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Canais Laterais — Quando o algoritmo é seguro, mas o mundo físico não colabora

Você estudou alguns algorítmos até aqui, certo? RSA, AES, ECC, ...

Agora vem a parte que eu te mostro como algum desocupado pode quebrar seu sistema, isso tudo porque temos um pequeno grande problema:

“Você pode ter o algoritmo perfeito. Mas se ele rodar no mundo real, ele vaza.”

Essa é a ideia por trás dos ataques por canais laterais, ou side chanel.

1. O que são canais laterais?​

Em um mundo ideal, algoritmos criptográficos operam como abstrações puras. Mas no mundo real, eles são executados em chips, circuitos, cabos, memória e processadores.

E esses dispositivos:

  • Consomem energia

  • Geram calor

  • Vibram em frequência

  • Vazam tempo de execução

  • Alguns emitem até radiação

E tudo isso pode conter pistas sobre os dados que estão sendo processados — inclusive segredos como chaves privadas.

Essa é a base do ataque de canal lateral. Não atacar o algoritmo. Mas observar o que o hardware revela sem querer. - Imagine o doido que pensou em fazer isso primeiro?

Timing Attacks — O tempo como informante

Suponha que uma função criptográfica leve mais tempo para processar certos dados.

Por exemplo: Se a verificação de uma chave privada depende da posição de certos bits e isso muda o tempo de execução, o atacante pode medir esse tempo e inferir a chave.

Foi exatamente isso que Paul Kocher demonstrou em 1996 contra implementações de RSA. Inclusive quem quiser ler o artigo dele: https://paulkocher.com/doc/TimingAttacks.pdf

Power Analysis — Energia como canal de vazamento

Todo circuito consome energia para operar. Mas não é um consumo plano. Operações diferentes consomem quantidades diferentes de energia.

Ataques como o Differential Power Analysis (DPA) usam isso para quebrar criptografias

O atacante mede o consumo de energia durante várias execuções do algoritmo com entradas diferentes.

Usa técnicas estatísticas para correlacionar consumo e bits secretos.

Simplesmente observando o padrão de consumo, é possível inferir partes da chave.

Essa técnica é usada com sucesso contra smartcards, carteiras criptográficas, tokens de autenticação — e qualquer dispositivo onde o atacante tenha controle físico próximo.

Emissão Eletromagnética — Escuta sem contato

Se energia vaza por fio, sinais também podem vazar pelo ar. Isso dá origem aos ataques por análise eletromagnética (EMA).

Aqui, o invasor usa sondas ou antenas para captar radiações emitidas pelos componentes enquanto processam dados criptográficos.

Em ambientes como agências governamentais ou centros militares, a mitigação é feita com:

  • Blindagem física

  • Separação eletromagnética

  • Design TEMPEST

Isso porque até as emissões invisíveis podem trair os dados.

Cache Attacks — Espionagem entre processos

Agora vamos para os ataques de canal lateral sem acesso físico.

Em ambientes como computação em nuvem, múltiplos usuários compartilham o mesmo processador. E com isso, também compartilham cache.

Se o tempo de acesso ao cache for afetado por operações de outros processos, então o invasor pode observar padrões de acesso e inferir:

  • Dados sensíveis

  • Execução de código privilegiado

  • Até mesmo conteúdo de memória de outros processos

Esse é o princípio por trás de Spectre, Meltdown e derivados. Essas vulnerabilidades mostraram que mesmo sem acesso root, é possível espionar o kernel — explorando apenas o comportamento físico do cache.

Fault Injection — Ataque ativo com precisão cirúrgica

Nem todo ataque lateral é passivo.

Com fault injection, o atacante provoca falhas deliberadamente:

Reduz a voltagem

Aumenta a temperatura

Aplica radiação (laser, glitch de clock)

Interfere no processo de assinatura ou decriptação

O objetivo? Forçar o sistema a cometer um erro, como gerar uma assinatura incorreta.

