Cryptographie quantique et la sécurité du futur



Les ordinateurs quantiques vont bientôt rendre inutiles certains de nos meilleurs cryptages, détruisant les clés à entropie élevée en quelques secondes, grâce à leur capacité à trouver rapidement les nombres premiers longs utilisés pour les générer.

Si vous vous demandez ce que le secteur de la technologie va faire à ce sujet, les experts en recherche, technologie et télécommunications de BT pourraient avoir la réponse.

Les photons dans un état de superposition quantique émettent une impulsion sur un câble à fibres optiques du centre de recherche Adastral Park de BT, se résolvant en binaires lorsqu’ils arrivent à destination, où ils sont lus comme une clé pouvant déchiffrer un flux de données parallèle.

Grâce à l’indétermination quantique, toute tentative d’espionnage sur les clés transmises est immédiatement détectée. Il s’agit de la distribution de clé quantique (DCQ) et une méthode de transmission sécurisée des données sans utiliser le cryptage à clé publique traditionnel.

Jusqu’à présent, la sécurité du système de cryptage DCQ semble robuste, mais elle reste expérimentale et ses premiers utilisateurs en dehors de la communauté de la recherche seront probablement ceux pour qui la sécurité est bien plus importante que le coût ou la commodité.

Le chef de la recherche optique de BT, Andrew Lord, prédit que les premiers utilisateurs incluront « des acteurs de niche tels que le gouvernement sécurisé, le secteur financier, la santé, le cloud et les infrastructures critiques ».

DCQ pourrait être utilisé pour protéger les principales routes du réseau britannique et fournir des connexions Ethernet protégées quantiques aux entreprises qui ont besoin de communications hautement sécurisées, y compris les entreprises du secteur de l’énergie et «toute personne disposant d’un actif à protéger qui causerait beaucoup de dommages si étaient entre de mauvaises mains.  »

Comment fonctionne  la distribution de clé quantique (DCQ)?

La distribution des clés quantiques – comme la plupart des applications de la physique quantique à la technologie – peut être un peu hallucinant. Tout dépend du fait que la mesure de l’état d’un photon modifie cet état.

Le système utilisé par BT implique une paire d’unités prototypes du Système de cryptographie Quantique de Toshiba, directement connectées à l’aide d’un câble à fibres optiques.

L’émetteur DCQ transmet des photons, l’un après l’autre, le long de la fibre à l’unité réceptrice. Une propriété quantique est appliquée séparément à chaque photon – il peut s’agir de la polarisation, de la phase ou de la position – pour indiquer si ce photon représente un un ou un zéro.

En raison de la nature de la matière à ce niveau quantique, les photons peuvent être envoyés dans un état de superposition, dans lequel ils ont des états représentant à la fois un et zéro simultanément. Ce n’est que lorsque le photon est observé ou mesuré qu’il s’effondre dans un état fixe.

Si une tierce partie intercepte la transmission de clé et la lit, elle ne pourra alors pas la retransmettre au destinataire voulu exactement dans le même état que celui dans lequel elle avait été envoyée. S’ils essayent, le destinataire obtiendra des données sans signification. et il deviendra vite évident que quelqu’un tape sur la ligne.

Pourquoi ne pouvons-nous pas continuer à utiliser la cryptographie à clé publique?

La plupart des services cryptographiques que nous utilisons aujourd’hui, des cartes de crédit aux sites Web sécurisés, reposent sur la cryptographie asymétrique: un système qui utilise une clé pour chiffrer les données et une autre pour les déchiffrer. Les calculateurs numériques binaires sont lents à factoriser les nombres longs. Il peut donc prendre des dizaines, voire des milliers d’années pour rechercher les nombres premiers utilisés pour créer la clé publique.

« Mais les ordinateurs quantiques ne font pas de l’arithmétique linéaire », explique Sam Cater, consultant principal de BT en innovation et sécurité. «Ils ne parcourent pas les sommes tant qu’ils ne réussissent pas. Au lieu de cela, ils étudient toutes les permutations de tous les nombres possibles en même temps – la façon dont le temps fonctionne dans le monde quantique est vraiment fascinante. »

À l’heure actuelle, les ordinateurs quantiques les plus puissants existants ne peuvent gérer que 72 qubits (bits quantiques), ce qui signifie qu’ils ne peuvent traiter que des chaînes de 72 bits, bien moins que la plupart des clés cryptographiques.

Mais ce ne sera pas le cas pour longtemps.

Les données chiffrées qui sont sécurisées et incassables aujourd’hui pourraient être rapidement déchiffrées par les futurs ordinateurs quantiques. Cater avertit que « les États qui tentent d’espionner les gens ne doivent pas intercepter les communications et les décrypter immédiatement. Ils peuvent stocker ces données, car le stockage est bon marché ».

Les chercheurs travaillent sur des algorithmes cryptographiques classiques, mais la DCQ représente une méthode cryptographique qui contourne parfaitement le problème.

Où ira la distribution des clés quantiques?

Le plus gros problème de la technologie DCQ actuelle est qu’il n’est possible d’envoyer un photon que sur environ 100 km d’un câble à fibre optique avant qu’il ne soit trop sombre pour être reçu. Après cela, vous devez le déchiffrer et le retransmettre, ce qui nécessite une installation hautement sécurisée et un kit coûteux.

Le plus long réseau DCQ de BT, construit avec un financement gouvernemental de 2 millions de livres sterling sous les auspices du Quantum Communications Hub, relie son laboratoire d’Ipswich à l’Université de Cambridge. Mais ces distances de transmission sont sur le point de devenir beaucoup plus longues.

La société commencera bientôt à travailler sur un projet de satellite européen DCQ. L’idée est que des photons individuels seront envoyés à partir de satellites en orbite terrestre basse vers des stations de réception au sol, permettant ainsi aux satellites de transporter des clés lorsqu’ils font le tour du globe.

Bien que la technologie DCQ actuelle exige qu’un photon soit directement transmis, cette limitation peut ne pas durer éternellement. Soit: à l’avenir, la DCQ pourrait tirer parti de l’intrication quantique.

C’est le Saint Graal de la communication quantique, où le mouvement de l’un des photons enchevêtrés est reflété par son partenaire, quelle que soit la distance qui les sépare.

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