Encriptação por padrão: Como uma forma desenhada protege os seus ficheiros

Vaultaire serializa uma forma desenhada em uma grade 5×5 e a processa com PBKDF2-HMAC-SHA512, 600.000 iterações e um sal para todo o dispositivo armazenado no iOS Keychain. O resultado de 256 bits é uma chave do cofre: ela criptografa o índice do cofre e desembrulha a chave mestra aleatória separada que AES-256-GCM usa para conteúdo de arquivo e metadados.

O que é a encriptação por padrão?

A maioria das aplicações de cofre esconde-se por trás de um PIN ou palavra-passe. Introduz quatro dígitos e as fotos aparecem. Parece seguro, certo?

O problema é este: um PIN de quatro dígitos tem exactamente 10 000 combinações possíveis. Um computador consegue tentar todas em menos de um segundo. Seis dígitos? Um milhão de combinações. Ainda trivialmente rápido para hardware moderno. Mesmo uma palavra-passe de oito caracteres, se usar apenas letras minúsculas, oferece cerca de 200 mil milhões de possibilidades. Parece muito, até perceber que um portátil normal consegue testar milhares de milhões de hashes de palavras-passe por segundo.

A criptografia de padrões adota uma abordagem fundamentalmente diferente. Em vez de digitar caracteres em uma caixa, você desenha uma forma geométrica em uma grade de pontos. O caminho específico que você traça – quais pontos você toca, em que ordem, com qual geometria – torna-se a entrada para uma função de derivação de chave baseada em senha. O resultado não é apenas verificado pela interface: ele deve desbloquear um índice criptografado autenticado e a chave mestra aleatória dentro dele.

A distinção é importante. Quando você insere um PIN em alguns aplicativos, o aplicativo apenas verifica se você digitou o número correto. Se você fez isso, ele será aberto, mesmo que os arquivos possam estar protegidos principalmente por controle de acesso. Em vez disso, Vaultaire alimenta o padrão desenhado em PBKDF2 para derivar uma chave do vault de 256 bits. Essa chave deve autenticar e descriptografar o índice do vault antes de poder desembrulhar a chave mestra aleatória usada nos arquivos. Um padrão não reconhecido é apresentado como um cofre vazio, mas o AES-GCM a autenticação ainda distingue uma chave correta de uma incorreta.

Como funciona passo a passo

Eis o que acontece desde o momento em que o seu dedo toca no ecrã até os seus ficheiros ficarem ilegíveis para toda a gente.

Passo 1: Desenha o padrão

Vaultaire apresenta uma grade 5×5 de pontos. Você desenha um caminho contínuo conectando pelo menos 6 pontos com pelo menos duas mudanças de direção. O aplicativo registra exatamente quais pontos você visitou e em que ordem. Esta sequência é o seu padrão.

Ao contrário das grades 3×3 comumente usadas para telas de bloqueio do Android, o Vaultaire usa uma grade 5×5. Esta não é uma escolha cosmética. Vinte e cinco posições permitem muito mais caminhos, cruzamentos, saltos e mudanças de direção do que nove posições. O espaço teórico maior ajuda, mas a segurança real ainda depende da imprevisibilidade do caminho escolhido. Uma letra familiar ou uma forma simples permanece adivinhada mesmo quando a grade pode expressar bilhões de alternativas.

Passo 2: O padrão deriva uma chave do cofre

Seu padrão desenhado é serializado com o tamanho da grade e inserido PBKDF2 (Função 2 de derivação de chave baseada em senha) com HMAC-SHA512, 600.000 iterações e um sal aleatório em todo o dispositivo. O sal é um valor não secreto armazenado no iOS Keychain como um item WhenUnlockedThisDeviceOnly. Isso torna a derivação local vinculada ao dispositivo; não é exclusivo de cada cofre e não adiciona entropia a um padrão escolhido pelo homem.

O processo de derivação da chave é deliberadamente caro. PBKDF2 corre 600.000 HMAC-SHA512 iterações para cada padrão candidato, aumentando o custo de um ataque de adivinhação. Isso não transforma um padrão de baixa entropia em 256 bits de segurança, e o tempo de ataque depende do hardware do invasor. Seu objetivo é mais restrito e mensurável: tornar cada suposição substancialmente mais cara do que um simples hash.

Passo 3: Os seus ficheiros são encriptados

Quando o cofre é criado pela primeira vez, o Vaultaire gera uma chave mestra aleatória de 256 bits. A chave do cofre derivada do padrão criptografa o índice e agrupa essa chave mestra; ele não criptografa todos os arquivos diretamente. A chave mestra é usada com AES-256-GCM para cabeçalhos de arquivos, conteúdo, miniaturas e metadados relacionados. Novos nonces garantem que o texto simples repetido não produza texto cifrado repetido sob a mesma chave.

O modo GCM adiciona uma camada importante: autenticação. Não só mistura os seus dados, como também gera uma etiqueta que detecta qualquer manipulação. Se um único bit de um ficheiro encriptado for modificado, a desencriptação falha. Ninguém consegue alterar os seus ficheiros sem que saiba.

