Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia

Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia
National Institute of Standards and Technology
Resumo da agência
Formação3 de março de 1901, como National Bureau of Standards
Adotou o nome NIST em 1988
Sede100 Bureau Drive
Gaithersburg, Maryland, Estados Unidos
39° 07' 59" N 77° 13' 25" O
SiglaNIST
EmpregadosCerca de 3.400
Orçamento anual1,03 bilhão de dólares, no ano fiscal de 2021
Executivos
Agência mãeDepartamento de Comércio dos Estados Unidos
Sítio oficialnist.gov

O Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia, em inglês National Institute of Standards and Technology, ou NIST, é uma agência do Departamento de Comércio dos Estados Unidos cuja missão é promover a inovação e a competitividade industrial do país. Suas atividades se dividem em programas de laboratório de ciências físicas, que abrangem ciência e tecnologia em escala nanométrica, engenharia, tecnologia da informação, pesquisas com nêutrons, medições de materiais e medições físicas. De 1901 a 1988, a agência se chamava National Bureau of Standards.

O distrito histórico do NIST foi inscrito no Registro Nacional de Lugares Históricos em 2021.

História

Antecedentes

Os Artigos da Confederação, ratificados pelas colônias em 1781, estabeleciam:

Os Estados Unidos, reunidos em Congresso, terão também o direito e o poder únicos e exclusivos de regular a liga e o valor das moedas cunhadas por sua própria autoridade ou pela dos respectivos estados, e de fixar os padrões de pesos e medidas em todos os Estados Unidos.

A seção 8 do artigo 1 da Constituição dos Estados Unidos, ratificada em 1789, conferiu estes poderes ao novo Congresso: "O Congresso terá o poder [...] de cunhar moeda, regular seu valor e o das moedas estrangeiras, e fixar o padrão de pesos e medidas".

Em janeiro de 1790, o presidente George Washington afirmou em sua primeira mensagem anual ao Congresso: "A uniformidade da moeda, dos pesos e das medidas dos Estados Unidos é uma questão de grande importância e, estou convencido, receberá a devida atenção".

Em 25 de outubro de 1791, Washington voltou a apelar ao Congresso:

A uniformidade dos pesos e medidas do país está entre as questões importantes que a Constituição lhes submete. Se puder ser obtida a partir de um padrão invariável e universal, será tão honrosa para este conselho público quanto útil à população.

Em 1821, John Quincy Adams, futuro presidente dos Estados Unidos, declarou: "Os pesos e medidas podem ser contados entre as necessidades da vida de cada indivíduo da sociedade humana". O governo dos Estados Unidos só adotou um conjunto uniforme de padrões em 1838.

De 1830 a 1901, a supervisão dos pesos e medidas coube ao Office of Standard Weights and Measures, que integrava o Survey of the Coast, no Departamento do Tesouro dos Estados Unidos. O Survey of the Coast passou a se chamar United States Coast Survey em 1836 e United States Coast and Geodetic Survey em 1878.

Bureau of Standards, 1901–1988

Em 1901, um projeto de lei apresentado pelo deputado James H. Southard, republicano de Ohio, deu origem ao Bureau of Standards. O órgão recebeu a tarefa de fornecer padrões de pesos e medidas e atuar como laboratório nacional de física dos Estados Unidos. Southard já havia apresentado um projeto de lei para a adoção do sistema métrico no país.

Diagrama das atividades do Bureau of Standards em 1915

O presidente Theodore Roosevelt nomeou Samuel W. Stratton como primeiro diretor. O orçamento do primeiro ano foi de 40.000 dólares. O órgão recebeu a custódia das cópias dos padrões do quilograma e do metro usados nas medições dos Estados Unidos e criou um programa de serviços de metrologia para a comunidade científica e o comércio do país. Foram construídos laboratórios em Washington, D.C., e os instrumentos foram adquiridos de laboratórios nacionais de física da Europa. Além do trabalho com pesos e medidas, o órgão desenvolveu instrumentos para unidades elétricas e para a medição da luz. Em 1905, convocou a reunião que se tornaria a primeira Conferência Nacional de Pesos e Medidas.

