica é uma promessa de novas máquinas que poderão realizar cálculos mais rápidos que os sistemas atuais.

Já o segundo item promete revolucionar os sistemas de comunicação no futuro. Os átomos gêmeos, ou emaranhamento quântico, são um fenômeno físico, onde um grupo de partículas são criadas ou interagem de forma que seus estados quânticos não podem ser descritos independentemente. Nesse caso, propriedades físicas como spin, momento, posição e polarização são correlacionadas, mesmo a grandes distâncias.

Desse modo, poderiam ser criados dispositivos que se comunicam sem a necessidade de antenas ou fios. Além disso, a grande vantagem é que as mensagens enviadas não poderiam ser interceptadas. Todavia, esse tipo de tecnologia ainda não viabiliza a criação de redes como no caso da internet.

Prover computadores e comunicações seguros, garantindo assim, desde tarefas banais como postagem no Facebook a transações na bolsa de valores, promove uma incansável busca por sistemas criptográficos invencíveis.

Na próxima vez que estiver navegando na internet em um site seguro, lembre-se de que aquele cadeado é fruto da criptografia, uma técnica milenar, que foi inicialmente criada como arma de guerra, mas que, nos dias de hoje, une Computação, Matemática e Física e está envolvida com questões tão básicas como a hipótese de Riemann ou emaranhamento quântico, para garantir a segurança no mundo virtual.

(*) Odemir M. Bruno é professor associado da USP São Carlos e membro do Grupo de Computação Interdisciplinar