O post Criptografia 101: A chave para o desenvolvimento de Blockchain para iniciantes apareceu pela primeira vez em Coinpedia Fintech News
Introdução
Visão geral da criptografia
A criptografia é um escudo no nosso mundo digital, onde as ameaças são comuns. É a prática de proteger a comunicação para garantir que apenas pessoas autorizadas possam acessar as informações. A criptografia consistia em converter mensagens em texto ilegível e de volta em formato legível na outra extremidade.
A criptografia moderna está muito mais avançada hoje, combinando ciência da computação e matemática. Os algoritmos são projetados para resolver problemas complexos, tornando-os difíceis de decifrar. Embora esses algoritmos possam ser resolvidos teoricamente, eles são praticamente inquebráveis em um tempo razoável. Isto torna a criptografia crucial para manter os dados seguros, proteger a privacidade e confirmar identidades.
Criptografia na tecnologia Blockchain
Na tecnologia blockchain, a criptografia é fundamental. Blockchain depende de criptografia para manter a segurança. Sem ele, os avanços do blockchain não seriam possíveis. Veja como funciona:
Transações Seguras: A criptografia garante que as transações sejam seguras e protegidas.
Criptografia: As mensagens e as informações importantes sobre transações são codificadas exclusivamente e podem ser decodificadas apenas pelo destinatário pretendido.
Blocos de hash: Os blocos no blockchain são hash usando uma função de hash única, mas aleatória, que ajuda a verificá-los e protegê-los. A criptografia protege as transações entre os nós da rede, protegendo a privacidade dos usuários e a integridade dos dados. Em essência, a criptografia é a espinha dorsal da segurança do blockchain.
Contexto Histórico e Evolução
Uma breve história
A maioria de nós está familiarizada com o cenário clássico envolvendo Alice, Bob e Eva, onde Alice e Bob se comunicam e Eva tenta escutar. Este cenário destaca as raízes da criptografia tradicional, que inicialmente se concentrava em manter as mensagens confidenciais. A criptografia inicial consistia em criptografar mensagens para evitar espionagem e descriptografá-las após o recebimento. Nos tempos antigos, a criptografia dependia da linguística e dos padrões da linguagem. Hoje, baseia-se em vários ramos da ciência da computação, incluindo complexidade computacional, teoria da informação, teoria dos números e combinatória.
Impacto no Blockchain
Blockchains são sistemas descentralizados que dependem fortemente de segurança e privacidade. A criptografia é fundamental para a tecnologia blockchain. Os principais avanços criptográficos, como funções hash, criptografia de chave pública, assinaturas digitais e prova de trabalho, são adaptações essenciais dos métodos criptográficos. Esses avanços garantem a segurança e integridade dos sistemas blockchain.
Conceitos criptográficos essenciais para desenvolvedores
Criptografia e descriptografia
A criptografia é a conversão de texto simples em um formato ilegível chamado texto cifrado. A descriptografia é o processo inverso, onde o texto cifrado é convertido novamente em texto simples. Esses dois processos são fundamentais para a criptografia. Historicamente, esse mecanismo de vaivém foi amplamente utilizado por organizações militares e outras devido à sua confiabilidade.
Criptografia Simétrica vs. Assimétrica
Simétrico: Este método usa a mesma chave para criptografia e descriptografia. Conhecida como criptografia de chave secreta, ela é frequentemente implementada por meio de sistemas como o Data Encryption Standard (DES). Somente indivíduos com acesso à chave secreta podem descriptografar os dados. A criptografia simétrica é eficiente para criptografar grandes quantidades de dados e é comumente usada na segurança de sites. Ele transfere dados rapidamente e requer menos poder computacional.
