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Proposta de Projeto

Problema de Pesquisa (Qual o objeto de estudo? O que se quer saber dele? De onde surgiram estas questões? Qual a relevância delas para entender o objeto?)

O objeto de estudo deste projeto é a integração de criptografia pós-quântica (PQC) em plataformas blockchain bancárias que envolvem dispositivos ATMs e terminais. Busca-se investigar como algoritmos PQC, como Kyber e Dilithium, já padronizados pelo NIST, impactam a segurança, desempenho, confiabilidade e escalabilidade de redes financeiras distribuídas. As questões surgem da ameaça da computação quântica, que compromete algoritmos amplamente usados hoje (RSA e ECC), e da crescente adoção de arquiteturas distribuídas no setor financeiro. A relevância reside na necessidade urgente de validar, em experimentação realista, estratégias de migração para sistemas pós-quânticos antes que bancos e instituições fiquem vulneráveis a ataques quânticos, garantindo continuidade operacional, proteção de dados e confiança pública.

Justificativa

O setor financeiro depende profundamente de comunicação segura, rastreável e resiliente. Com a aproximação da era quântica, os algoritmos atuais de criptografia tornam-se insuficientes. Embora existam iniciativas de blockchain e moedas digitais, há lacunas práticas na avaliação do uso de PQC em blockchains permissionadas. Este projeto justifica-se pela necessidade de antecipar tecnicamente a migração para algoritmos resistentes a ataques quânticos, oferecendo uma plataforma experimental flexível, realista e reprodutível que permitirá validar diferentes arquiteturas, cargas e cenários de falhas típicas de ambientes bancários.

Objetivo (Resumir e apresentar a ideia central do projeto, descrevendo de forma sucinta e objetiva a finalidade pela qual está se propondo o projeto)

Construir um testbed experimental de blockchain bancária integrada a criptografia pós-quântica, combinando dispositivos de rede emulados e Hyperledger Fabric, para avaliar a viabilidade, segurança e desempenho de transações e autenticações resistentes à computação quântica.

Objetivos específicos:

  1. Criar um ambiente emulado representando agências bancárias, ATMs e terminais.
  2. Implantar Hyperledger Fabric nos nós emulados.
  3. Integrar algoritmos Dilithium (assinatura) e Kyber (troca de chaves) via liboqs e oqs-provider/ OpenSSL 3.
  4. Comparar PQC com métodos clássicos sob diferentes cargas, topologias e cenários de falha/ataque.

Entregáveis

  • Testbed completo com blockchain bancária, PQC e IoT em ambiente emulado.
  • Integração funcional de Kyber e Dilithium ao Hyperledger Fabric.
  • Relatório técnico e científico com análise comparativa entre algoritmos clássicos e pós-quânticos.
  • Repositório com scripts, topologias e documentação.
  • Artigo científico com resultados experimentais.

Viabilidade (Descrever as condições técnicas que tornam possível a consecução do projeto, considerando a estrutura disponível, a tecnologia a ser utilizada, as características do produto, processo ou serviço ou conhecimento que se pretende gerar, e demais aspectos pertinentes.)

A proposta é tecnicamente viável por diversos motivos:

  • Disponibilidade de ferramentas maduras como Hyperledger Fabric, liboqs, OpenSSL 3, oqs-provider, Docker, Mininet/Mininet-WiFi ou infraestrutura equivalente de emulação.
  • Capacidade de emular dispositivos bancários com topologias configuráveis.
  • Experiência prévia consolidada em simulação, emulação, PQC, redes IoT e blockchain.
  • Computadores e servidores institucionais são suficientes para emular cenários complexos.
  • PQC já possui implementações estáveis, permitindo integração prática com sistemas distribuídos.

Assim, não há barreiras tecnológicas impeditivas para a execução do projeto.

Referencial Bibliográfico

  • NIST. National Institute of Standards and Technology. Post-Quantum Cryptography Standardization. Gaithersburg, MD: NIST, 2016–2024. Disponível em: https://csrc.nist.gov/projects/post-quantum-cryptography. Acesso em: 25 dez. 2025.
  • CRYSTALS Cryptographic Suite for Algebraic Lattices. 2020. Disponível em: https://pq-crystals.org/kyber/. Acesso em: 25 dez. 2025.
  • CRYSTALS Cryptographic Suite for Algebraic Lattices. 2021. Disponível em: https://pq-crystals.org/dilithium/. Acesso em: 25 dez. 2025.
  • Hyperledger Fabric IBM; LINUX FOUNDATION. Hyperledger Fabric Documentation. Linux Foundation, 2024. Disponível em: https://hyperledger-fabric.readthedocs.io/. Acesso em: 25 dez. 2025.
  • Mamatha, G. S., Namya Dimri, and Rasha Sinha. "Post-quantum cryptography: Securing digital communication in the quantum era." arXiv preprint arXiv:2403.11741 (2024).
  • Parida, Nikhil Kumar, et al. "Post-quantum distributed ledger technology: a systematic survey." Scientific Reports 13.1 (2023): 20729.
  • Josifovska, Klementina, Enes Yigitbas, and Gregor Engels. "Reference framework for digital twins within cyber-physical systems." 2019 IEEE/ACM 5th International Workshop on Software Engineering for Smart Cyber-Physical Systems (SEsCPS). IEEE, 2019.