Concebido inicialmente como uma agência dedicada apenas à metrologia, o Bureau of Standards recebeu de Herbert Hoover a orientação de criar divisões para desenvolver normas comerciais para materiais e produtos. Parte dessas normas se destinava a produtos de uso governamental, mas elas também afetavam o consumo no setor privado. Foram elaboradas normas de qualidade para certos tipos de vestuário, sistemas de freios e faróis de automóveis, anticongelantes e segurança elétrica. Durante a Primeira Guerra Mundial, o órgão trabalhou em problemas da produção de guerra e chegou a operar uma fábrica própria de vidro óptico quando o fornecimento europeu foi interrompido.

No período entre as guerras, Harry Diamond, funcionário do órgão, desenvolveu um sistema de pouso de aeronaves por rádio que permitia a aproximação por instrumentos. Na Segunda Guerra Mundial, as pesquisas e o desenvolvimento militar abrangeram métodos de previsão da propagação de ondas de rádio, a espoleta de proximidade e a estrutura padronizada usada inicialmente no Projeto Pigeon. Pouco depois, essa estrutura foi usada na bomba antinavio Bat, guiada autonomamente por radar, e na família Kingfisher de mísseis que transportavam torpedos.

Um espectrômetro de massa em uso no NBS em 1948

Em 1948, com financiamento da Força Aérea dos Estados Unidos, o órgão iniciou o projeto e a construção do SEAC, sigla de Standards Eastern Automatic Computer. O computador entrou em operação em maio de 1950 e combinava válvulas termiônicas com circuitos lógicos de diodos de estado sólido. Por volta dessa época, Harry Huskey construiu o Standards Western Automatic Computer no escritório do NBS em Los Angeles, onde a máquina foi usada em pesquisas. Uma versão móvel, o DYSEAC, foi construída para o Corpo de Comunicações do Exército em 1954.

A sede do Bureau of Standards em construção em Gaithersburg, Maryland, em 1964

National Institute of Standards and Technology, a partir de 1988

Com a mudança de sua missão, o National Bureau of Standards passou a se chamar National Institute of Standards and Technology em 1988. Após os ataques de 11 de setembro de 2001, o NIST conduziu a investigação oficial do colapso do World Trade Center, com base na National Construction Safety Team Act, conhecida pela sigla NCST. Após o colapso de edifício em Surfside, em 2021, o instituto enviou engenheiros ao local para investigar a causa do desabamento.

Em 2019, o NIST lançou o programa NIST on a Chip, com o objetivo de reduzir instrumentos do tamanho de equipamentos de laboratório à escala de um chip. Entre as aplicações estão os testes de aeronves, a comunicação com satélites para navegação e as medições de temperatura e pressão.

Em 2023, o governo Biden começou a planejar a criação de um instituto de segurança da inteligência artificial dos Estados Unidos dentro do NIST, para coordenar questões de segurança da inteligência artificial. O jornal The Washington Post avaliou que a agência sofria de "notória falta de financiamento e de pessoal", o que poderia dificultar esses planos.

Natureza e missão

O NIST, chamado National Bureau of Standards, ou NBS, entre 1901 e 1988, é um laboratório de padrões de medição, também chamado de instituto nacional de metrologia. É uma agência do Departamento de Comércio dos Estados Unidos sem funções regulatórias. Sua missão oficial é:

Promover a inovação e a competitividade industrial dos Estados Unidos por meio do avanço da metrologia, das normas técnicas e da tecnologia, de modo a ampliar a segurança econômica e melhorar nossa qualidade de vida.

O orçamento operacional do NIST para o ano fiscal de 2007, de 1 de outubro de 2006 a 30 de setembro de 2007, foi de cerca de 843,3 milhões de dólares. Em 2009, o orçamento foi de 992 milhões de dólares. O instituto também recebeu 610 milhões de dólares por meio da Lei de Recuperação e Reinvestimento dos Estados Unidos. O NIST emprega cerca de 2.900 cientistas, engenheiros, técnicos e funcionários de apoio e administração. A equipe é complementada por cerca de 1.800 colaboradores, pesquisadores e engenheiros convidados de empresas norte-americanas e de outros países. O instituto trabalha com 1.400 especialistas em manufatura e funcionários de quase 350 centros afiliados em todo o país. Também publica o Handbook 44, que estabelece as "especificações, tolerâncias e outros requisitos técnicos para instrumentos de pesagem e medição".

