CryptoMatrix

Cada caractere de uma mensagem é convertido nas coordenadas (camada, linha, coluna) de uma célula em uma matriz 3D de símbolos. A matriz é permutada de novo a cada posição a partir de um keystream derivado da passphrase, então o mesmo símbolo cai em coordenadas diferentes ao longo do texto.

Warning

CryptoMatrix é um projeto de estudo e uma construção própria, sem revisão externa/formal. Para proteger dados sensíveis de verdade, prefira uma AEAD padrão (ChaCha20-Poly1305 ou AES-GCM) de uma biblioteca consagrada como a cryptography.

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Sumário

• Visão geral
• Como funciona
• Propriedades de segurança
• Conjunto de símbolos
• Requisitos e instalação
• Uso
• Testes
• Limitações
• Licença

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Visão geral

A ideia central é representar cada símbolo por coordenadas em uma matriz 3D em vez de por um valor fixo. Um símbolo pode ocupar mais de uma célula (homofonia), e a matriz não é fixa: a cada caractere da mensagem uma permutação nova das células é derivada de um keystream. Isso torna o esquema equivalente a uma cifra de fluxo — não existe um mapa fixo símbolo→coordenada que um atacante possa recuperar por análise de frequência.

O ciphertext é autenticado, o comprimento da mensagem é ocultado por padding, e há proteção contra repetição (replay).

Como funciona

passphrase
   │  scrypt(salt)                     derivação lenta e com salt
   ▼
master key ── HKDF ──► k_stream (cifra)   +   k_mac (autenticação)
   │
   │  para cada posição i da mensagem:
   │     keystream(k_stream, nonce, i) gera uma PERMUTAÇÃO nova das células
   │     o símbolo é escrito na coordenada correspondente nessa matriz
   ▼
token = base64url( cabeçalho | ciphertext | HMAC-SHA256 )
        cabeçalho = MAGIC | versão | params do scrypt | salt | nonce | seq

Propriedades de segurança

Propriedade	Mecanismo
Confidencialidade	matriz permutada por posição via keystream HMAC-SHA256 (modo contador)
Derivação de chave	scrypt com salt (memória-dura); parâmetros de custo gravados no token
Separação de chaves	HKDF-SHA256 deriva chaves distintas para cifra e MAC
Integridade	HMAC-SHA256 encrypt-then-MAC sobre cabeçalho + ciphertext + AAD
Independência entre mensagens	nonce aleatório por mensagem
Sigilo de tamanho	padding PADMÉ (esconde o comprimento exato)
Anti-replay	contador seq autenticado + ReplayGuard (janela deslizante) no receptor

Conjunto de símbolos

97 símbolos: A–Z + Ç, espaço, 0–9, a–z + ç, e a pontuação ASCII. Letras acentuadas além de ç/Ç (como á, é) não fazem parte do conjunto; mensagens com caracteres fora dele são rejeitadas com ValueError.

Requisitos e instalação

Note

Somente biblioteca padrão do Python. Nenhuma dependência externa.

Requer Python 3.8+ (usa hashlib.scrypt).

git clone https://github.com/LuizWT/CryptoMatrix.git
cd CryptoMatrix

Uso

Linha de comando

# demonstração: cifra, decifra e mostra a matriz da 1ª posição
python3 cryptomatrix.py demo

# calibra o custo do scrypt para ~0,1 s nesta máquina
python3 cryptomatrix.py calibrate

# cifrar / decifrar (a senha é pedida sem exibir)
python3 cryptomatrix.py enc -m "reuniao as quinze horas" --seq 1
python3 cryptomatrix.py dec -t "<token>"

Como biblioteca

import cryptomatrix as cm

# remetente — persista o contador entre execuções
snd = cm.SenderState(start=0)
token = cm.encrypt("senha-forte", "transferir 500 para a conta 42", seq=snd.next())

# receptor — persista a ReplayGuard por sessão/remetente
guard = cm.ReplayGuard(window=64)
msg = cm.decrypt("senha-forte", token, guard=guard)
# levanta ValueError em senha errada, token adulterado ou replay

Testes

python3 test_cryptomatrix.py

Cobre correção (decrypt(encrypt(m)) == m), integridade, sigilo de tamanho, anti-replay e uma bateria de ataques (análise de frequência, texto conhecido, reuso de chave), demonstrando que não recuperam o plaintext.

Limitações

• Construção própria, sem revisão externa/formal.
• O padding esconde o tamanho exato, mas não o tamanho aproximado (quantizado).
• SenderState e ReplayGuard precisam ser persistidos pelo chamador; sem isso, não há garantia anti-replay.
• Implementação didática em Python puro — não é hardened contra ataques de canal lateral (timing, etc.).

Licença

GNU Affero General Public License v3.0 (Modificada). Veja LICENSE.

Contribuição

Issues e Pull Requests são bem-vindos.