O Departamento de Defesa dos EUA está em busca do que poderia ser considerado o “santo graal da criptografia de dados”, que vedaria uma brecha que permite que hackers acessem informações confidenciais enquanto estão sendo processadas.
Na criptografia moderna, um conjunto bem definido de cálculos, conhecido como algoritmo, embaralha os dados de modo que não sejam mais legíveis. Aqueles com permissão de acesso aos dados recebem uma sequência de números chamada chave, que é o código que permite que você desembaralhe os dados novamente.
Se alguém quisesse usar os dados criptografados para fazer algo útil, primeiro teria que descriptografá-los no chamado “texto simples”, o que os torna suscetíveis a espionagem novamente. Para ajudar a proteger essas informações agora descriptografadas, aqueles que trabalham com texto simples geralmente só conseguem computadores confiáveis em breve. Mas, como fica evidente nas manchetes regulares sobre violações de dados em grandes organizações, está se tornando difícil dizer quais dispositivos são seguros.
“Dadas todas as notícias sobre esses hacks, esses ataques de malware, não podemos confiar totalmente em todos os nossos sistemas de hardware ou software”, disse Tom Rondeau, gerente de programa da Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), ao Live Science.
É por isso que a DARPA está tentando promover avanços em algo chamado criptografia totalmente homomórfica (FHE). A técnica torna possível analisar dados de computação enquanto eles ainda estão na forma criptografada. Isso poderia permitir que investigadores de crimes financeiros vasculhem registros bancários confidenciais sem expor detalhes de clientes, por exemplo, ou permitir que pesquisadores de saúde analisem dados privados de saúde enquanto preservam a privacidade dos pacientes, disse Rondeau. A técnica também pode ajudar os militares a manter os dados do campo de batalha mais seguros e tornar mais fácil deixar os aliados trabalharem com dados confidenciais de inteligência.
A chave para a abordagem está em seu nome, que é derivado das palavras latinas “homos”, que significa “mesmo”, e “morphe”, que significa “forma”. Refere-se ao fato de que certas operações matemáticas podem mapear dados de um formulário para outro sem alterar a estrutura subjacente dos dados. Isso significa que as alterações feitas nos dados em um formulário serão preservadas quando os dados forem convertidos de volta para o outro. Esse princípio pode ser aplicado à criptografia, porque os computadores representam todos os dados, incluindo texto, como números.
Aqui está um exemplo altamente simplificado de como isso pode funcionar: Imagine um esquema de criptografia que embaralha os dados multiplicando-os por 3, portanto, se você criptografar o número 8, obterá 24. Se multiplicar seus dados criptografados por 2, obterá 48. Quando descriptografe-o novamente dividindo-o por 3 e você obterá 16, que é o mesmo resultado que obteria se multiplicasse os dados não criptografados por 2.
Neste exemplo, o método de criptografia é muito fácil de calcular a partir do resultado, portanto, não é seguro. Mas o FHE depende de algo muito mais complicado chamado criptografia de rede, que codifica dados como coordenadas em uma rede. As malhas podem ser vistas como grades de pontos regularmente espaçados, mas, ao contrário das grades 2D com as quais estamos acostumados, as redes FHE são multidimensionais.
Portanto, em vez de descrever a posição de cada ponto de dados com coordenadas X, Y simples, o número de eixos pode ser enorme, com cada pedaço único de dados sendo descrito por milhares de coordenadas. Os pontos de dados também podem ser posicionados entre os pontos, de modo que cada coordenada pode ter muitas casas decimais para denotar sua localização precisa. Isso torna a criptografia essencialmente impossível de quebrar, mesmo por computadores quânticos. Esse é um recurso promissor, disse Rondeau, porque os métodos de criptografia líderes de hoje não são à prova de quantum.
O grande problema é que o processamento desses dados é muito lento nos computadores atuais – cerca de um milhão de vezes mais lento do que o tempo de processamento de dados não criptografados. É por isso que a DARPA lançou um programa de pesquisa chamado Proteção de Dados em Ambientes Virtuais (DPRIVE), que Rondeau está gerenciando, para agilizar as coisas. O programa recentemente concedeu contratos a uma startup de criptografia Duality Technologies, a empresa de software Galois, a SRI International e uma divisão da Intel, chamada Intel Federal, para projetar novos processadores e software para aumentar a velocidade para apenas 10 vezes mais lenta do que o normal, que é 100.000 vezes mais rápido do que o processamento atual para criptografia totalmente homomórfica.
O FHE é tão lento devido à forma como os cálculos são realizados. Para complicar ainda mais, esses pontos de dados não permanecem estáticos. Os pesquisadores descobriram que você pode realizar operações matemáticas, como multiplicação ou adição, movendo os pontos de dados dentro da rede. Ao combinar muitas dessas operações, os pesquisadores podem realizar todos os tipos de cálculos sem descriptografar os dados. Quando você decodifica a resposta, há uma chance de que alguém possa espioná-la; mas essa resposta ainda não revelaria nada sobre os dados usados para computá-lo.
O problema geral com esse processo é que mover pontos de dados precisamente colocados em um espaço de alta dimensão é muito mais complicado do que fazer cálculos em dados binários simples – os típicos 1s e 0s dos computadores atuais.
“É essa explosão de dados”, disse Rondeau ao Live Science. “Agora, cada cálculo não está manipulando apenas um bit. Ele está manipulando todas essas informações, todas essas representações das dimensões.”
Existem duas abordagens principais que as empresas financiadas pela DARPA podem usar para simplificar as coisas, disse Rondeau. Uma tática é melhorar a capacidade do computador de lidar com números de alta precisão, mudando a maneira como os números são representados no código binário e alterando os circuitos dos chips para processá-los com mais eficiência. A outra é traduzir os dados em um espaço dimensional inferior, onde os cálculos são mais simples, o que também requer novas abordagens de hardware e software.
Cada uma das equipes envolvidas no programa está adotando uma abordagem ligeiramente diferente, mas Rondeau diz estar confiante de que serão capazes de atingir a meta de melhoria de 100.000 vezes nas velocidades de processamento.
“É essa explosão de dados”, disse Rondeau ao Live Science. “Agora, cada cálculo não está manipulando apenas um bit. Ele está manipulando todas essas informações, todas essas representações das dimensões.”
Existem duas abordagens principais que as empresas financiadas pela DARPA podem usar para simplificar as coisas, disse Rondeau. Uma tática é melhorar a capacidade do computador de lidar com números de alta precisão, mudando a maneira como os números são representados no código binário e alterando os circuitos dos chips para processá-los com mais eficiência. A outra é traduzir os dados em um espaço dimensional inferior, onde os cálculos são mais simples, o que também requer novas abordagens de hardware e software.
Cada uma das equipes envolvidas no programa está adotando uma abordagem ligeiramente diferente, mas Rondeau diz estar confiante de que serão capazes de atingir a meta de melhoria de 100.000 vezes nas velocidades de processamento.
Publicado em 27/03/2021 01h06
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