Sistema métrico

O Congresso de 1866 garantiu proteção legal ao uso do sistema métrico no comércio com a aprovação da Lei Métrica de 1866. Em maio de 1875, 17 de 20 países assinaram a Convenção do Metro, também chamada de Tratado do Metro, que criou o Escritório Internacional de Pesos e Medidas, sob a direção de um comitê internacional eleito pela Conferência Geral de Pesos e Medidas.

Organização

Complexo de Laboratórios de Medição Avançada em Gaithersburg
Vista aérea do campus de Gaithersburg em 2019
Laboratórios de Boulder

O NIST tem sede em Gaithersburg, em Maryland, e mantém instalações em Boulder, no Colorado, inauguradas pelo presidente Eisenhower em 1954. Suas atividades se dividem entre programas de laboratório e programas externos. Uma reorganização que entrou em vigor em outubro de 2010 reduziu de dez para seis o número de unidades de laboratório do instituto. Os laboratórios do NIST são:

Os programas externos compreendem:

Os laboratórios de Boulder abrigam o relógio atômico NIST-F1, usado como referência para a hora oficial dos Estados Unidos. A partir da medição da frequência de ressonância natural do césio, que define o segundo, o NIST transmite sinais horários pela estação de ondas longas WWVB, perto de Fort Collins, no Colorado. Também transmite pelas estações de rádio de ondas curtas WWV e WWVH, próximas, respectivamente, de Fort Collins e de Kekaha, no Havaí.

O instituto também mantém uma instalação aberta a pesquisadores para estudos com nêutrons, o Centro de Pesquisa com Nêutrons do NIST, NCNR. O centro oferece acesso a instrumentos de dispersão de nêutrons, usados em pesquisas de ciência dos materiais, células de combustível, biotecnologia e outras áreas.

A instalação de radiação ultravioleta síncrotron SURF III é uma fonte de radiação síncrotron em operação contínua desde 1961. Ela é o padrão nacional dos Estados Unidos para radiometria baseada em fontes em todo o espectro óptico ampliado. Desde a década de 1970, todos os instrumentos de observação no ultravioleta extremo enviados ao espaço pela NASA foram calibrados na SURF. A instalação também é usada na medição e caracterização de sistemas de litografia ultravioleta extrema.

O Centro de Ciência e Tecnologia em Nanoescala, CNST, realiza pesquisas em nanotecnologia e mantém uma instalação de nanofabricação em sala limpa aberta a pesquisadores. Essa instalação, chamada NanoFab, dispõe de equipamentos para a criação de padrões por litografia e para a obtenção de imagens, como microscópios eletrônicos e microscópios de força atômica.

Comitês

O NIST tem sete comitês permanentes:

Projetos

Logotipo do NIST com 40 nm de largura, feito com átomos de cobalto

Medições e padrões

Como parte de sua missão, o NIST fornece à indústria, às universidades, ao governo e a outros usuários mais de 1.300 materiais de referência padrão, chamados SRMs. Esses materiais têm características ou teores de componentes certificados. São usados como padrões de calibração de equipamentos e procedimentos de medição, como referências de controle de qualidade de processos industriais e como amostras de controle em experimentos.

Handbook 44

O NIST publica o Handbook 44 todos os anos, após a reunião anual da Conferência Nacional de Pesos e Medidas, NCWM. Cada edição é preparada em colaboração pelo Comitê de Especificações e Tolerâncias da NCWM e pela Divisão de Pesos e Medidas do NIST, WMD. O manual cumpre parte da responsabilidade legal do instituto de "cooperar com os estados para garantir a uniformidade das leis de pesos e medidas e dos métodos de inspeção".

O instituto publica versões do manual desde 1918 e adotou o título Handbook 44 em 1949. A edição de 2010 segue a orientação de dar prioridade às medidas do Sistema Internacional de Unidades, SI, recomendada pela Lei Geral de Comércio Exterior e Competitividade de 1988.