Assimétrica: Também conhecida como criptografia de chave pública, esse método usa duas chaves diferentes – pública e privada. A chave pública é usada para compartilhar informações com outras pessoas, enquanto a chave privada é usada para descriptografar mensagens e verificar assinaturas digitais. Este método é mais lento e requer mais poder de processamento, mas é crucial para autenticação do servidor web e comunicação segura. Ao contrário das chaves simétricas, você pode derivar a chave pública da chave privada, mas não vice-versa. Os exemplos incluem criptografia de curva elíptica (ECC) e padrão de assinatura digital (DSS).
Funções hash criptográficas
As funções hash são uma técnica popular na ciência da computação que não usa chaves, mas ainda garante a integridade dos dados. O hash cria uma saída de tamanho fixo a partir dos dados de entrada, que geralmente é uma sequência de caracteres aparentemente aleatória. As funções hash são cruciais no blockchain para vincular blocos e garantir a segurança e integridade dos dados que eles contêm.
Principais propriedades das funções hash:
Determinismo: uma entrada exclusiva específica sempre possui o mesmo hash exclusivo.
Resistência a colisões: é assustador descobrir duas entradas diferentes do mesmo hash.
Efeito Avalanche: Qualquer mudança mínima na mensagem ou sequência de entrada pode alterar completamente a função Hash.
Funções específicas do Blockchain:
Funções hash comuns usadas em blockchain incluem SHA-256 e MD5. SHA-256, por exemplo, é usado no Bitcoin para garantir a segurança e integridade das transações. As funções hash são vitais em blockchains porque evitam modificações não autorizadas de dados, reduzem as necessidades de largura de banda e simplificam a verificação de dados.
Assinaturas Digitais e sua Importância
As assinaturas digitais fornecem prova de autenticidade e integridade das transações, garantindo que sejam legítimas e inalteradas. Para criar uma assinatura digital, o remetente usa sua chave privada e dados de transação para gerar uma assinatura exclusiva usando um algoritmo específico. O destinatário pode verificar esta assinatura com a chave pública do remetente para confirmar a sua autenticidade.
No blockchain, cada transação é assinada com a chave privada do remetente e verificada com a chave pública correspondente antes de ser adicionada ao blockchain.
Chaves públicas e privadas: a espinha dorsal da segurança Blockchain
Geração de pares de chaves
As chaves públicas e privadas são geradas usando algoritmos criptográficos, normalmente com métodos de criptografia assimétrica. Algoritmos populares incluem criptografia de curva elíptica (ECC), algoritmo de assinatura digital (DSA) e Rivest-Shamir-Adleman (RSA). O ECC é frequentemente preferido devido ao seu tamanho de chave menor. As chaves privadas devem ser mantidas secretas e seguras, enquanto as chaves públicas podem ser compartilhadas. Os Módulos de Segurança de Hardware (HSMs) ajudam a proteger as chaves privadas e os backups são essenciais para evitar perdas.
Papel nas transações
As chaves públicas e privadas são cruciais para proteger e verificar as transações. A chave privada é usada para criar uma assinatura, enquanto a chave pública é usada para verificá-la, garantindo que a transação seja autêntica e inalterada.
Gerenciamento de carteira
As chaves são armazenadas em carteiras blockchain, que podem ser baseadas em software ou hardware. As carteiras vêm em dois tipos:
Hot Wallets: São carteiras online conectadas à internet, como carteiras móveis ou web, que são convenientes para transações frequentes.
Cold Wallets são soluções de armazenamento offline, como carteiras de hardware ou de papel, que oferecem segurança aprimorada para ativos de longo prazo.
Use criptografia, senhas e senhas fortes para proteger sua carteira blockchain. Implemente práticas de múltiplas assinaturas que exigem múltiplas chaves privadas para autorizar transações e use autenticação de dois fatores (2FA) para maior segurança. Sempre faça backup de suas frases iniciais e chaves privadas em locais off-line e escolha carteiras confiáveis com recursos de segurança robustos. Nunca compartilhe sua chave privada; use senhas fortes para proteger sua carteira.