Etapa 4: o estado da chave ativa é apagado

Quando o Vaultaire é bloqueado, ele limpa o cofre ativo e o estado da chave mestra e requer outra cerimônia de desbloqueio antes de mostrar os arquivos novamente. Enquanto o cofre está aberto, esses bytes de chave simétricos existem necessariamente no processo do aplicativo, portanto CryptoKit pode executar AES-GCM operações. O Vaultaire também mantém informações de recuperação, incluindo o padrão e o envelope de recuperação criptografado por frase, dentro de um AES-GCM banco de dados criptografado armazenado no iOS Keychain. Isso é materialmente diferente de afirmar que o padrão e cada cópia da chave não são armazenados em lugar nenhum.

A matemática por detrás (em linguagem simples)

Não precisa de um curso de informática para perceber porque funciona. A segurança assenta em três números: quantos padrões são possíveis, quanto tempo demora cada tentativa e quantas tentativas um atacante consegue fazer.

Entropia: a medida da imprevisibilidade

Entropia é outra palavra para “quão difícil é adivinhar.” Lançar uma moeda tem 1 bit de entropia. Um PIN de quatro dígitos tem cerca de 13 bits de entropia. Um padrão bem escolhido numa grelha 5×5 que liga 8 ou mais pontos pode superar 30 bits de entropia, ou seja, mais de mil milhões de padrões possíveis.

Derivação de chave: tentativas dispendiosas

PBKDF2 pega o padrão serializado e executa 600.000 rodadas de HMAC-SHA512. As estimativas de ataque devem usar um custo medido no hardware que faz a adivinhação: exatamente 1 ms por candidato completo, 1.000.000.000 de candidatos levariam 1.000.000 s, ou cerca de 11,6 dias, em 1 trabalhador. Um custo candidato medido mais lento aumenta esse tempo; hardware paralelo reduz isso. O comprimento de saída de 256 bits não altera o tamanho do espaço de busca de padrões.

AES-256: o padrão em que os governos confiam

O AES-256 é o padrão de encriptação usado pelo governo dos EUA para informação classificada. Uma chave de 256 bits tem 2²⁵⁶ valores possíveis, um número tão grande que mesmo que cada átomo do universo observável fosse um computador e cada computador testasse um bilião de chaves por segundo, a quebra não ocorreria antes da morte térmica do universo. A segurança do AES-256 não depende do segredo. O algoritmo é público. A segurança depende exclusivamente da chave.

Porque ninguém o consegue quebrar

Vamos considerar as principais maneiras pelas quais alguém pode tentar acessar seus arquivos criptografados, o que o Vaultaire faz para aumentar o custo e onde permanecem os limites.

Força bruta: tentar cada padrão

PBKDF2 faz com que cada candidato a padrão pague 600.000 HMAC-SHA512 iterações. Essa é uma defesa significativa, mas não uma promessa de um número fixo de anos: o resultado depende da escolha do padrão, da velocidade de derivação medida, do paralelismo e se o examinador recuperou o sal do dispositivo. Caminhos mais longos e menos previsíveis são importantes porque PBKDF2 aumenta o custo de adivinhação em vez de criar nova entropia.

Ataque por marcas: ler o seu ecrã

Numa grelha 3×3, as marcas no ecrã podem reduzir significativamente os padrões possíveis. Numa grelha 5×5, o padrão de marcas revela quais os pontos tocados, mas não a ordem, a direcção nem as ligações entre eles. A explosão combinatória torna esta abordagem impraticável.

Apreensão do dispositivo: levar o seu telemóvel

Se alguém pegar seu telefone, o conteúdo e os índices dos arquivos do Vaultaire permanecerão AES-GCM texto cifrado até que as chaves necessárias estejam disponíveis. O aplicativo não armazena um registro convencional de verificação de senha, mas isso não remove a verificação offline. O nome do arquivo de cada índice do vault criptografado contém um hash truncado da chave do vault e AES-GCM a descriptografia autenticada também é bem-sucedida ou falha para uma chave candidata. A proteção dos dispositivos e a força dos padrões continuam, portanto, a fazer parte do modelo de ameaça.

Escolher um padrão forte

A encriptação é apenas tão forte quanto o seu padrão. Aqui fica como maximizar a segurança com o mínimo de esforço.

O que torna um padrão forte

• Use mais pontos. Ligue pelo menos 8 dos 25 pontos disponíveis. Cada ponto adicional multiplica o número de padrões possíveis.
• Cruze o seu próprio caminho. Padrões que voltam atrás, saltam pontos ou mudam de direcção inesperadamente são muito mais difíceis de reproduzir de memória ou por observação.
• Evite formas óbvias. Letras, formas geométricas simples e linhas rectas são as primeiras coisas que um atacante tentaria.
• Use toda a grelha. Padrões confinados a um canto desperdiçam a entropia disponível. Espalhe-se.

O que evitar

• Padrões de comprimento mínimo. Vaultaire requer pelo menos 6 pontos e duas mudanças de direção, mas atingir o mínimo não torna o caminho imprevisível. Use mais da grade quando puder lembrar o resultado com segurança.
• Formas geométricas simples. Um L, uma linha em zigue-zague ou uma diagonal directa são o equivalente em padrões da palavra-passe “password123”.
• Começar sempre no mesmo canto. A investigação sobre padrões Android mostra que a maioria das pessoas começa no ponto superior esquerdo. Os atacantes sabem isso.