Cifra de Vernam: o que é e como funciona

A Cifra de Vernam combina cada parte do texto com uma parte de uma chave aleatória. Ela foi criada em 1917 por Gilbert Vernam, engenheiro da AT&T, para proteger mensagens de teleimpressora, as máquinas que enviavam texto por fios telegráficos. As mensagens eram gravadas em fitas de papel perfuradas, e uma segunda fita trazia a chave.

Quando a chave é aleatória, tem o mesmo tamanho do texto e é usada uma única vez, a cifra é chamada de one-time pad, ou cifra de uso único. A ideia de nunca repetir a chave é atribuída ao oficial americano Joseph Mauborgne, que trabalhou com o sistema de Vernam.

A operação é o XOR, ou "ou exclusivo", feita bit a bit. O XOR de dois bits é 1 quando eles são diferentes e 0 quando são iguais. Para cifrar, cada byte do texto é combinado por XOR com o byte da chave na mesma posição. Para decifrar, basta fazer o XOR do texto cifrado com a mesma chave, porque aplicar o XOR duas vezes com o mesmo valor devolve o valor original.

Em 1949, Claude Shannon provou que, se a chave for de fato aleatória, tão longa quanto o texto e usada uma única vez, a cifra tem sigilo perfeito: o texto cifrado não dá nenhuma informação sobre o texto original. Qualquer texto do mesmo tamanho é igualmente provável, e nem um computador infinitamente rápido consegue escolher o certo.

No playground, o texto é transformado em bytes com UTF-8, e o navegador gera uma chave aleatória com o mesmo número de bytes. O resultado e a chave aparecem em Base64.

No playground desta página, escolha Cifra de Vernam e digite "olá". O texto tem 4 bytes em UTF-8, então a chave também tem 4 bytes. A letra o é o byte 01101111. Se o byte da chave for 00111100, o XOR dá 01010011. A cada clique em "Encriptar", o navegador sorteia uma chave nova, e o resultado muda.

Clique em "Decifrar": o playground faz o XOR do resultado com a mesma chave e devolve "olá". Sem a chave, o resultado poderia ser a cifra de qualquer outro texto de 4 bytes.

O one-time pad foi usado por diplomatas e espiões ao longo do século XX, com blocos de papel que traziam páginas de números aleatórios. Cada página era usada uma vez e depois destruída. A linha direta entre Moscou e Washington, criada em 1963, usava fitas de chave de uso único, trocadas pelas embaixadas.

Reusar a chave é fatal. Durante a Segunda Guerra Mundial, os soviéticos produziram algumas páginas de chave em duplicidade. O projeto americano Venona aproveitou essa repetição e, por décadas, leu milhares de mensagens soviéticas, o que ajudou a identificar espiões, como Julius Rosenberg. Com duas mensagens cifradas com a mesma chave, o XOR entre elas elimina a chave e deixa só o XOR dos dois textos, que pode ser analisado.

Pontos fortes: bem usada, é impossível de quebrar, mesmo com computadores quânticos. A operação é simples e rápida.

Pontos fracos: a chave precisa ser do tamanho de cada mensagem, totalmente aleatória, entregue ao destinatário com segurança e destruída depois do uso. Se existe um canal seguro para entregar uma chave desse tamanho, quase sempre é mais fácil usá-lo para enviar a própria mensagem. A cifra também não detecta alterações: quem troca um bit do texto cifrado troca o mesmo bit do texto decifrado.

Use a Cifra de Vernam do playground para entender o XOR, o sigilo perfeito e por que a chave nunca pode ser reusada. Em casos muito específicos, governos ainda usam cifras de uso único.

Para o dia a dia, prefira criptografia moderna, como o AES-256-GCM: uma chave curta de 256 bits protege mensagens de qualquer tamanho e ainda detecta alterações.

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