Segurança interna

O NIST desenvolve normas de identificação para funcionários federais e prestadores de serviços, aplicáveis a todo o governo, para impedir o acesso de pessoas não autorizadas a edifícios e sistemas de informática governamentais.

Investigação do colapso do World Trade Center

Em 2002, a National Construction Safety Team Act atribuiu ao NIST a investigação do colapso dos edifícios 1 e 2 do World Trade Center e do 7 World Trade Center, de 47 andares. A investigação foi dirigida por Shyam Sunder e teve três frentes. A primeira foi uma análise técnica das edificações e da segurança contra incêndio, para estudar os fatores que levaram às causas prováveis dos desabamentos das Torres Gêmeas, WTC 1 e 2, e do WTC 7. O NIST também criou um programa de pesquisa e desenvolvimento para fornecer a base técnica de melhorias em códigos, normas e procedimentos de construção e prevenção de incêndios. A terceira frente foi um programa de divulgação e assistência técnica para envolver dirigentes do setor da construção na aplicação das mudanças propostas.

O instituto também fornece orientações práticas e ferramentas para preparar proprietários de instalações, empreiteiros, arquitetos, engenheiros, equipes de emergência e autoridades reguladoras para futuros desastres. A etapa de investigação do plano de resposta foi concluída em novembro de 2008, com a publicação do relatório final sobre o 7 World Trade Center. O relatório final sobre as Torres Gêmeas, com 30 recomendações para melhorar a segurança dos edifícios e de seus ocupantes, havia sido publicado em outubro de 2005.

Tecnologia eleitoral

O NIST trabalha com o Comitê de Desenvolvimento de Diretrizes Técnicas da Comissão de Assistência Eleitoral na elaboração das Diretrizes Voluntárias para Sistemas de Votação, destinadas a máquinas de votação e outras tecnologias eleitorais.

Estrutura de segurança cibernética

Em fevereiro de 2014, o NIST publicou sua Estrutura de Segurança Cibernética, com orientações de adoção voluntária para que as organizações gerenciem e reduzam riscos de segurança cibernética. O documento foi revisto, e a versão 1.1 foi publicada em abril de 2018. A Ordem Executiva 13800, intitulada "Fortalecimento da segurança cibernética das redes federais e da infraestrutura crítica", tornou seu uso obrigatório para as agências do governo federal dos Estados Unidos. Uma extensão dessa estrutura é o Modelo de Maturidade em Segurança Cibernética, CMMC, apresentado em 2019, cujas origens remontam à Ordem Executiva 13556. Em 25 de agosto de 2025, a norma do CMMC para o título 48 do Código de Regulamentos Federais concluiu a revisão regulatória. Sua publicação ocorreu em 10 de setembro de 2025.

A estrutura enfatiza a adoção da arquitetura de confiança zero, ZTA, que concentra a proteção nos recursos, em vez de no perímetro da rede. Essa arquitetura usa os princípios "nunca confiar, sempre verificar", "presumir uma violação" e "conceder apenas os privilégios mínimos necessários" para proteger usuários, ativos e recursos. Como não confere confiança implícita aos usuários que estão dentro do perímetro da rede, a autenticação e a autorização ocorrem em cada etapa de uma transação digital. Isso reduz o risco de acesso não autorizado aos recursos.

O NIST divulgou uma versão preliminar da CSF 2.0 para consulta pública até 4 de novembro de 2023. A revisão buscou tornar a estrutura mais adequada às pequenas e médias empresas que a utilizam e acompanhar as mudanças constantes na segurança cibernética.

Em agosto de 2024, o instituto publicou um conjunto final de ferramentas criptográficas projetadas para resistir a ataques de computadores quânticos. Esses padrões de criptografia pós-quântica protegem informações eletrônicas, desde mensagens confidenciais de correio eletrônico até transações de comércio eletrônico que movimentam a economia.

Iniciativa de calibração Moonlight

Em maio de 2025, o NIST anunciou o projeto de dados Moonlight para melhorar a calibração de satélites. O projeto fornece medições precisas do brilho da Lua para aumentar a precisão dos satélites de observação da Terra, usados em agricultura, meteorologia e monitoramento ambiental.