Algoritmos de consenso que aproveitam a criptografia
Prova de Trabalho (PoW):
A Prova de Trabalho, muitas vezes referida como mineração, é um sistema descentralizado no qual os membros da rede, ou mineradores, competem para resolver quebra-cabeças criptográficos. O primeiro minerador a resolver o quebra-cabeça adiciona o próximo bloco ao blockchain e recebe uma recompensa. Este processo usa hashing para proteger o blockchain. A dificuldade dos quebra-cabeças PoW garante que o blockchain permaneça seguro e controle a velocidade com que novos blocos são adicionados.
Prova de participação (PoS):
O Proof of Stake seleciona validadores para novos blocos com base no número de moedas que eles possuem e na sua aposta como garantia. No entanto, esta seleção não se baseia apenas no número de moedas, mas também em fatores como a idade das moedas e a aleatoriedade. Os validadores são escolhidos com base no valor de hash mais baixo e no valor de aposta mais alto. PoS é mais eficiente em termos energéticos do que PoW.
Outros mecanismos de consenso incluem Prova de Participação Delegada (DPoS), que usa delegados eleitos e reputação para validação de transações, e Tolerância Prática a Falhas Bizantinas (PBFT), usada para alcançar consenso em sistemas blockchain.
Aplicações práticas de criptografia no desenvolvimento de Blockchain
Protegendo Transações
A criptografia é vital para proteger transações através de vários métodos:
Assinaturas Digitais: Garantem autenticidade, integridade e não repúdio das transações.
Criptografia: Mantém a confidencialidade das transações.
Funções Hash: Verifique se os dados permanecem inalterados; qualquer alteração nos detalhes da transação interrompe a função hash.
Contratos Inteligentes
Os princípios criptográficos garantem que os contratos inteligentes sejam seguros e confiáveis:
Autorização: Gerenciada por meio de assinaturas digitais.
Integridade: Garantida por hashing, que evita adulterações.
Previsibilidade: A execução determinística garante um desempenho confiável do contrato.
Confidencialidade: Mantida através de criptografia, restringindo o acesso apenas a pessoas autorizadas.
Desenvolvendo DApps
A criptografia é essencial no desenvolvimento de aplicativos descentralizados (DApps) seguros:
Autenticação de usuário: usa criptografia de chave pública em vez de IDs de usuário tradicionais para login contínuo.
Segurança de dados: Garantida por técnicas de criptografia e hashing.
Segurança de transações: gerenciada por meio de assinaturas digitais.
Os exemplos incluem plataformas DeFi e DApps de gerenciamento da cadeia de suprimentos.
Ataques criptográficos comuns e estratégias de mitigação
Tipos de ataques
Ataque de força bruta: os invasores tentam todas as combinações possíveis para quebrar a criptografia. Senhas fracas ou curtas são particularmente vulneráveis.
Ataque Man-in-the-Middle (MitM): Um invasor intercepta a comunicação entre o remetente e o destinatário, potencialmente alterando dados e violando a segurança.
Ataque de repetição: transações fraudulentas usam dados válidos de transações anteriores para retransmitir ou repetir transações não autorizadas.
Técnicas de Mitigação
Use criptografia forte: use chaves longas e gire-as regularmente.
Armazenamento seguro de chaves: use módulos de segurança de hardware (HSMs) e restrinja o acesso.
Habilitar autenticação de dois fatores (2FA): adiciona uma camada extra de segurança.
Use certificados digitais: evita ataques man-in-the-middle.
Use chaves complexas: certifique-se de que as chaves sejam imprevisíveis e complexas.
Implemente criptografia ponta a ponta: protege os dados durante toda a sua jornada.
Usar carimbos de data/hora: evita ataques de repetição rastreando quando as transações ocorrem.
Tendências Futuras em Criptografia para Blockchain
Criptografia Pós-Quantum
À medida que os computadores quânticos avançam, eles ameaçam significativamente os algoritmos criptográficos atuais. A computação quântica usa qubits e mecânica avançada que pode quebrar métodos de criptografia como criptografia de curva elíptica (ECC) e RSA. Para enfrentar esta ameaça, os investigadores estão a desenvolver criptografia pós-quântica – novos algoritmos concebidos para serem seguros contra ataques quânticos. Exemplos desses algoritmos resistentes a quantum incluem criptografia polinomial baseada em rede, baseada em hash e multivariada.
