Explorer l'autre face de la pièce quantique

L'une de mes images préférées illustrant un état quantique est celle d'une pièce de monnaie qui tourne en l'air. Pendant sa rotation, elle n'est ni pile ni face, mais les deux à la fois. Sa valeur finale ne sera connue que lorsqu'elle sera observée et sortira de son état quantique (une fois la pièce retombée). La sécurité cryptographique actuelle me fait penser à cet état quantique. À l'instar d'une pièce qui tourne, les menaces pesant sur la sécurité cryptographique doivent être envisagées sous tous leurs aspects. 

Les menaces quantiques ne représentent qu'une face de la médaille. Les menaces classiques liées à la cryptographie, aux réseaux et à l'implémentation constituent l'autre face. Cette dernière n'a pas la même visibilité que la face quantique, mais beaucoup la considèrent comme biaisée. Pour mieux comprendre pourquoi, nous allons examiner la principale menace posée par un ordinateur quantique : l'algorithme de Shor. 

En 1994,Peter ShorIl a dévoilé son algorithme de calcul des périodes (longueurs de cycles) à l'aide d'un ordinateur quantique. Cet algorithme, implémenté sur un ordinateur quantique approprié, permettrait de factoriser ou de calculer des logarithmes discrets, fondements classiques de la cryptographie à clé publique. La cryptographie à clé publique n'est généralement pas utilisée pour le chiffrement. Elle constitue plutôt l'infrastructure qui rend possibles le chiffrement à grande échelle et les cryptomonnaies : les échanges de clés numériques et les signatures numériques. Sans ces mécanismes, la transmission sécurisée de données à grande échelle serait impossible et les cryptomonnaies seraient faciles à voler. 

Un ordinateur quantique capable d'attaquer les algorithmes cryptographiques actuellement utilisés est appelé ordinateur quantique cryptographiquement pertinent (CRQC).)Sa pertinence cryptographique dépend de l'algorithme et de la taille de la clé attaqués. L'algorithme de Shor est le plus redouté et représente la principale menace pour la sécurité liée à l'informatique quantique. 

Quels progrès ont été réalisés en vue d'un CRQC et d'une attaque effective utilisant l'algorithme de Shor ? Le meilleur moyen d'évaluer ces progrès est d'analyser la progression de la taille des problèmes résolus – factorisation et logarithmes discrets – grâce à l'algorithme de Shor sur un ordinateur quantique. Malheureusement, nous ne disposons pas encore d'un point de départ. Une implémentation « compilée » de l'algorithme de Shor pour la factorisation – utilisant la connaissance des diviseurs pour trouver les facteurs – a fonctionné sur les entiers 15 et 21 (en 2007, 2009, 2012 et 2019) mais a échoué sur 35 (en 2019). Aucune implémentation pour les logarithmes discrets n'a encore été tentée. L'actualité quantique est marquée par des discussions sur des ordinateurs quantiques toujours plus puissants, et parfois par des échanges sur des qubits quantiques plus stables. Pourtant, aucune de ces discussions n'évoque la possibilité d'exécuter une implémentation générale de l'algorithme de Shor, même sur les plus petites valeurs. 

Revenons à l'aspect non quantique de la question. Les menaces de sécurité augmentent en réaction à la menace que représentent les ordinateurs quantiques. Les nouveaux algorithmes résistants à l'attaque de Shor proposés n'ont pas été analysés aussi en profondeur que les algorithmes classiques et sont bien plus complexes. Lors du concours de cryptographie post-quantique (PQC) organisé par le National Institute of Standards and Technology (NIST) en plusieurs phases pour trouver des algorithmes de remplacement adéquats, des failles critiques sont restées insoupçonnées jusqu'aux dernières étapes. Par exemple : 

• Rainbow, un algorithme qui a survécu jusqu'au troisième tour et qui repose sur la difficulté de résoudre un système d'équations quadratiques multivariées, a été cassé en un week-end à l'aide d'un ordinateur portable.
• Le protocole SIKE/SIDH (Supersingular Isogeny Key Exchange/Diffie-Hellman) a résisté jusqu'au quatrième tour et a été cassé en une heure à l'aide d'un seul cœur d'ordinateur portable.

Même les algorithmes qui ont survécu ont été attaqués, voire sabotés.Un journal de MOTZOVElle prétendait réduire la sécurité de nombreux algorithmes survivants à un niveau inférieur aux normes NIST, et des améliorations ont depuis été apportées à cette attaque. 

Un autre problème de sécurité réside dans le fait que plus un algorithme est complexe, plus le risque d'erreurs d'implémentation ou de techniques à l'origine de failles de sécurité est élevé. Par exemple, même des algorithmes correctement codés peuvent être vulnérables aux attaques par analyse de consommation ou aux attaques temporelles. Des erreurs peuvent entraîner une utilisation abusive ou une fuite de la clé, et une utilisation inappropriée de l'aléatoire peut compromettre les algorithmes. 

Il est essentiel de se rappeler qu'à l'ère du numérique, la sécurité comporte plusieurs aspects. Les menaces liées à l'informatique quantique, de part et d'autre, doivent être évaluées avec soin et réévaluées en permanence afin de garantir la protection des données. Négliger cet impératif met en péril la sécurité de tous. 

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