Terra Quantum AG, l’un des principaux pionniers de la technologie quantique en Europe, a annoncé aujourd’hui les détails de recherches qui bousculent la compréhension actuelle de ce qui constitue un cryptage de données inviolable et à l’épreuve du temps. La découverte de Terra Quantum permet de sécuriser les communications les plus critiques comme les messages hautement confidentiels, les coordonnées bancaires en ligne et les communications confidentielles entre les organisations internationales.
Markus Pflitsch, fondateur et PDG de Terra Quantum, a déclaré : « Comme la société de l’information transfère un volume sans cesse croissant de données personnelles via des canaux publics, la sécurité des informations représente un nouveau défi à l’échelle mondiale. Par conséquent, la protection des données confidentielles constitue un enjeu majeur.
Nos conclusions sans précédent démontrent la vulnérabilité des systèmes actuels de cryptographie post-quantique. Inspirés par la demande de correction du point faible mis en évidence, nous avons développé la méthode de distribution de clé ultra-rapide via la fibre optique. »
Qu’est-ce que la cryptographie post-quantique ?
Un sentiment généralisé est que quelques années seulement nous séparent de la réalisation de la prochaine avancée majeure en informatique : l’informatique quantique. Et lorsque l’informatique quantique sera disponible, les anciennes techniques de sécurisation des données grâce au chiffrement deviendront par conséquent obsolètes.
La cryptographie post-quantique est l’ensemble des méthodes visant à mettre la protection des données au niveau requis pour un futur environnement technologique dans lequel les hackers ont accès à l’informatique quantique. L’une des plus populaires est le cryptage AES (Advanced Encryption Standard), élaboré pour résister aux attaques des ordinateurs quantiques. La cryptographie post-quantique est devenue la référence absolue pour les organisations cherchant à protéger leurs données sur le long terme.
Qu’est-ce que Terra Quantum a découvert ?
Terra Quantum a réalisé que le cryptage AES est relativement sûr contre les algorithmes déjà identifiés, mais peut sembler sans défense par rapport aux menaces à venir. Pour créer une défense, Terra Quantum s’est attelée à chercher une vulnérabilité en testant le cryptage AES par rapport à de nouveaux algorithmes. Terra Quantum a découvert une vulnérabilité dans l’algorithme MD5 (Message Digest 5). L’équipe de Terra Quantum a découvert qu’une personne pouvait casser un algorithme en utilisant un recuit simulé quantique contenant environ 20 000 qubits. Aucun recuit quantique n’existe à ce jour et, bien qu’il soit impossible de prédire quand il pourrait être créé, on peut concevoir qu’un tel équipement pourrait à l’avenir tomber entre les mains de hackers. Ainsi, Terra Quantum a démontré la possibilité grandissante d’une inversion de la vaste catégorie des fonctions de hachage cryptographique (la fonction de hachage est la fonction qui transforme de manière irréversible une longue chaîne de bits en un petit nombre unique) comme MD5 ou AES. Terra Quantum révèle ainsi la vulnérabilité des systèmes actuels de cryptographie post-quantique.
Quelle est la solution ?
Le protocole est appelé ‘transmission sécurisée ultra-rapide d’informations avec protection Boltzmann-Planck’. Le composant essentiel du protocole proposé est le changement du paradigme de sécurité basé sur l’irréversibilité quantique. Les professeurs Gordey Lesovik et Valerii Vinokur, directeurs techniques chez Terra Quantum, ont déclaré : « Un nouveau protocole part du constat que le Démon quantique est un petit monstre. L’approche standard utilise le concept qu’un Démon loué par une oreille indiscrète (Eva) est un monstre gigantesque, similaire à un King Kong de cent kilomètres de long, capable d’utiliser toutes les pertes des lignes de transmission pour déchiffrer la communication. Mais, comme les véritables Démons quantiques sont petits, Eva doit recruter une armée d’un milliard pour réussir à collecter toutes les ondes dispersées ayant fui de la fibre optique dont elle a besoin pour effectuer un déchiffrage efficace. Terra Quantum propose une technique innovante se fondant sur le fait qu’une telle armée ne peut exister – conformément au deuxième principe de la thermodynamique. »
Il reste la possibilité d’un réacheminement local de la partie du signal transmis. Toutefois, ces pertes locales peuvent être contrôlées et maintenues faibles avec une grande précision. De plus, la nature quantique de la lumière restreint davantage les informations disponibles pour une oreille indiscrète. Le signal envoyé par Terra Quantum est de ce fait sûr.