Pessoas

Quatro pesquisadores do NIST receberam o Prêmio Nobel por trabalhos em física: William Daniel Phillips, em 1997, Eric Allin Cornell, em 2001, John Lewis Hall, em 2005, e David Wineland, em 2012. Esse é o maior número de laureados em física de um laboratório do governo dos Estados Unidos. Os quatro foram premiados por trabalhos relacionados ao resfriamento de átomos a laser, diretamente ligados ao desenvolvimento e ao aperfeiçoamento do relógio atômico.

Em 2011, Dan Shechtman recebeu o Nobel de Química por seu trabalho com quase-cristais na Divisão de Metalurgia, de 1982 a 1984. John Werner Cahn recebeu o Prêmio Kyoto de 2011 em Ciência dos Materiais. A Medalha Nacional de Ciências foi concedida aos pesquisadores do NIST Cahn, em 1998, e Wineland, em 2007. Outras pessoas que trabalharam no NBS ou no NIST foram:

Diretores

Desde 1989, o diretor do NIST é nomeado pelo presidente dos Estados Unidos e confirmado pelo Senado. A partir desse ano, o tempo médio de permanência dos diretores no cargo caiu de 11 para dois anos. Desde a reorganização de 2011, o diretor também tem o título de subsecretário de Comércio para Padrões e Tecnologia. Dezoito pessoas ocuparam oficialmente o cargo, além de sete diretores interinos que o exerceram temporariamente.

Patentes

O NIST detém patentes em nome do governo federal dos Estados Unidos. Pelo menos uma delas é mantida sob custódia para proteger o uso em domínio público. É o caso da patente de um relógio atômico do tamanho de um chip, desenvolvido por uma equipe do instituto em uma competição da Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa, DARPA.

Controvérsia sobre a norma NIST SP 800-90

Em setembro de 2013, os jornais The Guardian e The New York Times noticiaram que o NIST permitiu que a Agência de Segurança Nacional, NSA, inserisse na norma SP 800-90 um gerador de números pseudoaleatórios criptograficamente seguro chamado Dual EC DRBG. Esse gerador continha uma porta dos fundos cleptográfica que a NSA poderia usar para prever secretamente os resultados futuros desse gerador de números pseudoaleatórios e, assim, decifrar dados sem que os usuários soubessem. Os dois jornais noticiaram que a NSA trabalhou em segredo para obter a aprovação de sua versão da SP 800-90 para uso mundial em 2006.

O documento divulgado pela denúncia afirma que, "por fim, a NSA se tornou a única editora". As reportagens confirmaram suspeitas e argumentos técnicos que criptógrafos haviam apresentado publicamente em 2007, de que o EC-DRBG poderia conter uma porta dos fundos cleptográfica, talvez inserida na norma pela NSA.

Em resposta às acusações, o NIST afirmou que "trabalha para publicar os padrões criptográficos mais fortes possíveis" e que usa "um processo público e transparente para examinar rigorosamente os padrões que recomendamos". A agência declarou: "Houve alguma confusão sobre o processo de desenvolvimento dos padrões e o papel das diferentes organizações nele [...] A Agência de Segurança Nacional participa do processo de criptografia do NIST por sua reconhecida competência. O NIST também é obrigado por lei a consultar a NSA".

Diante das preocupações manifestadas, a agência reabriu a consulta pública sobre as publicações SP 800-90 e prometeu: "Se forem encontradas vulnerabilidades nestes ou em quaisquer outros padrões do NIST, trabalharemos com a comunidade de criptografia para resolvê-las o mais rápido possível". Em resposta à preocupação pública com esse ataque de criptovirologia, o NIST retirou o algoritmo EC-DRBG da norma SP 800-90.

Publicações

Guide to NIST em PDF

Além desses periódicos, o NIST mantém uma extensa atividade de publicação de relatórios técnicos, iniciada por seu antecessor, o National Bureau of Standards. Esses relatórios são publicados em dezenas de séries e abrangem temas que vão da informática à construção e a aspectos da padronização, como pesos, medidas e dados de referência. Os cientistas do instituto também publicam todos os anos artigos em periódicos e trabalhos em congressos. O site do NIST oferece uma base de dados dessas publicações e dos relatórios técnicos mais recentes.

Ver também

Referências

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Ligações externas

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