Realizando Migração de Criptografia Pós-Quântica

Quando Usar

• Ao avaliar a prontidão organizacional para a transição de criptografia pós-quântica do NIST
• Ao construir um inventário criptográfico para identificar algoritmos vulneráveis a ataques quânticos em toda a infraestrutura
• Ao avaliar configurações híbridas de TLS 1.3 usando troca de chaves X25519MLKEM768
• Ao testar o suporte aos algoritmos CRYSTALS-Kyber (ML-KEM) e CRYSTALS-Dilithium (ML-DSA)
• Ao implementar cripto-agilidade para suportar algoritmos clássicos e pós-quânticos
• Ao preparar roteiros de migração alinhados com os cronogramas de depreciação do NIST IR 8547
• Ao configurar oqs-provider com OpenSSL 3.x para suporte a algoritmos pós-quânticos

Pré-requisitos

• Python 3.8+ com bibliotecas cryptography, requests, pyOpenSSL
• OpenSSL 3.0+ (3.5+ recomendado para suporte nativo a ML-KEM/ML-DSA)
• oqs-provider para OpenSSL (para testes TLS híbridos com OpenSSL mais antigo)
• Acesso à rede para servidores de destino para avaliação de TLS
• Acesso administrativo para varredura de infraestrutura
• Familiaridade com PKI, TLS e protocolos criptográficos

Conceitos Principais

Padrões de Criptografia Pós-Quântica do NIST

O NIST publicou três padrões PQC finalizados em 13 de agosto de 2024:

ML-KEM (FIPS 203) -- Padrão principal para troca de chaves e criptografia. Substitui RSA e ECDH para estabelecimento de chaves. Três níveis de segurança: ML-KEM-512, ML-KEM-768, ML-KEM-1024.

ML-DSA (FIPS 204) -- Padrão principal para assinaturas digitais. Substitui RSA e ECDSA para assinatura. Três níveis de segurança: ML-DSA-44, ML-DSA-65, ML-DSA-87.

SLH-DSA (FIPS 205) -- Padrão de assinatura de backup usando abordagem baseada em hash. Destinado como fallback caso ML-DSA baseado em rede seja considerado vulnerável. Assinaturas maiores, mas com suposições de segurança conservadoras.

Algoritmos Vulneráveis a Ataques Quânticos

Estes algoritmos clássicos são vulneráveis a ataques quânticos via algoritmo de Shor:

Cronograma de Migração do NIST (IR 8547)

• 2024: Padrões publicados, o planejamento da migração deve começar
• 2030: Depreciação de algoritmos vulneráveis a ataques quânticos para a maioria dos sistemas federais
• 2035: Remoção completa de algoritmos vulneráveis a ataques quânticos dos padrões do NIST
• Agora: Ataques de "colher agora, descriptografar depois" tornam a migração antecipada essencial para segredos de longa duração e dados que exigem confidencialidade de longo prazo

Troca de Chaves TLS Híbrida

Durante o período de transição, a troca de chaves híbrida combina um algoritmo clássico com um algoritmo pós-quântico. Se um dos algoritmos for seguro, a conexão permanece protegida.

Hybrid Key Exchange: X25519MLKEM768
  = X25519 (classical ECDH) + ML-KEM-768 (post-quantum)

Client Hello:
  supported_groups: X25519MLKEM768, X25519, secp256r1
  key_share: X25519MLKEM768

Server Hello:
  selected_group: X25519MLKEM768
  key_share: X25519MLKEM768

Shared Secret = KDF(X25519_shared || MLKEM768_shared)

Instruções

Fase 1: Varredura de Inventário Criptográfico

O primeiro passo na migração PQC é descobrir todo o uso de algoritmos criptográficos em toda a empresa. Isso inclui configurações TLS, certificados, bibliotecas de código, repositórios de chaves e configurações de protocolo.

# Scan TLS endpoints for quantum-vulnerable algorithms
python scripts/agent.py --action scan_tls \
    --targets targets.txt \
    --output tls_inventory.json

O scanner identifica:

• Versões do protocolo TLS em uso
• Algoritmos de troca de chaves (RSA, ECDH, DH -- todos vulneráveis a ataques quânticos)

…