Métricas e Indicadores

Segurança:

  • Tempo de verificação de assinaturas PQC vs. clássicas.
  • Robustez sob cenários de ataque e falha.

Desempenho:

  • Latência de transações na blockchain.
  • Throughput de operações.
  • Consumo energético e de CPU por algoritmo.

Escalabilidade:

  • Variação do desempenho conforme número de nós.
  • Impacto da carga de transações.

Cronograma

  • Mês 1-2: Configuração do ambiente emulado e topologias bancárias.
  • Mês 3-4: Implantação do Hyperledger Fabric.
  • Mês 5-6: Integração com liboqs, Kyber e Dilithium.
  • Mês 7-10: Execução dos experimentos comparativos.
  • Mês 11: Análise dos resultados e documentação.
  • Mês 12: Finalização, artigo e entrega do testbed.

Recursos Necessários (Quantidade e modalidade de bolsas, compra de licenças, outros recursos que seriam fundamentais para viabilização do projeto)

  • 2 bolsas de Iniciação Científica (IC)
  • 1 bolsa de Mestrado.

Licenças: não são necessárias, pois o projeto usa ferramentas open source.

Infraestrutura: Máquina de alto desempenho (e.g. 32GB RAM, Core I7) para execução do ambiente de emulação.

Registro de Reuniões - Projeto PQC Blockchain (UFRN/Itaú)

23/04/2026

Notas Gerais:

  • Professor: Atualizou sobre o artigo em andamento para publicação no SBSEG (projeto com a Venturus).
  • Tecnologias/Links:
  • Ação: Todos devem executar o código proposto pelo Isaque para realização de transações.

Status por Membro:

  • Isaque:
    • Criou e organizou o repositório/organização.
    • Avançando nas transações e criação de blocos.
    • Apresentará uma DEMO na próxima reunião (30/04).
  • Ângelo:
    • Executou o código do Isaque e ajudou na resolução de problemas.
    • Containernet funcionou.
    • Observação técnica: Python 3.10 descontinuado; utilizaremos Python 3.12 para as aplicações.
  • Matheus:
    • Avançando no Containernet; alterou a imagem com sucesso.
    • Sugestão: Google Tink Docs.
  • Maria:
    • Ainda não executou o código do Isaque; focada na leitura de artigos.
  • Gabriel:
    • Ausente (doente).
  • Cícero:
    • Concluirá leituras até 30/04 e compartilhará notas no GitHub.
    • Rodando o código do Isaque (enfrentou problemas de versão do Python).

16/04/2026

Notas Gerais:

  • Artigo compartilhado: Arxiv 2603.28846
  • Organização GitHub: Criada organização privada ufrn-itau-cripto-quantum. Membros: ramonfontes, ciceropaulino, gabrielgui13, matheussfreitas, mpazmarcato, mesvras.

Status por Membro:

  • Isaque: Integração parcial Hyperledger + Containernet. Questionar Itaú sobre repositório.
  • Cícero: Executou Containernet e modificou imagem Docker com êxito.
  • Ângelo: Executou Containernet e modificou imagem Docker (sucesso com serf).
  • Matheus: Executou Containernet; iniciando leituras sobre Post-Quantum (PQC).
  • Maria: Executou Containernet e modificou imagem Docker (sucesso com Nginx).
  • Gabriel: Iniciou estudos com Mininet-WiFi e leituras de RSA/PQC.

09/04/2026

Atividades dos ICs:

  • Feito: Execução dos passos da semana 1 (Cícero, Angelo, Maria). Leitura da proposta do projeto Itaú.
  • Para fazer: Executar Containernet e leitura de artigos base sobre PQC e Blockchain.

Status Isaque:

  • Feito: Blockchain simples no Fabric; mapeamento de criptografia, TLS e containers Docker.
  • Para fazer: Rodar containers Fabric no Containernet e explicar padronização NIST para os ICs.

01/04/2026 - KickOff

Cronograma Inicial:

  1. Semana 1: Assistir vídeo tutorial e executar passos com mn-wifi.
  2. Semana 2: Executar Containernet.

Metas Isaque:

  • Rodar blockchain tradicional e migrar para o Containernet.
  • Cadastrar acesso ao cyberdef.

Informações Administrativas: