1Esprit Libre - Les secrets de la cryptographie quantique

December 3, 2009 12:53:48 PMhttp://quic.ulb.ac.be/tutorials/esprit-libre.html

à l'université 13Les secrets de lacryptographie quantiqueLa cryptographie nous cache des choses... C'est en tout cas son objectif: permettre unesécurité absolue dans l'échange de messages qui doivent rester secrets. Que ce soit de l'écrit ,du son ou de l'image, tout est cryptable grâce aux techniques actuelles. Mais celles-ci negarantiront sans doute pas la confidentialité à long terme: chaque jour les « casseurs decodes » gagnent des points grâce à l'évolution des mathématiques et des ordinateurs... Lasolution pourrait venir de la physique quantique, comme nous l'explique Nicolas Cerf , à latête du Service de Théorie de l'informationde la Faculté des Sciences appliquéesde l'ULB. Ily a quelques mois, il cosignait un article dans le magazine Nature , qui fait progresser laquestion du cryptage quantique.

Esprit libre : En tant qu'ingénieur etphysicien, vous vous intéressez à latransmission d'information au niveaumicroscopique. En quelques mots, celaconsiste en quoi?

Nicolas Cerf : Je m'intéresseà ce qui se passe lorsque del'information est portée pardes particules élémentaires,étape ultime prévisible de laminiaturisation des

composants électroniques du futur. Depuis unsiècle, on sait par exemple que la lumière estconstituée de grains élémentaires, lesphotons. Récemment, on s'est demandéquelles seraient les possibilités nouvelles detraitement de l'information si l'on arrivait àencoder chaque bit, 0 ou 1, dans un photonunique. Pourrait-on exploiter les spécificitésde la physique fondamentale à l'échellemicroscopique (la physique quantique ) pouren arriver à une application telle que lacryptographie?

L'équipe de NicolasCerf travaille en étroite collaboration avec celle de Philippe Grangier, de l'Institut d'optiqued'Orsay en Fronce. Photo : Institut d'optique, CNRS

Esprit libre : Qu'est-ce que la cryptographie quantique?Nicolas Cerf : C'est une technique permettant l'échange d'une clésecrète entre deux parties, un émetteur et un récepteur. Ceux-cipeuvent alors chiffrer un message confidentiel qu'ils désirent secommuniquer en utilisant un code comme celui de Vernam. Ce code,connu depuis longtemps, est sûr car il est impossible à un espion quin'aurait pas la clé de décoder le message. En contrepartie , les deuxparties doivent posséder une clé (soit une longue séquence de bitsaléatoires) qu'ils ne peuvent utiliser qu'une seule fois. Si elle estréutilisée, même partiellement, les messages chiffrés deviennentvulnérables. C'est cette faiblesse qui a été exploitée par les alliéspour casser le code Enigma utilisé par les Allemands durant laseconde guerre mondiale. Conséquence: il faut chaque fois utiliserde nouvelles clés et, finalement, la distribution de clés s'avère être undéfi majeur. C'est là qu'intervient la physique quantique: elle permetde garantir la confidentialité de cette distribution de clés.

Esprit libre : Qu'avez-vous apporté comme éléments nouveaux à cesrecherches?Nicolas Cerf : Nous avons proposé un schéma de cryptographiebasésur des impulsions cohérentes de la lumière comprenant plusieursphotons. Du point de vue expérimental, la différence est de taillepuisque ces impulsions cohérentes peuvent être produites trèssimplement par un laser. La technique de détection utilisée par lerécepteur, plus standard, ne nécessite pas le comptage des photonsindividuels. Tout cela permet d'accroître nettement les taux dedistribution de clés secrètes et, par là, de remédier à l'un des pointsfaibles de la cryptographie quantique. L'expérience qui a démontré lavalidité de ce concept a été réalisée par l'équipe de Philippe Grangierà l'Institut d'optique d'Orsay en France, et le traitement des données,par Gilles Van Assche, doctorant dans mon service.

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défi majeur. C'est là qu'intervient la physique quantique: elle permetde garantir la confidentialité de cette distribution de clés.

Esprit libre : La recherche sur cette technique a été entamée voicivingt ans. Quelle est sa particularité?Nicolas Cerf : La naissance de cette discipline date de 1984 : unchercheur d'IBM et un expert en cryptographie de l'université deMontréal ont proposé un protocole théorique permettant le partagede clés secrètes entre deux parties via l'échange de photons uniques.Il a fallu attendre une dizaine d'années pour que les premièresexpériences soient réalisées, même si elles se limitaient alors àl'échange d'une clé entre deux points situés sur une même tabled'optique. Ensuite, dès les années 90 , de nouvelles expériences ontpermis d'étendre la portée en reliant les deux parties par une fibreoptique. Actuellement on parvient à distribuer une clé via une fibreoptique sur une distance d'une centaine de kilomètres!

Quelles pourraient être les applications commerciales de votrerecherche?Nicolas Cerf : Il y a actuellement deux start-up dans le monde (IDQuantique et MagiQ) qui proposent un système de cryptographiequantique. De notre côté , une demande de brevet a été déposée pource nouveau procédé de cryptographiequantique . Quelques dizainesde brevets existent déjà dans ce domaine, mais notre schéma est lepremier qui utilise les impulsions cohérentes de la lumière. Lasociété française Thales projette d'ailleurs la réalisation d'unprototypede notre système . Il est clair que ce type de procédé serautile avant tout pour des liaisons spécialisées dont la sécurité estcritique et justifie l'investissement dans un changement radical detechnologie. On peut imaginer que cela puisse par exemple intéresserle monde bancaire ou militaire. Pour l'Internet par contre, le passageà la cryptographie quantiquereste encore du domaine de la fiction.

> Alain Dauchot

ESPRIT LIBRE > DÉCEMBRE 2003 / JANVIER 2004 [ N° 18 ]