Criptografia por Padrão: Como Desenhar uma Forma Protege seus Arquivos

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 abre a chave mestra aleatória separada que AES-256-GCM usa para conteúdo de arquivo e metadados.

O Que É a Criptografia por Padrão?

A maioria dos apps de cofre se esconde atrás de um PIN ou uma senha. Você digita quatro dígitos e suas fotos aparecem. Parece bastante seguro, não é?

O problema é este: um PIN de quatro dígitos tem exatamente 10.000 combinações possíveis. Um computador consegue tentar todas elas em menos de um segundo. Seis dígitos? Um milhão de combinações. Ainda trivialmente rápido para hardware moderno. Mesmo uma senha de oito caracteres, se usar apenas letras minúsculas, dá cerca de 200 bilhões de possibilidades. Isso parece muito até você descobrir que um laptop padrão consegue testar bilhões de hashes de senha por segundo.

A criptografia por padrão 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 acertou, ele abre, mesmo que os arquivos estejam protegidos principalmente por controle de acesso. O Vaultaire, por outro lado, passa o padrão desenhado ao PBKDF2 para derivar uma chave do cofre de 256 bits. Essa chave deve autenticar e descriptografar o índice do cofre antes de poder abrir a chave mestra aleatória usada nos arquivos. Um padrão não reconhecido é apresentado como um cofre vazio, mas a autenticação AES-GCM ainda distingue uma chave correta de uma incorreta.

Como Funciona, Passo a Passo

Aqui está o que acontece desde o momento em que seu dedo toca a tela até o momento em que seus arquivos se tornam ilegíveis para todos os outros.

Passo 1: Você Desenha Seu Padrão

Vaultaire apresenta uma grade 5×5 de pontos. Você desenha um caminho contínuo conectando pelo menos 6 pontos com pelo menos uma mudança 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 conhecida ou uma forma simples continua fácil de adivinhar 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 usado como entrada do PBKDF2 (Password-Based Key Derivation Function 2) com HMAC-SHA512, 600.000 iterações e um sal aleatório válido para 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 por uma pessoa.

O processo de derivação da chave é deliberadamente caro. O PBKDF2 executa 600.000 iterações de HMAC-SHA512 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 palpite substancialmente mais cara do que um simples hash.

Passo 3: Seus Arquivos São Criptografados

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 encapsula essa chave mestra; ela 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. Ele não apenas embaralha seus dados — também gera uma tag que detecta qualquer adulteração. Se um único bit do arquivo criptografado for modificado, a descriptografia falhará. Ninguém consegue adulterar seus arquivos sem que você saiba.

Passo 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 o CryptoKit pode executar operações AES-GCM. O Vaultaire também mantém informações de recuperação, incluindo o padrão e o envelope de recuperação criptografado por frase, dentro de um banco de dados criptografado com AES-GCM 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 Trás (Em Linguagem Simples)

Você não precisa de um diploma em ciência da computação para entender por que isso funciona. A segurança se resume a três números: quantos padrões são possíveis, quanto tempo leva cada tentativa e quantas tentativas um atacante consegue fazer.

Entropia: A Medida da Imprevisibilidade

Entropia é uma palavra elegante para “quão difícil é adivinhar isso.” Um lançamento de moeda tem 1 bit de entropia (dois resultados). Um PIN de quatro dígitos tem cerca de 13 bits de entropia (10.000 resultados). Um padrão bem escolhido em uma grade 5×5, conectando 8 ou mais pontos, pode superar 30 bits de entropia — mais de um bilhão de padrões possíveis.

A entropia do padrão estabelece o teto para um ataque de adivinhação. PBKDF2 não pode criar entropia que o gesto não contenha, mas pode tornar o teste de cada candidato muito mais caro.

Derivação de Chaves: Tornando as Tentativas Caras

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: a 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 medido maior por candidato aumenta esse tempo; hardware paralelo o reduz. O comprimento de saída de 256 bits não altera o tamanho do espaço de busca de padrões.

O sal de todo o dispositivo é armazenado no Keychain e não foi projetado para ser secreto. O Keychain e a Proteção de Dados do iOS podem dificultar a extração em um cenário de apreensão de dispositivo, mas a análise criptográfica deve assumir que um examinador que adquire os arquivos criptografados também pode adquirir o sal. O sal evita a pré-computação entre dispositivos; não é um substituto para um padrão forte.