Se isso acontece, o atacante pode aplicar técnicas matemáticas (como fatoração com assinaturas inválidas) e extrair a chave secreta.

Foi esse tipo de ataque que desmontou vários hardwares criptográficos — mesmo quando os algoritmos eram teoricamente seguros.

Tipo de AtaqueDescriçãoVulnerável aContramedidas
Timing AttackMedição do tempo de execução de operações para inferir dados secretos.Branches condicionais baseados em chaves ou dados sensíveis.Implementações com tempo constante (constant-time); balanceamento de execuções.
Simple Power Analysis (SPA)Observação direta do consumo de energia durante uma única execução.Operações com padrões de energia distintos.Circuitos balanceados; masking de dados; execução uniforme.
Differential Power Analysis (DPA)Análise estatística de consumo de energia ao longo de várias execuções para extrair padrões.Variações sutis no consumo de energia entre execuções.Randomização de dados intermediários; uso de hardware com proteção a DPA; injeção de ruído.
Electromagnetic Analysis (EMA)Coleta de emissões eletromagnéticas durante a operação de um chip.Dispositivos sem blindagem eletromagnética.Blindagem física (Faraday cage), isolamento EM (TEMPEST), uso de encapsulamento seguro.
Cache Timing (Prime+Probe, Flush+Reload)Medição do tempo de acesso ao cache compartilhado para inferir acessos de outros processos.Sistemas compartilhando cache entre usuários/processos.Isolamento de processos críticos; limpeza de cache; uso de hardware com proteção contra especulação.
Fault Injection (Voltage, Clock, Laser)Indução de falhas físicas controladas para causar erros e explorar respostas incorretas.Falta de detecção de erros, validação de resultados.Detecção e resposta a falhas; checks redundantes; autenticação criptográfica de dados internos.
Branch Prediction / Speculative ExecutionExploração da execução especulativa da CPU para extrair dados temporários.Processadores modernos com execução especulativa.Patches de microcódigo; técnicas de isolamento; mitigação via software (e.g. Retpoline, LFENCE).

2. Onde tudo isso é aplicado?​

Dispositivos mais vulneráveis:

  • Smartcards

  • Carteiras de criptomoedas

  • Terminais de pagamento

  • Dispositivos IoT

  • Hardware embarcado em ambientes industriais

Se você pensa que acabou, o escopo vai além: Ambientes de nuvem, servidores remotos, aplicativos web — todos podem sofrer com canais laterais baseados em tempo, cache, especulação e competição por recursos.

Se ainda não acredita que esse tipo de ataque é possível, vou deixar um vídeo do OWASP Foundation(Se você esqueceu do que se trata, recomendo que jogue no google esse nome)

2.1 Como se proteger?​

Não existe maneira única, mas sim um conjunto de boas práticas que, combinadas, oferecem uma boa resistência:

Implementações de tempo constante: Evite qualquer if ou branch que dependa de segredos.

Injeção de ruído: Introduzir aleatoriedade ou jitter deliberado para desincronizar medições.

Blindagem física e eletromagnética: Principalmente para dispositivos portáteis e tokens.

Randomização de execução: Variações no local da memória, ordem das operações, masking.

Detecção e resposta a falhas: Resetar ou travar o sistema ao detectar comportamento anômalo.

Auditoria formal: Revisão matemática e física do comportamento do sistema — especialmente em ambientes críticos.

3. Conclusão​

Canais laterais não são só uma curiosidade teórica, são uma das maiores ameaças reais à segurança de sistemas criptográficos modernos.

Então espero que terminem essa sessão entendo uma coisa

Não basta confiar no algoritmo. Você precisa confiar no ambiente onde ele roda.

Você pode dominar AES, RSA, ECC. Mas se ignorar os canais laterais, sua aplicação pode ser desmontada com um osciloscópio, uma antena... ou um temporizador.