Annexe scientifique
L’écueil des pertes des fibres optiques
La propagation du signal dans les fibres optiques
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Le protocole en détail
L’histoire de la course ininterrompue entre le cryptographe et les déchiffreurs remonte à l’âge des cavernes, et de nombreuses victoires ont été observées dans les deux camps. Terra Quantum a basé sa solution sur le chiffre de Vernam, ce que l’on appelle le ‘masque jetable’, dont l’inviolabilité a été prouvée par Claude Shannon. Terra Quantum introduit la distribution de clé quantique ultra-rapide, établissant une réalisation pratique de cette procédure dans le contexte d’un service moderne de communications d’informations ultra-rapides. Le protocole innovant de Terra Quantum, la transmission sécurisée ultra-rapide d’informations avec protection Boltzmann-Planck, rend en principe inviolables les communications transmises par voie électronique. Le composant essentiel du protocole proposé est le changement du paradigme de sécurité basé sur l’irréversibilité quantique. L’approche standard utilise le concept qu’une oreille indiscrète (Eva) est capable d’utiliser toutes les pertes des lignes de transmission pour déchiffrer la communication. Toutefois, la majeure partie des pertes a lieu en raison de la dispersion des petites imperfections (apparaissant inévitablement pendant la fabrication) d’un signal se propageant dans la fibre optique. L’inversion des ondes dispersées nécessaire à un déchiffrage efficace est similaire au célèbre problème de la réversibilité dans le temps ; irréalisable pour la fibre étendue composée de milliards de disperseurs par kilomètre. Notre paradigme offre une approche universelle pour améliorer de façon critique l’efficacité de n’importe quel protocole quantique existant. La technique innovante proposée nous permet de développer le protocole de protection contre le bruit quantique pour propager en toute sécurité des informations cryptées plus rapidement.
L’écueil des pertes des fibres optiques
Les pertes des fibres optiques restent le principal obstacle à de nouveaux progrès dans le transfert efficace d’informations, aussi bien dans les situations classiques que les situations quantiques. Terra Quantum s’engouffre dans la brèche et fait remarquer que l’approche conventionnelle de la communication quantique souffre doublement. Premièrement, les pertes elles-mêmes nuisent à l’efficacité. Deuxièmement, l’idée répandue selon laquelle une oreille indiscrète peut déchiffrer avec efficience le signal perdu ne semble pas tout à fait vraie.
Pour démontrer cela, nous avons inspecté une ligne de transmission d’un kilomètre de long. À partir du taux de fuite, nous avons pris l’impulsion initiale, qui peut contenir cent millions de photons par unité de longueur de 1 seconde de la ligne de transmission, et avons découvert que le vrai taux de fuite le long de la ligne s’élève à environ 4 %. Si Eva avait été en mesure d’utiliser ce volume d’informations à partir de la source locale, cela aurait représenté un volume appréciable. Cependant, collecter les ondes résultantes contenant environ un million de photons dispersés à partir du milliard de disperseurs nécessite un système irréaliste, de type Démon de Maxwell, d’un kilomètre de long. Même collecter les ondes résultantes avec 10 000 photons dispersés à partir de 100 000 disperseurs par un système de type Démon de Maxwell d’un mètre de long paraît extrêmement difficile, voire impossible. Pourtant, le gain d’information serait seulement de 0,04 %. Ce volume de fuite d’informations peut être facilement compensé par un post-traitement par Alice et Bob.