Padrões criptográficos em evolução
Os padrões criptográficos estão em constante evolução para enfrentar novas ameaças à segurança. Os desenvolvedores devem se manter atualizados com os avanços mais recentes para garantir que suas medidas de segurança de blockchain permaneçam robustas. O aprendizado contínuo, a implementação de melhores práticas e o envolvimento com a comunidade criptográfica são essenciais para o desenvolvimento de soluções seguras.
Guia Prático de Implementação
Ferramentas e bibliotecas
Aqui estão algumas ferramentas e bibliotecas amplamente utilizadas para implementar criptografia:
OpenSSL: um kit de ferramentas de código aberto comumente usado para implementação de SSL/TLS.
Bouncy Castle: uma coleção de APIs que fornecem funções criptográficas leves e provedores de Java Cryptography Extension (JCE).
Libsodium: Uma biblioteca criptográfica popular conhecida por sua facilidade de uso e fortes recursos de segurança.
PyCryptodome: um pacote Python para operações criptográficas de baixo nível.
web3.js e ether.js: bibliotecas JavaScript são usadas para interagir com o blockchain Ethereum.
Exemplos de trechos de código:
Este trecho de código mostra:
Geração de par de chaves usando OpenSSL:
#Gerar uma chave privada
openssl genpkey -algoritmo RSA -out private_key.pem -pkeyopt rsa_keygen_bits:2048
# Extraia a chave pública
openssl rsa -pubout -in private_key.pem -out public_key.pem
Hash:
# Faça hash de um arquivo usando SHA-256
openssl dgst -sha256 arquivo.txt
Assinando uma transação:
da importação Crypto.Signature pkcs1_15
da importação Crypto.Hash SHA256
mensagem = b'transação Blockchain'
hash_obj = SHA256.new(mensagem)
assinatura = pkcs1_15.new(chave_privada).sign(hash_obj)
Conclusão
Para finalizar, a criptografia desempenha um papel vital no blockchain, fornecendo confiança, integridade e segurança aos aplicativos, tornando-os robustos e confiáveis. Os desenvolvedores precisam ter um forte domínio dos avanços recentes e de todas as tendências neste domínio para desenvolver aplicativos descentralizados seguros. Aproveite as melhores práticas e esteja atento a possíveis violações e códigos para garantir a segurança!
Perguntas frequentes
O que é criptografia em blockchain?
A criptografia no blockchain é a base do sistema de segurança, garantindo uma transmissão segura e privada.
Como funciona a criptografia no desenvolvimento de blockchain?
A criptografia é uma técnica na qual uma mensagem ou dados são convertidos em uma cifra que só pode ser descriptografada por pessoas autorizadas.
O que são assinaturas digitais e quais são seus casos de uso no blockchain?
A medida de autenticidade é uma assinatura digital usada para autenticação e integridade.
Qual é a diferença entre criptografia simétrica e assimétrica em blockchain?
Simétrico usa a mesma chave para criptografia e descrição, enquanto assimétrico usa chaves diferentes.
Como as chaves públicas e privadas são gerenciadas no desenvolvimento de blockchain?
As chaves públicas são distribuídas abertamente, enquanto as chaves privadas são mantidas em segredo.
Qual o papel da criptografia nos algoritmos de consenso blockchain?
Os princípios criptográficos são usados em mecanismos de consenso como Pow e PoS.
Como os desenvolvedores podem se proteger contra ataques criptográficos?
Os desenvolvedores podem usar criptografia forte e ter um gerenciamento de chaves eficiente.
Qual é a importância da criptografia pós-quântica para blockchain?
Isso prepara o blockchain para futuras ameaças potenciais.