AES-256: Um Padrão Público e Bem Estudado

AES-256 é uma cifra forte e padrão, publicada pelo NIST como FIPS 197. O “256” refere-se ao comprimento da chave em bits. Uma chave de 256 bits tem 2²⁵⁶ valores possíveis, demais para tentar por força bruta. Um atacante mira o padrão, por isso o Vaultaire o reforça com 600.000 iterações de PBKDF2.

A segurança de AES-256 não depende de manter o algoritmo em segredo. Mas o sistema completo não é protegido apenas pelo espaço de chaves do AES: o limite prático de adivinhação vem da entropia do padrão, do fator de trabalho do PBKDF2 e da proteção em torno do sal do dispositivo e do armazenamento criptografado. AES-256-GCM fornece criptografia autenticada forte assim que a chave mestra aleatória correta for desbloqueada.

O Que um Ataque Teria de Superar

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.

Ataques por Marcas de Dedo: Ler a Tela

Em uma grade 3×3, as marcas de gordura na tela podem reduzir significativamente os padrões possíveis. Em uma grade 5×5, as marcas revelam quais pontos foram tocados, mas não a ordem, direção nem as conexões entre eles. A explosão combinatória torna essa abordagem impraticável.

Espiada: Observar Você Desenhar

Padrões desenhados rapidamente em uma tela pequena de celular são extremamente difíceis de memorizar por observação, especialmente em uma grade 5×5. Pesquisas mostram que os observadores têm muito mais dificuldade em replicar padrões complexos do que em repetir um PIN ou uma senha ditos em voz alta.

Apreensão do Dispositivo: Tomar Seu Celular

Se alguém pegar seu celular, o conteúdo e os índices dos arquivos do Vaultaire permanecerão texto cifrado AES-GCM 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 cofre criptografado contém um hash truncado da chave do cofre e a descriptografia autenticada AES-GCM 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.

Escolhendo um Padrão Forte

A criptografia é tão forte quanto o padrão que você escolhe. Veja como maximizar sua segurança com esforço mínimo.

O Que Torna um Padrão Forte

• Use mais pontos. Conecte pelo menos 8 dos 25 pontos disponíveis. Cada ponto adicional multiplica o número de padrões possíveis.
• Cruze seu próprio caminho. Padrões que voltam sobre si mesmos, pulam pontos ou mudam de direção inesperadamente são muito mais difíceis de reproduzir de memória ou por observação.
• Evite formas óbvias. Letras (L, Z, S), formas geométricas simples (quadrados, triângulos) e linhas retas são as primeiras coisas que um atacante tentaria.
• Use toda a grade. Padrões que ficam em um canto ou ao longo de uma borda desperdiçam a entropia disponível. Espalhe o traço.

O Que Evitar

• Padrões de comprimento mínimo. Vaultaire requer pelo menos 6 pontos e uma mudança 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. Uma forma em L, um zigue-zague ou uma diagonal reta são o equivalente em padrões de “password123.”
• Sempre começar do mesmo canto. Pesquisas sobre padrões de bloqueio do Android mostram que a maioria das pessoas começa do ponto superior esquerdo. Os atacantes sabem disso.

O Ponto Ideal

Um padrão que conecta 8–12 pontos com várias mudanças de direção é mais difícil de adivinhar e continua fácil de lembrar pela memória muscular. Você não precisa memorizá-lo como uma senha — sua mão lembra o movimento, da mesma forma que lembra como assinar seu nome.

Por Que Você Pode Se Sentir Seguro

A criptografia por padrão do Vaultaire não é apenas um teclado de PIN mais bonito. O gesto é processado por uma função de derivação de chave real e deve desbloquear dados com criptografia autenticada. Sua força ainda depende do gesto que você escolher, então Vaultaire combina a grade maior com um alto fator de trabalho do PBKDF2 em vez de apresentar o comprimento de saída de 256 bits como 256 bits de entropia secreta escolhida por uma pessoa.

Seu padrão e chave do cofre local não são enviados para o Vaultaire. Com o backup ativado, que é a configuração padrão, uma chave de backup separada, derivada do padrão, criptografa os registros do CloudKit, e um manifesto de recuperação criptografado permite que a frase de recuperação restaure as chaves do cofre e do backup. O Vaultaire não tem uma chave de provedor que descriptografe esses registros, mas o dispositivo e as credenciais de recuperação continuam sendo partes críticas do design para a segurança.

Você desenha uma forma. Essa forma protege seus arquivos. A matemática faz o resto.