La propagation du signal dans les fibres optiques
La propagation du signal dans les fibres optiques est similaire, dans une large mesure, à l’évolution de l’ensemble des particules subissant une dispersion en raison du potentiel désordre gelé décrit par l’équation cinétique, généralisant l’équation de Boltzmann classique. Cela implique que la dynamique des particules soit accompagnée d’une croissance de l’entropie et, par conséquent, soit irréversible comme l’exprime le deuxième principe de la thermodynamique. Une conséquence majeure de l’irréversibilité est qu’Eva ne peut retirer aucune information utile de la dispersion. Toutefois, il reste la possibilité d’un réacheminement local de la partie du signal transmis. Physiquement, cela peut être mis en œuvre, par exemple, par une personne locale qui courbe la fibre, ce qui aboutit à un mélange du mode de propagation principal avec les modes de fuite d’ordre plus élevé. Cela permet, à son tour, d’espionner les informations véhiculées par le mode principal. Si le signal avait été de nature classique, cette “courbure” aurait permis un accès illimité à l’ensemble du contenu du message pour Eva. Toutefois, d’après le principe de Planck, l’irradiation électromagnétique est quantifiée ; le signal électromagnétique est par conséquent une séquence de particules, les photons. C’est pourquoi, si le signal initial contient, en moyenne, N photons, et que les fuites locales sont quantifiées par transparence, seule une petite fraction du signal, TN (T représente la transparence vis-à-vis des fuites locales), parvient à Eva. De plus, cette fraction subit des fluctuations quantiques fondamentales inévitables, liées à un choix quantique alternatif proportionnel à TN. En conséquence, la fraction relative des fluctuations augmente dans un rapport de 1/TN avec le nombre décroissant de photons et la transparence. Cela implique que si Eva n’obtient qu’une petite portion du signal, il devient effectivement déchiffrable, c’est la propriété que nous appelons “Protection Planck” de la transmission des informations. Ce que l’on appelle la cryptographie protégeant du bruit quantique utilise une propriété similaire.
La protection Planck
Le principe général de la protection Planck nous permet de contrôler l’efficacité de la ligne de transmission complète grâce à une transparence vis-à-vis des fuites locales. La mise en œuvre de ce contrôle nécessite une étude minutieuse de l’état de la fibre optique et de la matrice de dispersion émergente qui peut être réalisée avec les méthodes standards des technologies de télécommunication, en particulier en utilisant la réflectométrie optique dans le domaine temporel. Nous proposons une nouvelle méthode de contrôle des fibres optiques basée sur la mesure directe de la propagation du signal entre Alice et Bob. La précision du contrôle effectif de la transparence vis-à-vis des fuites peut atteindre plusieurs pour cent pour la durée de mesure d’une nanoseconde. Ce chiffre est encore plus important en cas de mesures plus étendues. L’innovation majeure réside dans le fait que le système proposé nous permet de transférer le signal crypté par les masques jetables inviolables à une très grande vitesse, comparable aux meilleurs débits atteints par les Télécommunications.
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À propos de Terra Quantum
TERRA QUANTUM est un incubateur basé en Suisse se consacrant au domaine de la deep tech, axé sur les applications des technologies quantiques et fondé en 2019. Dirigée par Markus Pflitsch, un cadre supérieur en finances et ancien physicien quantique au CERN, la société bénéficie du soutien de la plus importante société de capital-risque d’Europe : Lakestar. La société développe toute une gamme d’applications quantiques de premier plan, dont des composants matériels pour les ordinateurs quantiques et des solutions de communication et de cryptographie quantiques. Elle est très active dans la conception d’algorithmes quantiques pour tous les types de machines quantiques disponibles ayant des applications dans divers secteurs. Vous pouvez nous retrouver sur LinkedIn et sur notre site Internet.
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